Chorea Huntington - Science | Live | Lemgo

Chorea Huntington 1science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 2science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 3science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 4science-live-lemgowww.schülerlabor.comBeschreiben Sie den Aufbau einesEukaryoten-Chromosoms!HD wird autosomal-dominant vererbt.Welche charakteristischen Merkmalemuss der Stammbaum einer Familieaufweisen, in der HD auftritt?Zur Erklärung der Krankheitsursache vonHD gibt es zwei Hypothesen. Bei beidenHypothesen geht man von derstrukturellen Veränderung desHuntingtins aus. Erklären Sie denZusammenhang zwischen der Strukturdes Huntingtins und einer möglichenKrankheitsursache von HD!Begründen Sie am Beispiel der HD,warum Personen mit Nervenkrankheitenhäufig sozial ausgegrenzt werden!Chorea Huntington 5science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 6science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 7science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 8science-live-lemgowww.schülerlabor.comBeschreiben Sie den Aufbau einesChromatids!Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit , dassein heterozygoter Allelenträger für HDdas Allel in die nächste Generationvererbt?Mit welcher Wahrscheinlichkeit werdenseine Kinder an HD erkranken?Gehen Sie davon aus, dass der Partnererbgesund ist.Erklären Sie die molekulargenetischeUrsache von HD!Nennen Sie die vier für die klassischeStammbaumanalyse relevantenVererbungsmodi!Chorea Huntington 9science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 10science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 11science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 12science-live-lemgowww.schülerlabor.comBeschreiben Sie den Aufbau einesEukaryoten-Gens!Erklären Sie die Bedeutung des KürzelsHtt bzw. htt!Erklären Sie den Zusammenhangzwischen Struktur und Funktion beieinem Genprodukt am Beispiel desHuntingtins!HD ist eine progressive,neurodegenerative Erkrankung. ErklärenSie diese Bezeichnung!Chorea Huntington 13science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 14science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 15science-live-lemgowww.schülerlabor.comChorea Huntington 16science-live-lemgowww.schülerlabor.comDas HD verursachende Allel liegt imTelomerbereich des p-Arms aufChromosom 4. Erklären Sie, wie dieseErkenntnis gewonnen wurde!Erklären Sie den Namen der HD!Erklären Sie den Zusammenhangzwischen der Basen-Sequenz der DNAund der Aminosäure-Sequenz einesGenprodukts (Polypeptids)!HD ist eine progressive,neurodegenerative Erkrankung. ErklärenSie dieses Phänomen mithilfe derStrukturveränderung des Huntingtins!

Personen, die an HD oder ähnlichenneurodegenerativen Krankheiten litten,galten Jahrhunderte lang wegen ihrerauffälligen Krankheitssymptome als vomTeufel Besessene. Sie wurden der Hexereiangeklagt und z. T. hingerichtet. DerUmgang mit diesen Personen bedrohte dieeigene Sicherheit.Fehlgebildete Huntingtin-Moleküle weiseneine Häufung von Glutamin-AS in ihrerPrimärstruktur auf. Die Restgruppe vonGlutamin ist reaktionsfreudig und gehtBindungen mit weiteren Glutaminen ein. Die3D-Struktur derartiger Huntingtin-Proteine istverändert, damit verändert sich ihreFunktionsfähigkeit.Der Stammbaum muss durch drei Merkmalegekennzeichnet sein:1. HD tritt in jeder Generation auf.2. Die