EINFÜHRUNG
Das fragile X-Syndrom ist die häufigste Ursache für vererbte mentale Retardierung und wird durch eine Mutation im X-gebundenen FMR1-Gen verursacht. Männliche Patienten mit fragilem X-Syndrom weisen fast immer eine mentale Retardierung auf, meist im mittleren Bereich, und haben oft charakteristische körperliche Merkmale und Verhaltensweisen. Da die Mutation X-chromosomal vererbt wird, sind Männer stärker betroffen als Frauen. Betroffene Frauen neigen daher zu einer leichten mentalen Retardierung und weisen unterschiedliche körperliche Merkmale auf. (Für einen Überblick über die Merkmale des fragilen X-Syndroms, die Identifizierung des Gens und das Vererbungsmuster siehe Warren und Sherman (2001)1 und Hagerman und Hagerman (2002)).2
Die Mutation, die in über 98% der Fälle des fragilen X-Syndroms auftritt, ist eine Expansion einer instabilen CGG-Wiederholungssequenz in der 5′ untranslatierten Region (UTR) des FMR1-Gens.3,4 Es gibt im Wesentlichen vier allelische Formen des Gens in Bezug auf die Wiederholungslänge. Sie werden als „common“, „gray zone“ oder intermediär, „premutation“ und „full mutation“ bezeichnet. Die zugehörigen Wiederholungsgrößen für jede Gruppe sind nicht genau definiert und erschweren daher die genetische Beratung. Die Vollmutationsform des FMR1-Gens besteht aus über 200 Wiederholungen und ist abnormal hypermethyliert. Infolgedessen ist das Gen zum Schweigen gebracht und es wird keine mRNA produziert. Das Fehlen des Genprodukts FMRP, eines RNA-bindenden Proteins, ist für die mentale Retardierung verantwortlich.5 Etwa 1/4000 Männer haben das fragile X-Syndrom, und etwa 1/8000 Frauen weisen signifikante Merkmale des Syndroms auf (für eine Übersicht siehe Crawford et al. (2001)).6 Prämutationsallele sind definiert als lange, nicht methylierte Wiederholungsspuren, die instabil von Eltern auf Kinder übertragen werden. Ungefähr 1/350 Frauen und 1/1000 Männer tragen Prämutationsallele im Bereich von 61-200 Wiederholungen. Dieser Wiederholungsbereich für Prämutationsallele ist jedoch wahrscheinlich zu eng definiert, da instabile Allele mit 50 bis 60 Wiederholungen manchmal in den älteren Generationen von Familien mit fragilem X-Syndrom identifiziert werden und eindeutig „Permutations“-Allele sind. Allele im mittleren Bereich (41-60) werden in der Regel nur durch die Wiederholungsgröße definiert. Das heißt, sie sind in der Regel nicht mit einer bekannten instabilen Übertragung auf eine Vollmutation und/oder einen Verwandten mit fragilem X-Syndrom verbunden. Die Instabilität kann für das Allel charakteristisch sein oder auch nicht und hängt von Faktoren ab, die mit der Wiederholungsstruktur (d. h. Unterbrechung der CGG-Wiederholungen durch eine AGG-Sequenz) und noch nicht definierten transaktiven Faktoren zusammenhängen.7-9 Daher sind die Definitionen von Prämutation und intermediären Allelen unscharf. Am häufigsten wird eine Prämutation klinisch gemeldet, wenn sie ≥ 55 Wiederholungen ist. Insgesamt tragen etwa 4 % der Männer und 8 % der Frauen nordeuropäischer Abstammung Spuren mit hoher Wiederholungszahl (41-199). Die Prävalenz ist in den meisten anderen ethnischen/rassischen Gruppen ähnlich, auch wenn es zwischen den Populationen gewisse Unterschiede gibt.10 -11
Die klinischen Folgen der erweiterten CGG-Wiederholungen im FMR1-Gen waren bisher auf diejenigen mit der vollen Mutation (daher der Begriff „voll“) beschränkt, d. h. auf eine offenkundige geistige Retardierung. Die unmethylierte, lange CGG-Repeat-Spur, die bei Trägern der Prämutation zu finden ist, wurde jedoch mit spezifischen Phänotypen in Verbindung gebracht, die nicht mit dem Fragilen-X-Syndrom und nicht mit Trägern der Vollmutation in Verbindung stehen. Eine anerkannte Konsequenz für Frauen, die das Prämutations-Allel tragen, ist ein erhöhtes Risiko für eine vorzeitige Ovarialinsuffizienz (POF), klinisch definiert als das Aufhören der Menstruation vor dem Alter von 40 Jahren. Von den Frauen, die Trägerinnen der Prämutation sind, haben etwa 21 % eine POF im Vergleich zu nur 1 % in der Allgemeinbevölkerung, was einem relativen Risiko von 21 entspricht.12 Darüber hinaus tragen etwa 2 % bzw. 14 % der Frauen mit isolierter POF bzw. familiärer POF das Allel der Prämutation. Diese hohe Trägerfrequenz steht im Vergleich zu 0,3 % in der Allgemeinbevölkerung. Die Ätiologie der Ovarialinsuffizienz und die mit dem FMR1-Gen assoziierten Risikofaktoren werden derzeit untersucht.
