Eine Frameshift-Mutation ist ein genetischer Defekt, der zur Produktion von abnormalen, oft nicht funktionierenden Proteinen führt. Ein Fehler in der Reihenfolge der genetischen Information führt dazu, dass die Proteinsynthesemaschinerie der Zelle Aminosäuren in der falschen Reihenfolge miteinander verknüpft. Frameshift-Mutationen werden mit einer Reihe verschiedener menschlicher Krankheiten in Verbindung gebracht, einschließlich der Tay-Sachs-Krankheit.
Um zu verstehen, warum eine Frameshift-Mutation Krankheiten verursachen kann, hilft es, die Grundlagen der Proteinherstellung zu verstehen. Der Code für alle Proteine befindet sich in der Desoxyribonukleinsäure (DNA), die in den Zellkernen gespeichert ist, und diese DNA besteht aus verbundenen Molekülen, die als Nukleotide bekannt sind. Um ein Protein herzustellen, besteht der erste Schritt darin, dass ein Molekül, das als Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) bekannt ist, eine Kopie der DNA anfertigt. Die mRNA wandert dann außerhalb des Zellkerns und wird mit Hilfe von Strukturen, den Ribosomen, von einer Nukleotidsequenz in eine Kette von Aminosäuren umgewandelt, in einem Prozess, der als Translation bezeichnet wird. Aus diesen Aminosäureketten werden Proteine gebildet.
Während der Translation gibt eine aus drei Nukleotiden bestehende mRNA-Sequenz, ein sogenanntes Codon, an, welche Aminosäure als nächstes verknüpft werden soll. Es ist wichtig, die Integrität der Codons aufrechtzuerhalten, damit das Ribosom die richtigen Aminosäuren miteinander verbinden und das richtige Protein bilden kann. Wenn eine Frameshift-Mutation auftritt, liegt ein Fehler in der mRNA-Sequenz vor, der dazu führt, dass die Codons falsch gelesen werden.
Eine mögliche mRNA-Sequenz könnte beispielsweise UUUAAAGGG sein, wobei jeder Buchstabe ein Nukleotid darstellt. Die normalen Codons wären somit UUU, AAA und GGG. Tritt ein Fehler in der mRNA auf, kann dies zu der Sequenz GUUUAAAGGG führen. Das Ribosom würde die Codons als GUU, UAA und AGG lesen, weil der Referenzrahmen um ein zusätzliches Nukleotid verschoben wurde. Infolgedessen würden entweder die falschen Aminosäuren miteinander verknüpft und das falsche Protein hergestellt, oder ein Codon könnte als Signal zum Stoppen gelesen werden, wodurch das Protein vorzeitig abgeschnitten würde.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie eine Frameshift-Mutation auftreten kann. Sie könnte durch die Insertion eines Nukleotids oder auch durch die Deletion eines Nukleotids erfolgen. Wenn drei Nukleotide deletiert werden, würde dies nicht als Rasterverschiebungsmutation angesehen, da die nach der Mutation folgenden Codons normal gelesen werden und nicht aus ihrem normalen Raster verschoben wurden.
Viele verschiedene menschliche Krankheiten können aus einer Frameshift-Mutation resultieren. Die Tay-Sachs-Krankheit, eine Erbkrankheit, die typischerweise in sehr jungen Jahren zum Tod führt, kann durch eine Frameshift-Mutation verursacht werden. Die genetischen Mutationen können auch mit der Entwicklung häufigerer Krankheiten wie etwa verschiedener Krebsarten in Verbindung gebracht werden.