Zahl der HD-Kranken entsprichtweitgehend der der gesunden Personen.3. Die Zahl der weiblichen Krankenentspricht der der männlichen Krankenoder liegt darüber.Ein Eukaryoten-Chromosom besteht auszwei homologen Schwester-Chromatiden,die durch das Centromer miteinanderverbunden sind. Die kurzen Arme derbeiden Chromatiden werden p(etit)-Arme,die langen q-Arme genannt.Die vier für die klassischeStammbaumanalyse relevantenVererbungsmodi sind der1. autosomal-rezessive Erbgang2. autosomal-dominante Erbgang3. gonosomal-rezessive Erbgang4. gonosomal-dominante ErbgangIm Bereich eines Exons des Huntingtin-Gens wird das Triplett CAG bis zu 250 Malwiederholt. CAG codiert für die AminosäureGlutamin. Die häufige Wiederholung desCAG-Tripletts führt zu einer Häufung vonGlutamin-Molekülen im GenproduktHuntingtin und damit zu einer Veränderungseiner Primärstruktur.Die Wahrscheinlichkeit liegt in beidenFällen bei 50%.Htt/ htt x htt/ htt50% Htt/ htt 50% htt/ httEin Chromatid besteht aus einerwechselnden Folge von codierendenAbschnitten, den Genen, und nichtcodierenden Bereichen, denZwischengenabschnitten.‚Progressiv’ bedeutet, dass die Krankheitlangsam voranschreitet.‚Neurodegenerativ’ bedeutet, dass dieNeuronen = Nervenzellen degenerieren,d. h. ihre Struktur und ihre Funktion verlieren.Genprodukte sind Polypeptide/ Proteine. DiePrimärstruktur von Polypeptiden ist durch dieReihenfolge der Aminosäuren (AS) bedingt.Die für die Funktion der Proteine wichtige 3-D-Struktur, die Tertiärstruktur, wird durchReaktionen der Restgruppen der AS bewirkt.Ändert sich die Reihenfolge der AS, ändert sichi. d. R. auch ihre Tertiärstruktur. Da Proteinenach dem Schlüssel-Schloss-Prinzipfunktionieren, wird bei einer Veränderung ihrer3-D-Struktur auch ihre Funktion verändert.Das Gen Htt bzw. htt codiert für das ProteinHuntingtin. Das dominante Allel des Gens Httist ursächlich für HD.Die Funktion des Proteins Huntingtin, desGenprodukts, ist zurzeit nicht abschließendgeklärt.Ein Eukaryoten-Gen wird am Anfang und amEnde von nicht codierenden Abschnitten, derPromotorregion und der Terminatorregion,flankiert. Zwischen Promotor und Terminatorliegen in wechselnder Reihenfolge codierendeBereiche, die Exons, und nicht codierendeBereiche, die Introns.Mutierte Huntingtin-Moleküle besitzenlange Glutamin-Ketten. Die Restgruppevon Glutamin ist hochgradigreaktionsfreudig. Sie kann mit denRestgruppen anderer fehlgebildeterHuntingtin-Moleküle reagieren. Esentstehen funktionslose Molekül-Klumpen,die die Zellen im Laufe der Zeit ‚zumüllen’und ihre Funktion beeinträchtigen. DieKrankheit schreitet daher langsam voran.Jeweils drei Basen der Basen-Sequenz derDNA codieren für eine Aminosäure der AS-Sequenz des Genprodukts. DieÜbersetzung der Basen-Sequenz in eineAS-Sequenz erfolgt mithilfe der Translation.Welches Basen-Triplett für welche AScodiert, lässt sich der Code-Sonneentnehmen.1871 veröffentlichte der amerikanische ArztDr. George Huntington einen Artikel überseine Forschungen zur HD. Er wies nach,dass es sich bei HD um eine erblicheNervenkrankheit handelt. Krankheit, Gen undGenprodukt erhielten ihm zu Ehren seinenNamen.Mithilfe cytogenetischer Untersuchungengelang die Zuordnung des HDverursachenden Allels zu Chromosom 4sowie die Bestimmung seiner Lage aufdem Chromosom. Dazu wurden TausendeKaryogramme gesunder und HD krankerPersonen auf strukturelle Veränderungenuntersucht.

