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Frameshift-Mutation

Synonyme: Frameshift, Rasterschub, Leserasterverschiebung
Englisch: frameshift mutation, framing error, reading frame shift

1 Definition

Eine Frameshift-Mutation ist eine Mutation, die eine Verschiebung des Leserasters von Genen auf der DNA verursacht.

2 Hintergrund

Da der gesamte genetische Code auf der DNA in Form von Basentripletts (Codons) organisiert ist, codieren jeweils drei Basen für eine Aminosäure. Tritt eine Mutation ein, die zu einer Deletion oder Insertion führt, verändert sich das Leseraster für die Basentripletts hinter der Mutation.

Bei Deletionen oder Insertionen von wenigen Basenpaaren ist es entscheidend, ob eine Mutation innerhalb eines Exons liegt oder nicht und ob die Anzahl der fehlenden oder zusätzlichen Basenpaare ein Vielfaches von drei ist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, verschiebt sich der gesamte Leserahmen jenseits der Deletion und es resultiert so eine veränderte Polypeptidkette. In dieser Situation spricht man von einer sogenannten Frameshift-Mutation. Normalerweise ensteht dadurch früher oder später ein Stopcodon, was wiederum zu einem vorzeitigen Abbruch der Proteinsequenz und meist auch zu nonsense mediated decay der mRNA führt.

Sind die verlorenen Basen hingegen ein Vielfaches von drei, so entspricht die Deletion auf DNA-Ebene einer Deletion im entsprechenden Oligopeptid. Hier spricht man von In-frame-Deletionen oder -Insertionen. Solche kleinen Deletionen spielen eine wichtige Rolle für die Ursache vieler monogenetischer Krankheiten. Sie kommen nämlich häufiger vor als Insertionen.

3 Varianten

  • Deletion:
Originale Basenabfolge
Deletion einer Base "A"
.. AAT GCT GCC AGT ACG CTA ..
.. AAT GCT GCC GTA CGC TA ..
  • Insertion:
Originale Basenabfolge
Insertion einer Base "T"
.. AAT GCT GCC AGT ACG CTA ..
.. AAT TGC TGC CAG TAC GCT A ..

4 Veranschaulichung

Beschreibung
Satz
Leseraster
Originaltext
ICH HAB MUT UND DAS TUT GUT
Insertion ("U")
ICH HAB MUT UUN DDA STU TGU T
Verschiebung
Deletion ("M")
ICH HAB UTU NDD AST UTG UT
Verschiebung
Deletion (gesamtes
Basentriplett)
ICH HAB MUT DAS TUT GUT
bleibt erhalten

5 Pathologie

Dass Frameshift-Mutationen schwere Auswirkungen nach sich ziehen, ist an den klassischen Beispielen von X-chromosomal erblichen Krankheiten wie Dystrophinopathien, der Duchenne- und Becker-Muskeldystrophien erkennbar. Diese Krankheiten sind geprägt durch zahlreiche unterschiedliche Mutationen des Dystrophin-Gens, sowie durch große Deletionen von mehreren Exons (> 60% aller Fälle), Insertionen oder gar Punktmutationen. Bewirkt die Mutation eine Verschiebung des Leserahmens, so verursachen diese fast immer die schwere Form der Krankheit - die Duchenne-Muskeldystrophie. Treten Mutationen ein, bei denen keine Leserasterverschiebung (auch In-frame-Deletionen von mehreren Exons) auffindbar ist, verbleibt dagegen eine mehr oder weniger ausgeprägte Restfunktion des Proteins und verursacht somit oft eine Becker-Muskeldystrophie.

6 Literatur

  • "Basiswissen Humangenetik" - Christian P. Schaaf, Johannes Zschocke, Springer-Verlag
  • Wikipedia

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