Was ist eine Frameshift-Mutation?
Eine Frameshift-Mutation ist ein genetischer Defekt, der zur Produktion abnormaler, häufig nicht funktionierender Proteine führt. Ein Fehler in der Sequenz der genetischen Information führt dazu, dass die Proteinsynthesemaschinerie der Zelle Aminosäuren in der falschen Reihenfolge miteinander verknüpft. Frameshift-Mutationen gehen mit einer Reihe verschiedener Erkrankungen des Menschen einher, einschließlich der Tay-Sachs-Krankheit.
Um zu verstehen, warum eine Frameshift-Mutation Krankheiten verursachen kann, ist es hilfreich, die Grundlagen der Proteinherstellung zu verstehen. Der Code für alle Proteine befindet sich in der Desoxyribonukleinsäure (DNA), die im Zellkern gespeichert ist. Diese DNA besteht aus verknüpften Molekülen, den sogenannten Nukleotiden. Um ein Protein herzustellen, muss zunächst ein Molekül, das als Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA) bekannt ist, eine Kopie der DNA erstellen. Die mRNA wandert dann außerhalb des Kerns und wird mit Hilfe von Strukturen, die als Ribosomen bekannt sind, in einem als Translation bekannten Prozess von einer Nukleotidsequenz in eine Kette von Aminosäuren umgewandelt. Aus diesen Aminosäureketten werden Proteine gebildet.
Während der Translation gibt eine als Codon bezeichnete 3-Nucleotid-Sequenz von mRNA an, welche Aminosäure als nächstes verknüpft werden soll. Es ist wichtig, die Integrität der Codons aufrechtzuerhalten, damit das Ribosom die richtigen Aminosäuren miteinander verbinden und das richtige Protein bilden kann. Wenn eine Frameshift-Mutation auftritt, liegt ein Fehler in der mRNA-Sequenz vor, der dazu führt, dass die Codons falsch gelesen werden.
Beispielsweise könnte eine mögliche mRNA-Sequenz UUUAAAGGG sein, wobei jeder Buchstabe ein Nukleotid darstellt. Die normalen Codons wären somit UUU, AAA und GGG. Wenn ein Fehler in der mRNA auftritt, kann dies zu der Sequenz GUUUAAAGGG führen. Das Ribosom würde die Codons als GUU, UAA und AGG lesen, da der Referenzrahmen um ein zusätzliches Nukleotid verschoben wurde. Infolgedessen würden entweder die falschen Aminosäuren miteinander verknüpft und das falsche Protein hergestellt, oder es könnte ein Codon als Signal zum Stoppen gelesen werden, wodurch das Protein vorzeitig abgeschnitten wird.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie eine Frameshift-Mutation auftreten kann. Es könnte durch die Insertion eines Nukleotids auftreten, oder es könnte auch aus der Deletion eines Nukleotids resultieren. Wenn drei Nukleotide deletiert werden, wird dies nicht als Frameshift-Mutation angesehen, da die nach der Mutation kommenden Codons normal gelesen werden und nicht aus ihren normalen Frames verschoben wurden.
Viele verschiedene menschliche Krankheiten können durch eine Frameshift-Mutation hervorgerufen werden. Die Tay-Sachs-Krankheit, eine Erbkrankheit, die typischerweise in sehr jungen Jahren zum Tod führt, kann durch eine Frameshift-Mutation verursacht werden. Die genetischen Mutationen können auch mit der Entwicklung häufigerer Krankheiten, wie z. B. verschiedener Krebsarten, in Verbindung gebracht werden.