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Schule > Biologie > Menschen > Krankheiten und Heilmethoden > Erbkrankheit: Mukoviszidose

Die Erbkrankheit Mukoviszidose unter molekular-biologischen Gesichtspunkten
Inhaltsverzeichnis: Seite
Einleitung 3
Zur Geschichte der Mukoviszidose 3-4
Die genetische Erklärung der Mukoviszidose 4
Die verschiedenen Erbgänge 4-5
Der Gendefekt 6
Die Mutationen 7-8
Verschiedene Arten der Mutationssuche 8-10
Mukoviszidose als Krankheitsbild 10
Symptome der betroffenen Organe 10-11
Therapien 11-12
Schlussteil 12-13
Literatur- und Quellenverzeichnis 14
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1. Einleitung
Mukoviszidose auch Cystische Fibrose (CF) genannt, ist eine autosomal-rezessiv vererbte Krankheit mit verschiedenen Erbgängen. Sie ist die häufigste angeborene Stoffwechselerkrankung. Die Mukoviszidose weist schwere Krankheitssymptome auf, die den ganzen Körper befallen. Vor allem die Lunge und die Bauchspeicheldrüse sind davon betroffen. Die Lebensqualität und die Lebenserwartung sind stark eingeschränkt. Somit ergibt sich die Frage, ob die Mukoviszidose heilbar ist oder tödlich endet.
Im ersten Teil der Arbeit beziehe ich mich auf die Geschichte und die Entstehung der Mukoviszidose. Der zweite Teil der Facharbeit behandelt den genetischen Aufbau sowie auch die unterschiedlichen Mutationen. Der dritte Teil erfasst die auftretenden Symptome der Krankheit und mögliche Therapien.
2. Zur Geschichte der Mukoviszidose
Die Cystische Fibrose wurde damals durch eine salzig schmeckende Stirn festgestellt und da man vor ungefähr 500 Jahren keine medizinische Versorgung für diese Kinder hatte starben sie sehr früh. Menschen glaubten diese Kinder seien „verhext“ und warfen den Kindern am Sterbebett einen bösen Blick zu oder verfluchten sie. Erst nach mehreren Jahrhunderten entstand die Vermutung, dass es sich um eine Erbkrankheit handeln könnte.
Dr. Dorothy H. Andersen war die erste Person, die die Cystische Fibrose als Krankheit erkannte. Zusammen mit ihrer Arbeitsgruppe, beschrieb sie 1938 umfassende Symptome und beobachtete die verschiedensten Veränderungen der Organe. Dr. Dorothy H. Andersen hat der Krankheit den Namen Cystische Fibrose gegeben, da eine Bindegewebsvermehrung (Fibrose) vorkam und eine

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Cystenbildung existierte. Sie war die Erste, die einen Test entwarf um die Mukoviszidose zu diagnostizieren.
1944, also sechs Jahre später gab der Pathologe Dr. Faber der Cystischen Fibrose ihren Zweitnamen Mukoviszidose (mukus: Schleim; viscosus: zähflüssig). Er entdeckte, dass die schleimproduzierenden Drüsen ein zähflüssiges Sekret absondern, welches die Lunge und andere Organe verstopft.
Nach dem zweiten Weltkrieg hatte man herausgefunden, dass diese Krankheit rezessiv vererbt wird und das nur ein einziges Gen für den Defekt verantwortlich ist.
1985 forschte Dr. Lap-Chee Tsui in Zusammenarbeit mit Dr. Francis Collins nach dem Gen, welches für die Erbkrankheit verantwortlich ist. Nach langen Forschungen fanden sie heraus, dass das Chromosom 7 ausschlaggebend für die Krankheit ist. 1989 klonierten sie dieses Gen.
Seitdem wird von den verschiedensten Professoren, Pathologen und Forschern durch Gentherapien nach einer Methode zur Heilung der Mukoviszidose gesucht. Zwar sind die Forscher schon so weit gekommen, dass Mukoviszidose-Patienten nicht mehr im Kindesalter sterben sondern erst im Erwachsenenalter, jedoch gibt es bis heute noch keine Lösung zur vollständigen Heilung der Krankheit.
3. Die genetische Erklärung der Mukoviszidose
3.1. Die verschiedenen Erbgänge
Die Krankheit Mukoviszidose hat ein spezifisches Vererbungsmuster. Sie wird autosomal-rezessiv vererbt, dass heißt Mutter und Vater können das mutierte Gen übertragen. Wenn beide Eltern das Merkmal an ihr Kind übertragen, dann wird das Kind krank. Wenn aber nur ein Elternteil das Merkmal an das Kind abgibt, dann wird das Kind nicht krank. Allerdings trägt das Kind das defekte Gen in sich und gilt somit als weiterer Überträger der Krankheit.
In den folgenden Stammbäumen werden verschiedene Erbgänge dargestellt, wie die Mukoviszidose übertragen werden kann.

