Einflussfaktoren für die Genexpression

Penetranz und Expressivität

Die Penetranz ist definiert als der Prozentsatz der Menschen, die das Allel haben und den entsprechenden Phänotyp entwickeln (siehe Abbildung Penetranz und Expressivität). Ein Allel mit unvollständiger (niedriger) Penetranz kann nicht ausgeprägt werden, auch wenn das Merkmal dominant ist oder wenn es rezessiv ist und das verantwortliche Gen für dieses Merkmal auf beiden Chromosomen vorhanden ist. Die Penetranz des gleichen Gens kann von Person zu Person variieren und vom Alter einer Person abhängen. Manchmal lässt sich bei Merkmalsträgern klinisch keine Auffälligkeit entdecken (sog. Nichtpenetranz); allerdings ist ein selbst nicht betroffener Träger in der Lage das anormale Allel auf ihre Kinder überzutragen, die daraufhin möglicherweise das Vollbild dieser Störung zeigen. In solchen Fällen scheint der Erbgang eine Generation der Nachkommenschaft zu überspringen. Nichtpenetranz beruht in einigen Fällen jedoch eher darauf, dass sich ein Untersucher nicht mit der vorliegenden Störung auskennt bzw. Minorformen nicht erkennt. Im Fall einer schwächer ausgeprägten Störung wird auch von einer „forme fruste“ gesprochen.

Expressivität ist der Grad oder die Ausprägung des Phänotyps, den Individuen aufweisen, die das Merkmal ausprägen. Sie kann als Prozentsatz quantifiziert werden; z. B. wenn ein Gen 50% Expressivität hat, sind nur die Hälfte der Merkmale vorhanden, oder die Schwere ist nur die Hälfte dessen, was bei voller Expression auftreten kann. Die Expressivität kann von Umgebungsfaktoren und von anderen Genen beeinflusst werden, sodass sich Menschen mit demselben Gen im Phänotyp unterscheiden können. Die Expressivität kann auch innerhalb einer Familie unterschiedlich sein.

Penetranz und Expressivität

Wie der Genotyp im Phänotyp ausgeprägt wird, hängt von der Penetranz und der Expressivität ab. Die Penetranz bestimmt, ob das Gen ausgeprägt wird oder nicht. Das heißt, sie bezieht sich darauf, wie viele Menschen mit dem Gen die Eigenschaft (Krankheit) haben, die mit ihm verbunden ist. Die Penetranz kann vollständig (100%) oder unvollständig sein (z. B. 50%, wenn nur die Hälfte der Menschen die Eigenschaft haben). Die Expressivität bestimmt, wie sehr die Eigenschaft (Krankheit) die Person betrifft und wie viele Krankheitssymptome auftreten. Sie reicht von vollständig bis minimal oder kann gar nicht vorhanden sein. Verschiedene Faktoren, darunter die genetische Veranlagung, die Exposition gegenüber Schadstoffen, andere Umwelteinflüsse und das Alter können die Expressivität beeinflussen. Sowohl Penetranz und Expressivität können variieren: Menschen mit dem Gen können das Merkmal haben oder auch nicht, und bei Menschen mit dem Merkmal kann es unterschiedlich stark ausgeprägt sein.

Geschlechtslimitierte Vererbung

Tritt ein Merkmal nur bei einem Geschlecht auf, wird es als geschlechtsgebunden bezeichnet. Ein geschlechtsgebundener Erbgang unterscheidet sich von der X-chromosomalen Vererbung, die sich nur auf Merkmale bezieht, die das X-Chromosom trägt. Mit geschlechtsgebundener – oder vielleicht genauer gesagt, vom Geschlecht beeinflusster – Vererbung sind Sonderfälle gemeint, in denen sich durch die Sexualhormone und andere physiologische Unterschiede zwischen Mann und Frau bedingt die Expressivität und Penetranz eines Gens verändern. Frühe Glatzenbildung ist z. B. ein autosomal-dominantes Merkmal, doch es liegt vermutlich an den weiblichen Sexualhormonen, dass die Kahlheit bei Frauen nur selten vorkommt, und wenn, dann meist erst nach der Menopause.

Genomische Prägung (Imprinting)

Genomische Prägung (Imprinting) bedeutet, dass genetisches Material anders zur Ausprägung kommt, abhängig davon, ob es von der Mutter oder vom Vater vererbt wurde. Bei den meisten Autosomen werden sowohl das paternale als auch das maternale Allel exprimiert. Jedoch ist bei < 1% der Allele die Expression nur vom paternalen oder vom maternalen Allel möglich. Beispielsweise wird die Expression des Gens für den insulinähnlichen Wachstumsfaktor 2 normalerweise nur vom paternalen Allel beeinflusst.

Genomisches Imprinting wird in der Regel durch Effekte bestimmt, die normalerweise während der Entwicklung von Gameten auftreten. Epigenetische Veränderungen wie die Methylierung der DNA oder andere Faktoren, die die Genexpression beeinflussen, können dazu führen, dass bestimmte maternale oder paternale Allele in unterschiedlichem Ausmaß exprimiert werden. Eine Störung kann scheinbar eine Generation überspringen, wenn das genomische Imprinting verhindert, dass das ursächliche Allel exprimiert wird. Fehlerhaftes Imprinting, wie die abnorme Aktivierung oder Inaktivierung von Allelen kann zu klinischer Störungen führen (z. B. Prader-Willi-Syndrom, Angelman-Syndrom).

Kodominante Vererbung

Kodominante Allele werden beide betrachtet. So unterscheidet sich die phänotypische Expression von Heterozygoten von der von Homozygoten. Zum Beispiel hat eine Person, die ein Allel hat, das für die Blutgruppe A kodiert, und ein Allel, das für die Blutgruppe B kodiert, beide Blutgruppen (die Blutgruppe AB).

Chromosomen-Inaktivierung

(Siehe auch Lyon-Hypothese [X-Inaktivierung].)

Bei Frauen, die 2 (oder bei geschlechtschromosomischen Anomalien. > 2) X-Chromosomen haben (außer in den Eizellen), sind alle bis auf ein X-Chromosom inaktiviert, d. h. die meisten Allele auf diesem Chromosom werden nicht exprimiert. Welches Chromosom inaktiviert wird, wird zufällig bestimmt, individuell in jeder Zelle und früh im fetalen Leben; ein solches Phänomen wird als Lyonisierung bezeichnet. Manchmal wird das X-Chromosom der Mutter inaktiviert, und manchmal das X-Chromosom des Vaters. Manchmal kommt der größte Anteil der X-Chromosom-Inaktivierung von einem Elternteil: die sogenannte ungleiche X-Inaktivierung. Doch ganz gleich auf welchem Wege eine Inaktivierung stattgefunden hat, haben alle Nachkommen dieser Zelle genau die gleiche X-Inaktivierung.

Allerdings können einzelne Allele auf dem inaktiven X-Chromosom exprimiert werden. Viele dieser Allele liegen auf den chromosomalen Bereichen, die mit den Bereichen der Y-Chromosomen in Beziehung stehen (und somit als pseudoautosomale Bereiche bezeichnet werden, weil sowohl Männer als auch Frauen zwei Kopien dieser Bereiche erhalten).