Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 8 · Abitur Hessen Biologie GK 2021

Material 4

Lissenzephalie

Lissenzephalie ist eine neurologische Erkrankung, die auf einer Entwicklungsstörung der Nervenzellen in der menschlichen Großhirnrinde beruht. Diese fÿhrt, je nach Schweregrad der Erkrankung, dazu, dass die Faltung der Großhirnrinde vollständig fehlt bzw. nur eine grobe Strukturierung vorliegt. Auch kann die Anordnung der Schichten neuronaler Gewebe innerhalb der Hirnrinde verändert sein. Die bei Lissenzephalien beobachteten Fehlbildungen entstehen bereits im Mutterleib während der pränatalen Entwicklung des kindlichen Gehirns.

Durch die Fehlbildungen ihres Gehirns leiden an Lissenzephalie erkrankte Menschen oftmals unter geistigen Behinderungen und epileptischen Anfällen. Es werden auch Störungen der motorischen Fähigkeiten beobachtet sowie Beeinträchtigungen beim Schlucken, die in schweren Fällen eine Ernährung über eine Magensonde notwendig machen. Das Spektrum der Beeinträchtigungen reicht von leichten Formen mit epileptischen Anfällen bis zu schwersten Verläufen, die bereits innerhalb der ersten Lebensmonate zum Tod fÿhren können. Eine ursächliche Therapie gibt es zurzeit nicht.

Eine häufige Ursache der erblichen Form der Lissenzephalie sind Mutationen im Gen DCX, das das Protein Doublecortin kodiert. Doublecortin wird ausschließlich in den ersten Monaten der frÿhkindlichen Entwicklung in neuronalen Geweben exprimiert. In sich entwickelnden Neuronen bindet es an die Mikrotubuli des Cytoskeletts und stabilisiert diese. Diese Funktion von Doublecortin spielt eine wichtige Rolle bei der Wanderung und der korrekten Positionierung junger Neurone in der Großhirnrinde.

Stammbaum einer Familie mit einer erblichen Form der Lissenzephalie

Weibliche Mitglieder der in der Abbildung dargestellten Familie, welche eine Mutation im DCX -Gen tragen (Personen 1 und 7), entwickelten in jugendlichem Alter epileptische Anfälle, ohne jedoch weitere klinische Symptome zu zeigen. Die ebenfalls von der DCX -Mutation betroffenen männlichen Mitglieder der Familie (Personen 5, 6 und 10) hingegen litten bereits wenige Wochen nach ihrer Geburt unter schweren epileptischen Anfällen, waren stark in ihrer geistigen Entwicklung verzögert und körperlich schwer behindert.

Material 5

Molekulargenetische Untersuchung eines Patienten mit Lissenzephalie

Bei einem Patienten mit klinisch diagnostizierter Lissenzephalie wurde das DCX -Gen molekulargenetisch untersucht. Das Genprodukt Doublecortin besteht aus 361 Aminosäuren.

Abbildung 5.1: Ausschnitte des nicht-codogenen DNA-Strangs des DCX -Gens

5′ – …GAC CTG ACG CGA TCT… – 3′

gesunder Mann

5′ – …GAC CTG AGG CGA TCT… – 3′

Patient mit Lissenzephalie

Material 6

Molekulargenetische Nachweismethoden

In einer weiteren molekulargenetischen Untersuchung des DCX -Gens des in Material 5 vorgestellten Patienten wurde zunächst ein Bereich von 469 Basenpaaren (bp) Länge aus dem kodierenden Bereich mittels PCR vervielfältigt. Die entstandenen PCR-Produkte wurden anschließend mit dem Restriktionsenzym DdeI behandelt. Die nicht mutierten Allele des DCX -Gens gesunder Personen weisen für dieses Enzym im untersuchten Bereich vier Schnittstellen auf. Die entstandenen Fragmente der PCR-Produkte wurden anschließend mittels Gelelektrophorese aufgetrennt.

Abbildung 6.1: Erkennungssequenz des Restriktionsenzyms DdeI

5'–...CTNAG... –3'

3'–...GANTC... –5'

Erläuterung: N: beliebige Base (Adenin, Cytosin, Guanin oder Thymin)

Aufgabe 8 [15 BE]

Beschreiben Sie die Unterschiede in den Ergebnissen der Gelelektrophorese im Vergleich und deuten Sie den Befund des Lissenzephalie-Patienten. (Material 5 und 6)

a)

b)