Bei der Cystischen Fibrose gibt es vier verschiedene Erbgänge:

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Wenn nur einer der Eltern Überträger der Krankheit ist, besteht für die Kinder keine Gefahr der Erkrankung. Die Kinder können nur Überträger werden.
Wenn Mutter und Vater Überträger sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass ein CF-krankes Kind geboren wird. Allerdings können auch Überträgerkinder geboren werden und ein vollkommend gesundes Kind.
Wenn ein Elternteil Cf-erkrankt ist und der Andere bezüglich des Gendefekts betroffen ist, dann sind auf jeden Fall alle Kinder Überträger. Dieser Fall kommt jedoch nur sehr selten vor, da die Schwangerschaft bei einer CF-kranken sehr risikoreich ist und CF-kranke Männer sind meistens unfruchtbar.
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3.2. Der Gendefekt
Die Cystische Fibrose kommt bei den westeuropäischen Bevölkerungsgruppen häufiger vor als bei den chinesischen Rassen und den afrikanischen Farbigen.
Bei 3000 bis 4000 Neugeborenen ist mindestens ein Fall mit der Mukoviszidose dabei. 3% bis 4% der Bevölkerung sind Träger des Gendefektes.
Das CFTR-Gen (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator-Gen), liegt auf dem langen Arm des Chromosoms 7 und dient als Transporter der Chloridionen. Es ist 250.000 Basenpaare lang und besteht aus 27 Exons. Von diesen 250.000 Basenpaaren werden für das Genprodukt (Eiweiß) nur 6.100 codiert. Dieses Eiweiß besteht aus 1480 verschiedenen Aminosäuren und bildet einen ATP-regulierbaren Chlorid-Ionenkanal in der Drüsenzellmembran.
Bei den Auswertungen verschiedener Untersuchungen stellte man fest, dass bei dem mutiertem Gen drei Nucleotide im Exon 10 fehlen, welches zu dem Verlust eines Phenylalanin-Bausteins in einer der beiden ATP-bindenden Einheiten des Kanals führt. Daraus folgt eine defekte Regulierung des Chlorid-Ionentransports. Dieses Defekt kann in jeder Phase der Proteingenese vorkommen. Im Zellkern bei der Translation, bei der Trankription von der mRNA zum Protein in den Ribosomen, bei der Glykolysierung und im Golgi-Apparat. Durch diese defekte Regulierung können die Chlorid-Ionen nicht mit dem Drüsensekret aus der Zelle transportiert werden. Und wenn diese Chlorid-Ionen im Drüsensekret fehlen, dann bindet das Sekret zu wenig Wasser und wird zäh.
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3.3. Die Mutationen
Insgesamt wurden dem CFTR-Gen 800 Mutationen nachgewiesen, welche in fünf verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Der Verlust des Phenyalanin in Position 508 des CFTR-Proteins ist die universell am zahlreichsten vorkommende Mutation (70%).
Bei dem Klasse-I-Defekt kommt es zu einer gestörten Synthese des CFTR-Kanals. Diese Mutation ist auch unter der Stop-Mutation bekannt. Bei dieser Mutation wird die Produktion des Eiweißes ab einer bestimmten Stelle abgebrochen. Um diesen Defekt zu umgehen, setzt man in der Medizin das Antibiotikum Gentamicin ein,
welches in der Lage ist die CFTR-mRNA-Bildung zu verlängern und somit ein intaktes CFTR-Protein erzeugt.
Die oben kurz angesprochene Mutation mit dem Verlust des Phenyalanin an der Stelle 508 gehört zu der Klasse II, dort liegt eine gestörte Reifung des CFTR-Kanals vor. Das hergestellte CFTR-Protein innerhalb der Zelle (intrazellulär) wird nicht richtig gefaltet, welches dazu führt, dass das Protein nicht an die Zellmembran gelangen kann. Forscher kamen zu der Lösung, dass man die Proteine in Zellkulturen auf 27°C herabsetzten muss, damit sich die Eiweiße problemlos entfalten können. Besonders gut ließ sich 4-Phenylbutyrat zur Eiweißfaltung verwenden.
Die nächste Mutation gehört zu dem Klasse-III-Defekt (gestörte Regulation). Hierbei kommt es zu einer Blockierung der Kanalöffnung. Die Substanz Genistein verbessert den Chloridtransport, aber verhilft noch nicht zu einem vollkommend problemlosen Transport. Deshalb werden die verschiedensten Substanzen in klinischen Studien begutachtet, sodass eine „Protein-Reparatur“ in naher Zukunft möglich ist.