In jüngster Zeit wurde bei Männern, die Träger der Prämutation sind, und bei einem kleineren Anteil von Frauen ein signifikant erhöhtes Risiko für eine spät einsetzende neurodegenerative Störung mit Tremor/Ataxie-Syndrom (FXTAS) festgestellt.13-15 Die primären klinischen Symptome sind Kleinhirnataxie und Intentionstremor. Zu den weiteren dokumentierten Symptomen gehören kognitive Defizite wie Verlust des Kurzzeitgedächtnisses, Defizite bei den exekutiven Funktionen, kognitiver Verfall, Parkinsonismus, periphere Neuropathie, proximale Muskelschwäche der unteren Gliedmaßen und autonome Dysfunktion.14 Erste Studien deuten auf eine Penetranz von kombiniertem Tremor und Ataxie bei Männern im Alter von 50 Jahren oder mehr mit der Prämutation von etwa 20-40 % hin.14-17 Insgesamt weisen diese Männer im Vergleich zu Nicht-Trägern eine geschätzte 13-fache Zunahme dieser Symptome auf.15 Es sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die altersabhängige Penetranz und die relativen Risiken für die Zwecke der genetischen Beratung genau zu definieren.
Das einzigartige Vererbungsmuster dieser X-chromosomalen Mutation führt zu einigen heiklen Fragen im Zusammenhang mit dem Wissen einer Person über ihren eigenen Trägerstatus sowie der Kenntnis des Mutationsstatus bei anderen Familienmitgliedern. Meistens wird die fragile X-Mutation, die in einer Familie segregiert, durch ein Kind mit fragilem X-Syndrom aufgrund der Vollmutation identifiziert, das Symptome wie Entwicklungsverzögerung oder geistige Retardierung aufweist. So kann der Trägerstatus einer Prämutation, der mit spät auftretenden Störungen assoziiert ist, versehentlich bei einer Person entdeckt werden, die im Rahmen einer Familienstudie getestet wird. Bei solchen spät auftretenden Erkrankungen stellt sich die ethische Frage, ob eine bestimmte Person ihren Trägerstatus kennen möchte oder nicht. In dem Maße, in dem die Fachkräfte des Gesundheitswesens auf die mit der Prämutation verbundenen Phänotypen der vorzeitigen Ovarialinsuffizienz und des FXTAS aufmerksam werden, werden wahrscheinlich mehr Familien unter anderen Umständen identifiziert werden.
Im Allgemeinen folgt die fragile X-Mutation den traditionellen Regeln der X-chromosomalen Vererbung: Die Hälfte der Nachkommen von Trägermüttern erhält die Mutation und alle Töchter, aber keiner der Söhne von Trägervätern erhält die Mutation. Das Risiko einer Expansion der CGG-Wiederholungen in einem Prämutationsallel zu einer Vollmutation überlagert jedoch das Übertragungsmuster dieses Syndroms. Die Expansion der Prämutation zur Vollmutation während der Übertragung durch eine Trägerin ist positiv mit der Größe der Wiederholung der Frau korreliert.9 Die kleinste Größe der Wiederholung, die in einer Generation zur Vollmutation expandiert, beträgt 59 Wiederholungen.9 Das Risiko einer Ausdehnung der vollen Mutation von Trägermännern auf ihre Töchter ist selten, wurde aber berichtet.18 Das heißt, dass prämutierte Männer die Prämutation an ihre Töchter weitergeben, typischerweise mit nur kleinen Ausdehnungen oder Kontraktionen.
