Biochemische Eklärung zu Morbus Fabry

Der menschliche Körper ist aufgebaut aus kleinen Einheiten, die eigenständige Funktionen haben, den Zellen. Diese Zellen bestehen aus ähnlichen Zellbestandteilen. So wird die äußere Hülle einer Zelle Zellmembran genannt. Diese Zellmembran besteht aus verschiedenen Bauteilen. Eine Gruppe dieser Bauteile sind die Sphingolipide.

Diese, wie auch die andere Membranbauteile, werden regelmäßig erneuert. Neue Sphingolipide werden gebildet in einem Zellorgan, dem Endoplasmatischen Retikulum, kurz ER genannt. Alte Sphingolipide werden zerlegt in einem Zellorganell, dem Lysosom.

Das Zerlegen alter Sphingolipide im Lysosom wird ermöglicht von Enzymen. Enzyme werden auch im ER gebildet und dienen hauptsächlich dem Zerlegen von einzelnen Strukturen in zwei Teilen oder dem Zusammenfügen zweier Strukturen zu einer einzelnen. Für jeden Schritt gibt es ein eigenes Enzym. Falls ein Enzym nicht richtig funktioniert, können auch die darauf folgenden Schritte nicht erfolgen.

Enzyme gehören zur Stoffgruppe der Proteine. Proteine bestehen aus langen Ketten, die aus bis zu Tausenden einzelnen Aminosäuren bestehen. Im Menschen spielen 20 Aminosäuren eine Rolle. Die Abfolge der Aminosäuren bestimmt die räumliche Form des Proteins, und die räumliche Form bestimmt zu einem wichtigen Teil die Funktion. Das Falten von Aminosäurenketten zu Proteinen findet im ER statt.

Es gibt 20 Aminosäuren:

AAlaAlaninMMetMethionin
CCysCysteinNAsnAsparagin
DAspAsparaginsäurePProProlin
EGluGlutaminsäureQGlnGlutamin
FPhePhenylalaninRArgArginin
GGlyGlycinSSerSerin
HHisHistidinTThrThreonin
IIleIsoleucinVValValin
KLysLysinWTrpTryptophan
LLeuLeucinYTyrTyrosin

Die Abfolge der Aminosäuren für jedes Protein ist im Erbgut festgelegt. Das menschliche Erbgut befindet sich im Zellkern. Es ist aufgeteilt in 23 Chromosomen, die meist doppelt vorliegen. Wichtigste Ausnahme dazu sind die Geschlechtschromosomen. Bei Frauen liegt das X-Chromosom doppelt vor, bei Männern findet sich neben einem X-Chromosom ein sogenanntes Y-Chromosom.

Geschlechtschromosomen:
Frau: X X
Mann: X Y

Jedes Chromosom besteht aus DNA (auch DNS), einem langem Doppelstrang bestehend aus einer Abfolge von vier unterschiedlichen Nukleinbasen, die jeweils Paare bilden.

Ein Gen ist ein Abschnitt eines Chromosoms, der für ein Genprodukt, zum Beispiel ein Protein, kodiert. Für die Produktion eines Proteins wird der betreffende Abschnitt abgeschrieben mit RNA. Der Doppelstrang öffnet sich und am einen Strang bildet sich ein RNA-Strang, der dem anderen Strang entspricht, mit dem Unterschied, dass im RNA Thymin (T) durch Uracil (U) ersetzt wird. Der DNA-Doppelstrang schließt sich wieder und der neu gebildete RNA-Strang verlässt den Zellkern in Richtung Endoplasmatisches Retikulum (ER).

Im ER wird abhängig von der RNA-Abfolge eine Proteinkette gebildet. Damit 4 RNA-Basen für 20 Aminosäuren kodieren können, werden die RNA-Basen in Dreiergruppen, den Kodons, abgelesen. Vom ER werden fertig gefaltete Proteine an ihren Bestimmungsort transportiert.