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Bei dem Klasse-IV-Defekt sind die Kanaleigenschaften gestört. Dort liegt eine Leitfähigkeitsstörung vor, welches zu einer verminderten Chloriddurchlässigkeit im Kanal führt.
Die letzte Mutation ist der Klasse-V-Defekt (reduzierte Menge des CFTR-Kanals). Hierbei werden viel zu wenige CFTR-Proteine gebildet.
3.4 Verschiedene Arten der Mutationssuche
Da sehr viele verschiedene Arten von Mutationen bei der Cystischen Fibrose vorliegen, geht man am besten mit einer Stufendiagnostik vor. Insgesamt gibt es sechs verschiedene Verfahren um die Mutationen zu identifizieren.
Als erstes die Heteroduplexanalyse. Ein Heteroduplex ist ein doppelsträngiges Nukleinsäuremolekül welches aus Einzelsträngen unterschiedlichen Ursprüngen wieder zusammengesetzt wird, dass heißt aus einer Wildtypsequenz und aus einer mutierten Sequenz.
Bei der Heteroduplexanalye sucht man zuerst nach dem Bereich, wo man eine Mutation annimmt. Die Polymerase-Ketten-Reaktion (polymerase-chain-reaction = PCR) ist eine hilfreiche Methode um eine Mutation zu finden. Zuerst wird das Heteroduplex auf 94°C denaturiert, sodass sich der Doppelstrang in die beiden Einzelstränge aufteilt. Sobald man dann die vier Nukleotidbausteine und die DNA-Polymerase dazusetzt, wird aus den beiden Einzelsträngen zwei Doppelstränge. Diese Doppelstränge kann man dann wieder erneut auftrennen und dann replizieren. Bei der Heteroduplexanalyse werden die Stränge solange denaturiert und repliziert, bis man vier verschiedene Produkte hergestellt hat. Einen normalen Doppelstrang, einen mutierten Doppelstrang und zwei Heteroduplizes. Bei den Heteroduplizes paart sich jeweils eine Base nicht mit dem Gegenstrang. Dies nennt man auch „missmatch“.
Eine andere Methode ist der Restriktionsenzymverdau. Mutationen haben Restriktionssequenzbildungen oder Verluste zur Folge. Solche Bildungen und Verluste kann man durch ein bestimmtes Verfahren herausfinden. Als erstes wird die Polymerase-Ketten-Reaktion angewandt. Durch den Verdau des PCR-Produktes mit dem entsprechenden Restriktionsenzym und anschließender Agarosegelelektrophorese kann man dann feststellen, ob eine Mutation