Die PCR dient der Vervielfältigung, dieGelelektrophorese der Auftrennung derDNA-Fragmente nach Masse. Das mutierteAllel ist charakterisiert durch zahlreicheCAG-Repeats. Es ist folglich länger als dasnicht mutierte und besitzt eine größereMasse. Bei der Gelelektrophorese ist seineWanderungsstrecke im Gel geringer als diedes nicht mutierten Allels.Eine PCR besteht aus ≈ 30 sichwiederholenden Cyclen zu je drei Phasen:Denaturierung:Bei 90 °C wird der DNA-Doppelstrang in zweiEinzelstränge getrennt.Hybridisierung:Bei 50 °C binden die Primer an die bekanntenDNA-SequenzenPolymerisation:Bei 70°C synthetisiert die Polymerase die zuden Einzelsträngen komplementären Stränge.Zu den Nervenzellen gehören dieMotoneurone. Motoneurone und Muskelfasernbilden als motorische Einheit eineFunktionseinheit. Nervenimpulse sorgen fürkontrollierte Kontraktionen der Muskeln und fürkoordinierte Bewegungen. DegenerierendeMotoneurone leisten dieseKoordinationsaufgabe nicht mehr.Je höher die Anzahl der CAG-Repeats immutierten Huntingtin-Gen ist, desto längerwird die Primärstruktur des Genprodukts unddesto stärker wird seine 3-D-Strukturverändert. Je stärker die 3-D-Struktur desGenprodukts verändert ist, desto stärker istseine Funktion beeinträchtigt, desto frühertreten die Symptome auf.Das Gelbild von Person A weist zwei Bandenmit unterschiedlicher Wanderungsstrecke auf.Das Gelbild von Person B weist eine etwasdickere Bande auf, die in etwa auf der Höheder unteren Bande von Person A liegt.Eine Gelelektrophorese dient der Trennungunterschiedlich langer DNA-Fragmente nachihrer Masse.Die PCR dient der Vervielfältigung(Amplifikation) von DNA-Fragmenten.Die geringere Lebenserwartung HD-krankerKinder ist durch zwei Faktoren bedingt:- Die Anzahl der CAG-Repeats ist beijuveniler HD besonders hoch. Je höherdie Anzahl der Repeats, desto frühertreten erste Symptome auf.- Das Nervensystem von Kinder ist nochnicht voll entwickelt. Anders als beiErwachsenen beeinflusst dasfehlgebildete Huntingtin Funktion undEntwicklung des Nervensystems.DNA besteht aus Nucleotiden. Nucleotide sindaufgrund ihrer Phosphatgruppen negativgeladen. Die Geltaschen mit der DNA müssenauf der Kathodenseite (minus) liegen, damit dienegativ geladene DNA zur Anodenseite (plus)wandern kannDas Verfahren der Gelelektrophorese machtsich zunutze, dass Moleküle entsprechend ihrerGröße und Ladung in einem elektrischen Feldgerichtet und unterschiedlich schnell proZeiteinheit wandern. Als Medium dient dabei einGel aus Polysacchariden, das aus Algengewonnen wird.Für die Vervielfältigung (Amplifikation) vonDNA-Fragmenten mithilfe der PCR müssenkurze DNA-Sequenzen vor und nach dem zuvervielfältigenden DNA-Abschnitt – der Ziel-DNA - bekannt sein.Bewerten bedeutet, einen Sachverhalt anübergeordneten, erkennbaren Werten bzw. anübergeordneten, bekannten Kriterien zumessen sowie eine selbstständige Bewertungunter Verwendung dieser Werte/ Kriterien zuformulieren.Zum Sichtbaren der farblosen DNA auf demfarblosen Gel fügt man dem Gel Ethidiumbromidzu. Ethidiumbromid ist krebserregend und wirktmutagen auf Embryos und Foeten. Das Verbotdient als Vorsichtsmaßnahme, um Schäden vonMutter und sich entwickelndem Kindabzuwenden.Große, geladene Moleküle wandern bei einerGelelektrophorese langsam, kleine, geladeneMoleküle schnell pro Zeiteinheit durch dasGel. Das Gelbild weist drei Banden auf. Vonden Geltaschen aus betrachtet gehört dieobere Bande zu dem 10.000, die mittlere zudem 2.000 und die untere zu dem 500 bplangen DNA-Fragment.Für eine PCR benötigt man:- freie Nucleotide als Ausgangsmaterial fürdie zu bildenden DNA-Doppelstränge- zwei Primer, die komplementär zu denbekannten Basensequenzen der Ziel-DNAsind. Primer begrenzen das zuamplifizierende DNA-Fragment und dienender Polymerase als Starthilfe- hitzestabile taq-Polymerase zur Syntheseneuer DNA-DoppelsträngeDie Mehrheit der HD-Kranken ist beimAuftreten erster Symptome älter als 30Jahre. In vielen Fällen haben dieBetroffenen dann schon Kinder. DieseKinder haben mit 50 %igerWahrscheinlichkeit das krank machendeAllel von dem betroffenen Elternteil geerbtund werden selbst erkranken.