Kopplungsanalyse

Segregationsanalyse

linkage analysis

Kopplungsanalyse ist eine statistische Methode, die versucht, phänotypische Merkmale, wie z. B. Erkrankungen, mit Genen oder genetischen Markern zu koppeln und auf diese Weise chromosomal zu lokalisieren.

Die Methode der Kopplungsanalyse wurde vom amerikanischen Wissenschaftler Thomas Hunt Morgan (1866–1945) am Beispiel von Kreuzungsexperimenten mit der Fruchtfliege Drosophila melanogaster etabliert. Aus dem gemeinsamen Auftreten von Merkmalen konnte er die Reihenfolge der postulierten zugehörigen Gene ermitteln und einem gemeinsamen Chromosom zuordnen bzw. ausschließen. Dies ist nur aufgrund von großen Zahlenreihen, bzw. Meiosen oder Nachfahren, möglich, wobei als genetische Distanz das Auftreten von Trennungen einer zuvor beobachteten mehrheitlichen Zusammengehörigkeit von Merkmalen als Maßstab definiert wurde. So wird das Auftreten eines Bruchs in der Reihenfolge der Gene oder Marker bei insgesamt 100 Meiosen als 1 centiMorgan (cM) definiert. Diese Trennung beruht auf Rekombinationsereignissen während der Meiose. Grundsätzlich gilt, dass je näher Gene bzw. Marker zueinander liegen, desto seltener findet ein Crossing over, d. h. Austausch genetischen Materials, zwischen ihnen während der Meiose statt. Während der Meiose kommt es pro Chromosomenpaar zu mindestens 2–3 Crossing-over-Ereignissen, was die genetische Diversität erhöht.

Ein weiterer Fortschritt war der Einsatz von Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismen (RFLPs) zu definierten DNA-Abschnitten oder Genen in der Kopplungsanalyse. Dies führte dazu, dass ohne Kenntnis des Krankheitsgens in betroffenen Familien oftmals eine sog. indirekte pränatale Diagnostik durchgeführt werden konnte. Hierbei nutzte man die Informativität (heterozygot bzw. homozygot) der in der Nachbarschaft des Krankheitslokus kartierten polymorphen Marker für eine Segregations- bzw. Kopplungsanalyse. Aufgrund der intrafamiliär spezifischen Segregation des Krankheitslokus mit einer bestimmten Phase des RFLP-Markers konnte meist eine Aussage zur Wahrscheinlichkeit der Vererbung des Krankheitsgens gemacht werden. Als Beispiel sei hier die Muskeldystrophie Typ Duchenne genannt. Die Kopplungsanalysen führten sukzessive zur Beschreibung der Krankheitsgene auf DNA-Ebene und letztendlich zur Sequenzierung des humanen Genoms.

Mit der Entwicklung der Kapillarsequenzierung und der Beschreibung von hoch informativen Mikrosatelliten und Single-Nucleotide-Polymorphisms (SNPs) wurde die Kopplungsanalyse weitgehend automatisiert und als eine Hochdurchsatztechnologie etabliert, bei der auch die statistische, bioinformatische Auswertung durch entsprechende Computerprogramme erfolgt. Aktuell werden genomweite Assoziationsstudien (GWAS, „genome-wide association studies“) mit zehntausenden von SNPs durchgeführt, um beispielsweise bei multifaktoriell vererbten und medizinisch äußerst relevanten Erkrankungen, wie Alzheimer, Schizophrenie oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen gekoppelte Gene zu identifizieren.