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vorliegt oder nicht. Wenn sich ein Verlust der Erkennungssequenz herausstellt, muss diese Mutation mit einer weiteren Methode bestimmt werden. Kann man keinen Verlust und auch keine Entstehung einer Erkennungssequenz feststellen, muss man einen
veränderten Primer („amplification-created restriction site, ARCS) einsetzten, der eine Erkennungssequenz einführt, um die Mutation feststellen zu können.
Um eine Mutation zu erkennen, kann man auch die allelspezifische PCR verwenden. Die Polymerase-Ketten-Reaktion hat immer zwei unterschiedliche Primer, die sich an den beiden Sequenzen binden. Bei der allelspezifischen PCR bindet sich allerdings nur ein Primer an die mutierte oder normale Sequenz. Das PCR-Produkt, welches daraus entsteht ist für die Mutationsstelle sequenzspezifisch.
Um mehrere Mutationen zur gleichen Zeit, sogenannte multipler CFTR-Mutationen ausfindig zu machen, benutzt man Diagnostik-Kits. Es kann bei diesen Tests immer zu Fehlern kommen, die man jederzeit beachten muss. Wenn eine Mutation bewiesen werden kann, aber der Genotyp nicht eindeutig bestimmt werden kann, dann muss man diese Mutation mit einer anderen Methode kontrollieren.
Die Scanning-Methoden werden auch zur Mutationssuche verwendet. Insgesamt gibt es drei verschiede Scanning-Methoden. Die Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE), Single Strand Conformational Polymorphism (SSCP) und Denaturing High Performance Liquid Chromatography (DHPLC).
Mit all diesen Methoden kann man unbekannte und bekannte Mutationen und Polymorphismen nachweisen.
Bei der Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) wird als erstes das Gen durch die Polymerase-Ketten-Reaktion vervielfältigt. Das PCR-Produkt, welches dort entsteht wird aufgetrennt und danach wieder denaturiert. Die DNA-Fragmente, welche die gleiche Größe haben, werden geschmolzen beziehungsweise denaturiert, sodass man die Doppelstränge als Einzelstränge vorliegen hat. Manche Fragmente sind allerdings nur teilweise geschmolzen, dass heißt es ergeben sich Fragmente unterschiedlicher Größe. Die kürzeren Fragmente bewegen sich mit einer anderen Geschwindigkeit als längere Fragmente. Auf den langsam bewegenden Fragmenten liegt dann eine Mutation vor.
Die Single Strand Conformational Polymorphism-Methode verläuft ähnlich wie die DGGE-Methode. Als erstes wird ein bestimmter DNA-Abschnitt durch PCR vervielfältigt. In einer

