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News: Viel zu hoch gegriffen

Männer können aufatmen: Ihr Y-Chromosom ist 'nur' fast doppelt so anfällig für Mutationen wie das X-Chromosom. Als Wissenschaftler die Mutationsrate von funktionslosen Abschnitten auf den beiden Geschlechtschromosomen verglichen, mussten sie das bisher geschätzte Verhältnis von fünf Mutationen auf dem Y-Chromosom gegenüber einer auf dem X-Chromsom auf 1,7 nach unten korrigieren. Der alte Wert war möglicherweise nur deshalb so hoch, weil einige informationstragende Abschnitte des Y-Chromosoms eventuell besonders mutationsanfällig sind.
1947 hatte J.B.S. Haldane verkündet, dass die Mutationsrate in der männlichen Keimbahn dramatisch höher sei als in der weiblichen. Mehrere Untersuchungen anderer Wissenschaftler unterstützten seine Beobachtung, denn bei Primaten evolvierten bestimmte Gene auf dem Y-Chromosom schneller als ihre Homologen auf dem X-Chromosom. Aus allen Ergebnisse zusammen errechneten Forscher schließlich, dass die Mutationsrate des Y-Chromosoms fünf Mal so groß wie die des X-Chromosoms zu sein scheint.

Das aber ist nach Aussage von David C. Page und seinen Kollegen vom Whitehead Institute for Biomedical Research am Massachusetts Institute for Technology viel zu hoch gegriffen. Die Wissenschaftler verglichen Abschnitte auf dem langen Arm des menschlichen X-Chromosoms und dem kurzen Arm des Y-Chromosom. Die Regionen stimmen zu etwa 99 Prozent überein, was dadurch enstand, dass vor etwa drei bis vier Millionen Jahren das entsprechende Stück eines X-Chromosoms in das Y-Chromosom eingebaut wurde. Die geringfügigen Unterschiede von nur einem Prozent zeigen nun, welche Mutationen seither auf den beiden Chromosomen auftraten. Und da die Regionen anscheinend keinerlei Funktion ausüben und auch vom nächsten Gen weit entfernt liegen, dürfte die natürliche Selektion keine Rolle gespielt haben, ob sich bestimmte Veränderungen in diesen Abschnitten bevorzugt durchsetzen oder die natürliche Auslese die entsprechenden Träger unterdrückt hat.

Insgesamt ermittelten die Wissenschaftler 441 unterschiedliche Veränderungen in der 38 600 Basen langen Sequenz. Um festzustellen, auf welchem der beiden Chromosomen die Mutation zu einer neuen Base geführt hatte und welches die ursprüngliche Variante trägt, verglichen sie die Sequenzen mit X-Chromosomen von Schimpansen und Gorillas. Stimmte beispielsweise die Base auf dem X-Chromosom mit den jeweiligen Basem der Affen-Chromosomen überein, musste nach Ansicht der Forscher das Y-Chromosom an dieser Stelle eine Mutation aufweisen. So konnten sie für 413 der Differenzen genau belegen, welches Chromosom mutiert war. Daraus berechneten sie ein Verhältnis der Mutationsraten von 1,7 – das heißt, in der männlichen Keimbahn treten nicht einmal doppelt so viele Mutationen auf wie in der weiblichen (Nature vom 10. August 2000).

Doch warum kamen Forscher früher zu so hohen Werten? Page und seine Mitarbeiter vermuten dahinter verschiedene Ursachen. Zum einen beruhten damalige Untersuchungen nicht auf funktionslosen Abschnitten der Chromosomen. Die natürliche Auslese könnte das Verhältnis der Raten zueinander jedoch verschieben, wenn sich eine neu erworbene Mutation positiv oder auch negativ auswirkt. Außerdem waren viele der einst verwendeten DNA-Stücke deutlich kürzer als in der Arbeit von Pages Team. Und nicht zuletzt hatten die Wissenschaftler damals verschiedene Abstammungslinien von Primaten miteinander verglichen. Somit konnten sie aber gar nicht genau auftrennen, ob sich die Mutationsraten der Chromosomen von Hominiden von denen der anderen Primaten unterscheiden.

Page selbst ist von den Ergebnissen überrascht. "Als wir mit diesem Projekt begannen, nahm ich an, dass wir einfach eine genauere Schätzung des Verhältnisses bekommen würden, mit ein paar mehr Kommastellen", erzählt er. "Stattdessen bekamen wir eine ganz andere Antwort." Er sieht durch die neuen Zahlen vor allem wichtige Konsequenzen für die medizinische Forschung. Denn bisher gingen viele Wissenschaftler davon aus, dass die größere Zahl an Zellteilungen bei der Bildung von Spermien im Vergleich zur Entstehung einer Eizelle für die scheinbar höhere Mutationsrate verantwortlich ist. Nun scheint dieser Faktor jedoch auszuscheiden. Da aber tatsächlich viele Erbkrankheiten durch Defekte auf dem Y-Chromosom entstehen, könnte es sich dabei um bestimmte Regionen handeln, die besonders mutationsanfällig sind und somit aus der "normalen" Mutationsrate jetzt noch deutlicher herausragen. Warum das so ist, müssen Forscher allerdings erst noch herausfinden.

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