Morbus Fabry ist eine genetische Erbkrankheit, bei der ein Fehler in einem Gen von Generation zu Generation weitergegeben wird. Schwerwiegende Fehler, wie das Vorliegen von zusätzlichen oder das Fehlen von mehreren Basenpaaren, führen in der Regel dazu, dass kein Protein gebildet werden kann. Ein Fehler in der Proteinstruktur resultierend aus einem Austausch von einem einzelnen Basenpaar kann manchmal vom ER repariert werden, so dass immerhin ein vermindert funktionsfähiges Protein zustande kommt. Das Gen, das beim Morbus Fabry betroffen ist, kodiert für ein Enzym, das den Abbau von Sphingolipiden im Lysosom ermöglicht. Der Abbauprozess stockt und ein Abbauprodukt, Gb3 genannt, lagert sich im Lysosom an. Deswegen werden die genetische Erbkrankheiten, zu denen Morbus Fabry gehört, lysosomale Speicherkrankheiten genannt. Wenn ein anderes Enzym betroffen ist, liegt eine andere lysosomale Speicherkrankheit vor. Zu jeder Krankheit gehört auch ein anderes gespeichertes Abbauprodukt.

Lysosomale Speicherkrankheiten (Beispiele)

KrankheitEnzym
Morbus SandhoffHexosaminidase A+B
Morbus Fabryα-Galactosidase A
GM1-Gangliosidoseβ-Galactosidase
Morbus Gaucherβ-Glucosidase

Insgesamt sind hunderte genetische Varianten des GLA-Gens bekannt, welches für das Enzym α- Galactosidase A kodiert. Varianten können nach dem Austausch im Erbgut oder in der Aminosäurenabfolge benannt werden. Die Bezeichnungen c.937G>T (Erbgut), c.G937T (Erbgut), p.(D313Y) (Aminosäure) und p.(Asp313Tyr) (Aminosäure) beschreiben alle dieselbe Variante. Ein anderes Beispiel: Die Basenpaare 178, 179 und 180 bilden ein Kodon für Aminosäure 60. Bekannte Mutationen sind:
c.178C>A = Prolin wird zu Threonin
c.178C>T = Prolin wird zu Serin
c.179C>T = Prolin wird zu Leucin

Die vielen möglichen Symptome sind aber nur teilweise mit den bekannten genetischen Mutationen in Verbindung zu bringen. Die unklare Symptomatik macht die Diagnose oft zu einem schwierigen und langwierigen Prozess.

Vererbung

Die Gene für die Enzyme, die für den Abbau im Lysosom zuständig sind, sind auf verschiedene Chromosomen verteilt. Das GLA-Gen liegt auf dem X-Chromosom. Männer haben nur ein X-Chromosom, weswegen der menschliche Körper dafür ausgelegt ist mit nur einem X-Chromosom auszukommen. Eine Mutation auf dem X-Chromosom betrifft beim Mann also jede Zelle. In der frühen Entwicklung weiblicher Embryonen hingegen wird willkürlich ein X-Chromosom ausgeschaltet. Aus dieser X-Inaktivierung ergibt sich ein Mosaik.

Lysosomale Speicherkrankheiten (Beispiele):

Krankheit:Gen:Chromosom:
Morbus SandhoffHEXB5
Morbus FabryGLAX
GM1-GangliosidoseGLB13
Morbus GaucherGBA1

Mütter vererben jedem Kind immer ein X-Chromosom. Vererben Väter ein Y-Chromosom, wird das Kind ein Junge, vererben sie ein X-Chromosom, ein Mädchen. Somit haben Kinder von Müttern mit Morbus Fabry eine 50%-ige Wahrscheinlichkeit, die Krankheit zu erben, unabhängig vom Geschlecht. Töchter kranker Väter sind immer krank, Söhne immer gesund.

Siehe auch Schaubild Vererbung

Aufgrund der Tatsache, dass Frauen in der Regel noch über ein gesundes X-Chromosom verfügen, wird in der Regel angenommen, dass Männer schwerer erkranken als Frauen. Bei anderen X-chromosomalen Vererbungen, wie bei der rot-grün-Sehschwäche, trifft dies tatsächlich zu. Morbus Fabry ist ungewöhnlich in der Schwere, in der Frauen erkranken können.