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bestimmten Lösung wird dann das PCR-Produkt denaturiert und sofort danach in Eiswasser gelegt. Danach wird das Produkt mit Hilfe der native Polyacrylamidgel-Elektrophorese (PAGE) der Größe nach aufgetrennt. Dadurch kommt es genau wie bei der DGGE-Methode zu unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten und die Mutation kann nachgewiesen werden.
Die Denaturing High Performance Liquid Chromatography-Methode kann in einem PCR-Produkt zwischen einem Homo- und Heteroduplices unterscheiden. Da Heteroduplices einen geringeren Schmelzpunkt als die Homoduplices haben, denaturieren sie auch bei niedrigeren Temperaturen. Daraus folgt, dass der Heteroduplices meist mit der Denaturierung eher anfängt als der Homoduplices. Die besten Trennungsergebnisse erhält man bei einer Analysetemperatur zwischen 50°C – 70°C, wenn 70%-85% des Fragments als Doppelstrang vorliegt.
Die letzte Methode um eine Mutation nachzuweisen ist das direkte Sequenzieren. Diese Methode ist eine sehr sichere Methode, da sie durch ihre vielen Arbeitsschritte und ständigen Kontrollen sehr aufwendig ist und sehr lange dauert. Sie liefert eindeutige Ergebnisse, da sie als Kontrolle der oben genannten Methoden gilt. Immer wenn man sich mit einer Mutation nicht sicher ist, die bei den oben genannten Verfahren herausgekommen ist, dann führt man das direkte Sequenzieren durch um 100%-ig sicher zu sein.
4. Mukoviszidose als Krankheitsbild
4.1. Symptome der betroffenen Organe
Die Mukoviszidose weist viele Symptome in fast allen Organen auf. Schon im Säuglingsalter kann man feststellen, ob das Kind an dieser Erbkrankheit leidet oder nicht. Je älter der Patient wird, desto mehr Symptome treten auf und umso schwerer wird es sie zu bekämpfen. Bei der Mukoviszidose sind mehrere Organe gleichzeitig betroffen.
In der Lunge bildet sich ein zäher Schleim, sodass man nicht mehr gut Atmen kann und es zu einem Sauerstoffmangel kommt. Mehrfach kommen auch chronische Erkrankung der Atemwege und häufig quälender Husten vor.

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Da sich dauerhaft Bakterien in der Lunge befinden oder die Bakterien in der Lunge liegen bleiben, kommt es immer wieder zu Lungenentzündungen.
In der Bauchspeicheldrüse wird ein besonderer enzymhaltiger Verdauungssaft abgegeben, der die Verdauung anregt. Bei der Cystischen Fibrose wird dieser Saft allerdings unzureichend abgegeben. Dies führt zu einer Verstopfung der Gallengänge, woraus sich dann eine Zirrhose der Leber entwickeln kann.
Mukoviszidose-Patienten haben eine Nahrungsunverträglichkeit. Oftmals können sie keine fettigen Speisen zu sich nehmen und haben deshalb eine ungenügende Gewichtszunahme. Dies hat zufolge, dass sie meist unter Untergewicht leiden.
Die Gewebe in den Organen werden immer wieder beschädigt und vernarben mit der Zeit. Dieses vernarbte Gewebe beeinträchtigt die Insulinproduktion, sodass Diabetes hinzukommen kann.
In dem Dünndarm kann es zu einem Darmverschluss kommen. Wenn Neugeborene schon sehr zähen Stuhlgang haben, kann es zu zahlreichen Operationen führen.
Die Haut wird durch die Mukoviszidose zerstört. Sie schmeckt oft salzig, da wegen einer Fehlfunktion der Schweißdrüsen der Schweiß zu viel Kochsalz enthält.
4.4. Therapien und Bekämpfungen
Es gibt viele verschiedene Therapien um gegen die Cystische Fibrose zu kämpfen. Als erstes wird man von dem Arzt über das Krankheitsgeschehen aufgeklärt. Bei diesem Gespräch wird geklärt was für eine Verantwortung auf jemanden zukommt und das der CF-Patient eine sehr geringe Überlebenschance hat. Die Eltern nehmen eine sehr große Verantwortung auf sich, wenn ihr Kind unter Mukoviszidose leidet, da das Kind tägliche Inhalationen und Medikamente benötigt.

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Die regelmäßige Inhalation ist sehr wichtig. Eine Studie hat herausgefunden, dass eine siebenprozentige Kochsalzlösung die Lungenfunktion verbessert. Der einzige Nachteil an dieser Inhalation: sie hält nicht lange an und muss viermal täglich durchgeführt werden. Die
kontinuierliche Einnahme von vielen verschiedenen Medikamenten durch die Inhalationstherapie ist ein Muss für jeden Erkrankten. Diese Therapie hilft durch tiefes Einatmen, die Medikamente genau an der Stelle zu verwenden, wo sie benötigt werden. Wenn man gewisse Keime nachweisen kann, wird dem Patienten sofort eine Infusion für zwei bis drei Wochen verschrieben.
Eine erhöhte Kalorienzufuhr ist lebensnotwendig für Mukoviszidose-Patienten. Da sie wegen der Verdauungsstörung zu Unterernährung neigen, müssen sie viel mehr als gesunde Menschen essen.
Krankengymnastik hilft die Atemmuskulatur zu entspannen und Schmerzen zu lindern.
Sport ist sehr wichtig für das Leben eines Mukoviszidose-Patienten, da es die Bronchialsekrete lockert.
Eines der heutzutage häufigsten Entscheidungen von Patienten ist die Lungentransplantation, die den meisten Patienten hilft.

