Single nucleotide polymorphisms: Einzigartige Markierungen im Genom

Jeder Mensch ist einzigartig, und der Grund dafür liegt (auch) in seinen Genen. Varianten eines Gens unterscheiden sich aber meist nur geringfügig, in 90 % der Fälle ist nur eine einzelne Base der DNA-Sequenz ausgetauscht. Man spricht in diesem Fall von einem single nucleotide poly­morphism (SNP, sprich "snip").

SNPs bleiben zwar meist ohne Folgen für die Funktion des Gens, aber sie geben Aufschluss über genetische Grund­lagen von Krankheiten1. Da sie einfach und billig nach­zuweisen sind - das Genom muss dafür nicht sequenziert werden - bauen viele medizinische Studien auf ihrer Analyse auf.

Single nucleotide polymorphism (SNP)

Ein single nucleotide polymorphism (SNP) verursacht die Sichelzellanämie
Kleine Änderung, fatale Wirkung: Die Punkt­mu­tation A → T verändert den Blutfarbstoff Hämo­globin und verursacht die Erb­krankheit Sichelzell­anämie.

Etwa 38 Millionen SNPs finden sich im menschlichen Genom2, etwa eine von fünfhundert DNA-Basen kann verändert sein. Manche sind weit verbreitet, andere finden sich aber nur bei weniger als 1 % der Bevölkerung. Die meisten SNPs treten in Bereichen auf, die zwischen den Genen liegen und deren Funktion oftmals unklar bleibt.

Biomedizinische Forschung

Dies bedeutet: Ein Mensch unterscheidet sich an mehreren Millionen Stellen der DNA-Sequenz von einem anderen Menschen, etwa 100 000 Veränderungen wirken sich auf die erzeugten Proteine aus. Eine erstaunlich hohe Zahl: Wären die Unterschiede nur um das Zehnfache größer, könnte man die Artenbarriere vom Menschen zum Schimpansen überspringen

Aus der biomedizinischen Forschung sind SNPs nicht mehr wegzudenken - sie erlauben die Kartierung des Erbguts. Zum einen kann man den SNPs eine feste Position im Genom zuweisen, und zum anderen werden sie gemeinsam mit den umliegenden Genen vererbt. Wenn also einzelne SNPs besonders häufig zusammen mit beliebigen angeborenen Merkmalen auftreten, kann man Rückschlüsse auf die eventuell beteiligten Gene ziehen.

Diese Möglichkeit wird rege genutzt: Assoziationsstudien suchen nach den genetischen Ursachen von Krankheiten3, während der neue Zweig der Pharmakogenetik die indivi­duelle Reaktion auf Arzneimittel untersucht. Die so erhaltenen Ergebnisse werden bereits vermarktet: Kom­merziell erhältliche Gentests versuchen, durch den Nachweis von SNPs auf persönliche Krankheitsrisiken zu schließen.

Wie (und ob) SNPs, die als Risikofaktor erkannt wurden, an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind, ist meist unklar. Da sie nur in Ausnahmefällen die Sequenz von Protein-Genen verändern, hat man SNPs lange Zeit als reine Markierungs-Zeichen angesehen. Doch neuere Ergebnisse widersprechen dieser Sicht: SNPs finden sich häufig in Bereichen, welche die Aktivität von Genen regulieren, und könnten so indirekt den Verlauf von Krankheiten beein­flussen. Bei Brustkrebs etwa ist die Hälfte der bekannten SNP-Risikofaktoren an der Regulation eines einzelnen Gens beteiligt4.

Die nächste Herausforderung besteht darin, die medizinisch bedeutsamen SNPs herauszufiltern und ihre Funktion zu bestimmen. Als Instrument für die Genom-Analyse wird ihre Bedeutung jedoch bald schwinden: Schon in wenigen Jahren wird die vollständige Sequenzierung des menschlichen Genoms so preiswert sein, dass dessen Kartierung mit Hilfe von SNPs überflüssig wird.

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1 A.J. Brookes, Gene 1999, vol. 234, pp.177-186 (Link)
2 The 1000 Genomes Project Consortium, An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes , Nature 2012, vol. 491, pp.56-65 (Link)
alle Referenzen anzeigen 3 Kim et al, Annual Review of Biomedical Engineering 2007, vol. 9, pp. 289-320 (Link)
4 Cowper-Sal.lari et al., Breast cancer risk-associated SNPs modulate the affinity of chromatin for FOXA1 and alter gene expression Nature Genetics 2012, vol. 44, pp. 1191-1198 (Link)

Single nucleotide polymorphism (SNP)

Ein single nucleotide polymorphism (SNP) verursacht die Sichelzellanämie
Kleine Änderung, fatale Wirkung: Die Punkt­mu­tation A → T verändert den Blutfarbstoff Hämo­globin (Glu → Val) und verursacht die Erb­krankheit Sichelzell­anämie. Da diese Mutation sehr häufig vorkommt, ist sie auch ein single nucleotide polymorphism (SNP).

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Kurz und knapp

  • ein SNP ist die kleinste denkbare Mutation der DNA, nur eine einzelne Base ist ausgetauscht
  • SNPs sind sehr häufig im menschlichen Genom und erlauben die Kartierung des menschlichen Erbguts
  • in der biomedizinischen Forschung erlauben SNPs das Aufspüren von genetischen Risikofaktoren
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