Genotyp-Phänotyp Korrelation bei Dichromasie und anomaler Trichromasie

Abstract

Rot-Grün-Farbsinnstörungen sind in der Mehrzahl der Fälle durch intra- oder intergene Rekombinationsereignisse im Opsingen-Cluster verursacht. Im ersten Fall entstehen Hybridgene, während im zweiten Fall Single-Gen-Cluster entstehen können. Nach der derzeitigen Vorstellung führt ein L-Gen kombiniert mit einem M/L-Hybridgen zu einem Deutan-Defekt, ein L/M-Hybridgen kombiniert mit einem M-Gen zu einem Protan-Defekt und Single-Gen-Cluster zu einer Dichromasie. Hybridgene kodieren für Pigmente, deren Absorptionsmaxima zwischen denen der normalen L- und M-Gene liegen. Man nimmt an, dass die Schwere der Farbsinnstörung von der Differenz der Absorptionsmaxima (delta-gamma-max) der exprimierten Pigmente abhängt. Mit abnehmender Differenz der Absorptionsmaxima verringert sich auch die Differenz zwischen den entsprechenden Zapfensignalen und somit dem Eingangssignal zum Rot-Grün-Gegenfarbenprozess; die Schwere der Farbsinnstörung nimmt zu. Um diese These genauer zu überprüfen, wurden 50 Probanden geno- und phänotypisch untersucht. Der Phänotyp wurde psychophysisch mittels Rayleigh matching ranges und midpoints am Oculus HMC Anomaloskop erfasst, der Genotyp mittels LR-PCR, PCR, DNA-Restriktion, SSCP und Sequenzierung ermittelt. Die Differenz der Absorptionsmaxima der exprimierten Pigmente wurde anhand von in vivo und in vitro ermittelten Daten abgeschätzt. Es stellte sich heraus, dass delta-gamma-max der mutmaßlich exprimierten Photopigment-Paare nicht streng mit dem Phänotyp der Farbsinnstörung korrelierte. Eine Zunahme von delta-gamma-max war generell mit einer verbesserten Farbdiskriminierung korreliert. Bei kleinem delta-gamma-max gab es jedoch erhebliche phänotypische Variationen. Hier fielen die Probanden, deren Pigmentgen-Paar sich genotypisch nur in Exon 2 unterschied, besonders auf. Die Unterschiede in Exon 2 sollten theoretisch eine Differenz der Absorptionsmaxima von maximal 1 nm verursachen. Die matching ranges nahmen aber die gesamte mögliche Bandbreite an. Es muss daher vermutet werden, dass neben dem Opsin-Genotyp noch andere Faktoren eine Rolle bei der Ausprägung der Farbsinnstörung spielen, z. B. unterschiedliche optische Dichte der Zapfenpigmente innerhalb einer Retina, regulatorische Mechanismen bei der Expression der Opsingene oder individuelle postrezeptorale Mechanismen.

Intergenic and intragenic recombination events between L and M cone pigment genes give rise to a large genotypic variety of pigment gene clusters including hybrid genes and single gene clusters that are frequently associated with colour vision defects. Hybrid pigment genes encode anomalous pigments with spectral sensitivities intermediary between those of the normal long-wavelength (L) and middle-wavelength (M) sensitive cone pigments. Clusters consisting of an L pigment gene plus an M/L hybrid gene are associated with deutan defects while clusters composed of an L/M hybrid plus an M pigment gene are associated with protan defects. The severity of protan and deutan defects is argued to be related to the spectral proximities of the expressed hybrid and normal pigments. To test this hypothesis, the colour discrimination of 50 anomalous trichromats and dichromats was psychophysically assessed by their Rayleigh match midpoints and ranges applying an Oculus HMC anomaloscope. Genotypes describing the structure and arrangement of the L, M, L/M and/or M/L pigment genes were determined by long-range-polymerase chain reaction (LR-PCR), standard PCR, restriction fragment analysis, single strand conformation polymorphism (SSCP) and sequencing. The spectral proximity of the corresponding expressed normal and hybrid pigments was inferred from published in vivo and in vitro data. For all subjects, the distributions of Rayleigh matching ranges and midpoints were discontinuous. However, the matching ranges correlated only roughly with the spectral proximity of the putatively expressed pigments. In two groups of subjects sharing the same principle genotype the phenotypic variation is conspicuously greater than in other groups with different hybrid gene arrangements. In both of these groups, the estimated spectral shift is caused only by sequence differences in exon 2, which is estimated to be <1 nm. These findings indicate that other factors, such as individual variation in the gain of post-receptoral colour opponent channels and regional variation in photopigment optical density, may play an important role in determining the severity of colour deficiency.