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Klier, Ina (2010): Die Untersuchung der menschlichen Kaliumkanalfamilie KCNQ im Modelltier Zebrafisch: Identifizierung, Klonierung und Analyse alternativer Spleißvarianten. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die Anzahl der Genmutationen, die mit bestimmten Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, steigt kontinuierlich. Um die Funktion der betroffenen Gene und daher auch die Pathomechanismen, welche durch deren Mutationen ausgelöst werden, besser zu verstehen, werden verschiedene Tiermodelle herangezogen. Eines dieser Tiermodelle ist der Zebrafisch (Danio rerio), der sich sehr gut eignet, da er als Embryo oder Larve fast durchsichtig ist und bei geringen Kosten und hoher Fekundität leicht gezüchtet und gehalten werden kann. Zudem ist sein Genom inzwischen durchsequenziert und somit weitgehend in Datenbanken abrufbar. KCNQ bezeichnet eine Klasse spannungsabhängiger Kaliumkanäle die evolutionär von einem gemeinsamen Vorläufer abstammen. Beim Menschen wurden bis Februar 2010 fünf KCNQ-Gene erforscht, die in verschiedenen Geweben unterschiedlich exprimiert werden und bei Mutationen zu unterschiedlichen phänotypischen Erscheinungsbildern führen. So ist das KCNQ1-Gen mit dem autosomal-dominanten Romano-Ward-Syndrom (RWS) oder dem rezessiven Jervell-Lange-Nielsen- Syndrom (JLNS) assoziiert. Mutationen in den Genen KCNQ2 und KCNQ3 können zu benignen familiären Neugeborenenkrämpfen führen. KCNQ2 ist außerdem mit dem Krankheitsbild der Myokymie assoziiert. Bei Mutationen in KCNQ4 kann es im frühen Erwachsenenalter zu einer dominanten nicht-syndromalen Form des progressiven Hörverlustes kommen, der rapide fortschreitet. Als bisher letztes Gen der KCNQ-Familie wurde im Jahr 2000 KCNQ5 identifiziert. Bisher sind noch keine Mutationen in diesem Gen bekannt, die mit einer Erkrankung assoziiert sind. Der Zebrafisch wurde ausgewählt, um zu prüfen, ob sich dieser als Tiermodell für funktionelle Untersuchungen an KCNQ-Genen und damit für die Erforschung der pathogenetischen Zusammenhänge bei KCNQ-assoziierten Krankheiten eignet. Hierzu wurden erstmals die verschiedenen KCNQ-Gene beim Zebrafisch identifiziert, ihre evolutionären Beziehungen zu den menschlichen Orthologen analysiert und vergleichende Untersuchungen der Spleißvarianten durchgeführt. Dabei wurden acht Loci erfasst, die orthologe Gene zu den humanen KCNQ-Genen darstellen. Da es bei den Strahlenflossern in der Evolution zu einer weiteren Genomduplikation kam, existieren von etwa achtzig Prozent der humanen Gene zwei Co-orthologe beim Zebrafisch. Im Wesentlichen sind die orthologen KCNQ-Gene zwischen Mensch und Zebrafisch stark konserviert, vor allem an funktionell essentiellen Bereichen. Bei allen fünf humanen KCNQ-Genen wurden Spleißvarianten nachgewiesen. Beim Zebrafisch konnten in vier der acht Gene Spleißvarianten gefunden werden, die mit denen der orthologen humanen Gene weitgehend übereinstimmen. Die durch das Online-Programm ClustalW analysierte Orthologie der KCNQ-Gene zwischen Mensch und Zebrafisch konnte durch die konservierte Syntenie bei sieben der acht kcnq-Gene vom Zebrafisch bestätigt werden.