Aufgabe 3 - Molekulargenetik · Abitur NRW Biologie LK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg 2021

Material A: Vererbung der Leberschen kongenitalen Amaurose

Die Lebersche kongenitale Amaurose (LCA) ist eine vererbbare, schwere Form einer Netzhauterkrankung, bei der es zu einer fortschreitenden Zerstörung von Zellen der Netzhaut kommt. Dies ist mit einer starken Verminderung der Sehschärfe und einer Einschränkung des Gesichtsfeldes verbunden. Die Erkrankung schreitet chronisch fort und führt letztlich zur vollständigen Erblindung. Betroffene werden häufig bereits mit schweren Sehbehinderungen oder sogar blind geboren. In anderen Fällen treten die Symptome der Krankheit in den ersten Lebensjahren auf.

Material B: Aufgaben der Pigmentschicht

Die Pigmentschicht ist eine dunkel gefärbte Zellschicht im Auge. Sie liegt innen auf der Aderhaut und steht mit den Außensegmenten der Lichtsinneszellen in direkter Verbindung. Die Pigmentschicht absorbiert Streulicht im Auge und transportiert die beim Aufnehmen des Lichtes anfallende Wärme ab. Sie versorgt die Lichtsinneszellen mit Wasser, Ionen und Nährstoffen, baut abgestorbene Lichtsinneszellen ab und ist am Retinal-Zyklus beteiligt (Abbildung 2). Das bei der Fototransduktion gebildete trans -Retinal ist ein Zellgift und kann Schäden an den Proteinen der Außensegmente der Lichtsinneszellen verursachen. Störungen im Stoffwechsel der Pigmentschicht führen zur fortschreitenden Zerstörung ihrer Zellen. Mutationen im RPE65 -Gen können sich auf den Stoffwechsel der Zellen in der Pigmentschicht auswirken und letztlich LCA verursachen.

Material C: Molekulare Ursachen der LCA

Bisher sind mehr als 17 verschiedene Gene bekannt, deren Mutationen LCA auslösen können. Mutationen im RPE65 -Gen sind besonders häufig die Ursache der Krankheit. Es wurden in diesem Gen mehr als 65 verschiedene Mutationen nachgewiesen, die zu LCA führen können. Das RPE65 -Gen besteht aus 14 Exons und 13 Introns und codiert für das 533 Aminosäuren umfassende RPE65-Protein (Abbildung 3).

In einer Studie wurde eine weitere von LCA betroffene Familie, Familie B, untersucht. Die Eltern waren phänotypisch gesund. Die Tochter war an LCA erkrankt und litt unter zunehmend starken Sehbeeinträchtigungen. Im Rahmen der Studie wurden die RPE65 -Allele der Eltern und ihrer Tochter sequenziert und mit der Nukleotidsequenz des Normal-Allels verglichen (Tabelle 1).

Material D: Analyse von Mutation 2 mittels RT-PCR

Die Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) ist eine molekularbiologische Methode zur Untersuchung von RNA (Abbildung 4). Die Reverse Transkriptase ist ein Enzym, das zu einer RNA den komplementären DNA-Strang, die cDNA, herstellt.

Die Auswirkung der in Tabelle 1 gezeigten Mutation 2 auf die Expression des RPE65 -Gens wurde mithilfe einer RT-PCR untersucht (Abbildung 5A). Dazu wurde sowohl die RNA aus Zellen mit dem Normal-Allel als auch die RNA aus Zellen mit dem Allel mit Mutation 2 isoliert und mithilfe der RT-PCR analysiert. Die erhaltenen RT-PCR-Produkte wurden mittels Gelelektrophorese aufgetrennt und sichtbar gemacht (Abbildung 5B).

Material E: Codesonne und Tabelle zum genetischen Code

3. Beschreiben Sie, welche Funktion das Spleißen bei der RNA-Prozessierung in eukaryotischen Zellen erfüllt. Geben Sie die Aminosäuresequenzen an, die den DNA-Sequenzen in Tabelle 1 entsprechen (Materialien C und E). Ermitteln Sie die Mutationstypen der in Tabelle 1 aufgeführten Sequenzen und erläutern Sie, welche Folgen die jeweilige Mutation für das RPE65-Protein haben kann (Materialien C und E). [17 Punkte]

a)

b)

Aminosäuresequenzen (Dreibuchstabencode mit Bindestrichen oder Leerzeichen, z. B. Trp-Glu-Glu-Val-Lys):

c)

d)