5. Schlussteil
Durch meine ausführliche Recherche über die Erbkrankheit Mukoviszidose, bin ich zu dem Ergebnis gekommen, dass jeder betroffene Mensch der das CFTR-Gen mit sich trägt, ein potenzieller Erbträger sein muss. Ich persönliche finde, dass man die Menschheit über diese Erbkrankheit aufklären muss, da viele Menschen gar nicht wissen, was die Mukoviszidose ist und dass sie tödlich endet.
Die Vererbung der Krankheit ist deshalb so gefährlich, da man das CFTR-Gen durch keine Tests im Körper feststellen kann. Der Träger trägt das Gen ein Leben lang unbewusst mit sich herum.

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Wenn man also ein Kind zeugen will, und beide Elternteile haben das CFTR-Gen ohne dass sie es wissen, dann ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass ein Mukoviszidose-Kind dabei entsteht. Sobald die Eltern dies wissen, müssen sie sich schnellst möglichst Informationen über diese Krankheit besorgen und ihr Kind sofort in eine Therapie geben. Denn so eher man mit den Therapien anfängt, desto älter kann das Kind werden.

Ich finde gerade weil man nicht weiß, ob man ein Träger ist oder nicht sollte man sich mit dieser Krankheit auseinandersetzen sobald man von ihr gehört hat. Denn die Krankheit kann man erst bei der Geburt feststellen und jeder sollte bitte dabei bedenken:
Es kann jeder von uns von diesem CFTR-Gen betroffen sein.
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6. Literatur- und Quellenverzeichnis
http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=96200314x&dok_var=d1&dok_ext=pdf&filename=96200314x.pdf
http://www.roche.de/muko/download.php?file=cfrep11.pdf#page=12
http://www.uni-duesseldorf.de/awmf/ll/078-005.htm
http://www.scienceshorts.com/cheetsu.htm
http://www.mll-online.com/cms/deutsch/leistungen/fuer-aerzte/analyseverzeichnis/analyseverzeichnis-nach-methode/mutationsscreening/
http://209.85.135.104/search?q=cache:YIFUbbYrmxEJ:www.unizh.ch/botinst/Limno_Website/downloads/VL08.pdf+definition+Denaturierende+Gradienten-Gelelektrophorese&hl=de&ct=clnk&cd=4&gl=de&lr=lang_de
http://www.fischdb.de/methoden/sscp
http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=963158767&dok_var=d1&dok_ext=pdf&filename=963158767.pdf
http://wwwuser.gwdg.de/~sort/node64.html
http://www.medknowledge.de/abstract/med/med2006/01-2006-61-mukoviszidose-da.htm
http://www.cysticus.de/mukoviszidose.htm
http://www.paul-martini-stiftung.de/de/veranstaltungen/2007_workshop/Vortrag_Wagner.pdf
http://www.cf-austria.at/cms/index.php?id=7
http://www.muko-tuebingen.de/info/index.html
http://www.psoriasis-online.de/muko/ftp/cfrep2.pdf
http://www.mcgill.ca/hostres/diseases/cystic/
Grüne Reihe – Genetik
ISBN: 3-507-10910-7
Schroedel
Krankheit als Symbol – Ein Handbuch der Psychosomatik
Ruediger Dahlke
ISBN: 978-3-570-12265-5
Bertelsmannverlag

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Beteiligt an der Sekretbildung
Auftreten einer Genvariante in einer Population
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