Die Vorhersage der Schwere der Symptome des fragilen X-Syndroms ist begrenzt. Der Schweregrad wird in der Regel nicht von der Anzahl der Wiederholungen innerhalb eines Vollmutationsallels beeinflusst, denn sobald das Vollmutationsallel über 200 Wiederholungen aufweist und methyliert ist, wird kein Genprodukt mehr gebildet. Eine Minderheit von Männern mit einer Vollmutation hat einige Allele, die nicht methyliert sind; sie werden als „Methylierungsmosaike“ bezeichnet. Solche Allele können FMRP produzieren, wenn auch in geringerer Menge als Allele mit geringer Wiederholung, was vermutlich auf eine ineffiziente Translation zurückzuführen ist.19 Darüber hinaus gibt es Männer, die ein Mosaik aus Vor- und Vollmutationsallelen aufweisen. Männer mit diesen Mosaikmustern sind im Durchschnitt weniger stark betroffen als solche mit nur vollen Mutationsallelen. Die Schweregrade überschneiden sich jedoch. Bei Frauen, die die Vollmutation tragen, kann der Prozentsatz der aktiven X-Chromosomen mit dem normalen Repeat-Allel im Vergleich zum Vollmutations-Allel den Schweregrad der Symptome verändern, wie es bei jeder X-chromosomalen Erkrankung zu erwarten ist. Es ist jedoch schwierig, den Schweregrad für einen einzelnen Träger auf der Grundlage dieses Aktivierungsverhältnisses vorherzusagen. Im Durchschnitt ist etwa ein Drittel bis die Hälfte der Frauen, die die volle Mutation tragen, signifikant vom fragilen X-Syndrom betroffen.
DNA-Untersuchungen werden zum Testen auf das fragile X-Syndrom verwendet. Der Genotyp von Personen mit FXS-Symptomen und von Personen, bei denen ein Risiko für das Tragen der Mutation besteht, kann durch Untersuchung der Größe des Trinukleotid-Repeat-Segments und des Methylierungsstatus des FMR1-Gens bestimmt werden. Es werden hauptsächlich zwei Methoden angewandt: die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und die Southern-Blot-Analyse. Bei der PCR-Analyse werden flankierende Primer verwendet, um ein DNA-Fragment zu amplifizieren, das die Wiederholungsregion umfasst. Die Größe der PCR-Produkte gibt somit Aufschluss über die ungefähre Anzahl der Wiederholungen, die in jedem Allel der getesteten Person vorhanden sind. Die Effizienz der PCR-Reaktion steht in umgekehrtem Verhältnis zur Anzahl der CGG-Wiederholungen, so dass große Mutationen schwieriger zu amplifizieren sind und möglicherweise kein nachweisbares Produkt im PCR-Assay ergeben. Dies und die Tatsache, dass keine Informationen über den FMR1-Methylierungsstatus gewonnen werden, sind Einschränkungen des PCR-Ansatzes. Andererseits ermöglicht die PCR-Analyse eine genaue Größenbestimmung von Allelen im normalen Bereich, in der „Grauzone“ und im Bereich der Prämutationsgrößen bei kleinen DNA-Mengen in relativ kurzer Zeit. Außerdem wird der Test nicht durch eine verzerrte X-Chromosomen-Inaktivierung beeinträchtigt.
FMR1-Analysen durch Southern Blotting ermöglichen ein grobes Maß für die Größe der Wiederholungssegmente und eine genaue Bewertung des Methylierungsstatus, die gleichzeitig durchgeführt werden können. Zur Unterscheidung zwischen methylierten und unmethylierten Allelen wird ein methylierungssensitives Restriktionsenzym verwendet, das keine methylierten Stellen spaltet. Die Southern-Blot-Analyse ist arbeitsintensiver als die PCR und erfordert größere Mengen an genomischer DNA. Mit der Southern-Blot-Analyse lassen sich Allele in allen Größenbereichen nachweisen, aber eine genaue Größenbestimmung ist nicht möglich. Darüber hinaus kann eine stark verzerrte Inaktivierung des X-Chromosoms, auf dem sich die Prämutation befindet, dazu führen, dass das Allel der Prämutation nicht aufgelöst werden kann. Laboratorien sollten über beide Methoden verfügen und die Arten von Analysen oder Kombinationen von Analysen durchführen, die unter den klinischen Umständen am besten geeignet sind.
Bei einer kleinen Anzahl von Personen mit FXS sind andere Mechanismen als die Trinukleotid-Expansion, wie Deletion oder Punktmutation, für das Syndrom verantwortlich. In diesen Fällen können Linkage-Studien, zytogenetische Untersuchungen, Sequenzierungen und/oder Tests zur Identifizierung seltener Mutationen und Deletionen wichtige Informationen für Verwandte liefern.