In jeder unserer ca. 100 Billionen Körperzellen liegt ein Zellkern mit den 46 Chromosomen. In den Geschlechtszellen (Eizellen, Spermazellen) gibt es nur 23 Chromosomen, denn das daraus entstehende Kind darf auch nur insgesamt 46 Chromosomen in allen Körperzellen besitzen.

Jeder Mensch besitzt also jede Erbanlage 2-mal, je einmal von der Mutter und vom Vater. Wenn z.B. die Erbanlage von der Mutter für die Ausbildung der Ohren über die Erbanlage vom Vater dominiert, dann bekommt das Kind die Form der Ohren von der Mutter. Einen solchen Erbgang nennt man autosomal dominant. Es gibt aber auch Erbgänge, bei denen sich die Erbanlagen ergänzen und das Kind eine Mischform des Merkmals ausbildet. Das ist ein autosomal-rezessiver Erbgang. Man schätzt, dass es ca. 28000-30000 Gene auf den 23 Chromosomen gibt, das bedeutet, mehr als 1000 Gene liegen auf einem Chromosom. Jedes Gen ist für ein oder mehrere Merkmale des Menschen verantwortlich. Die Gene sind hintereinander auf den Chromosomen angeordnet. Man kann sie mit bestimmten Techniken im Elektronenmikroskop sichtbar machen. Sie scheinen dann wie Perlenketten angeordnet zu sein.

Die Information der Gene liegt verschlüsselt auf den Chromosomen, in Form von Nucleotiden, die vier verschiedene Basen beinhalten: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin, abgekürzt als A, T, G und C. Jeweils 3 Basen (Triplett) bilden eine Informationseinheit und bestimmen eine Aminosäure (AS). Mindestens 100 Aminosäuren bilden ein Eiweiß. Jedes Gen bestimmt durch die Abfolge der Basen ein ganz spezielles Eiweiß bzw Enzym. Damit ein Gen seine Information weitergeben kann, muss es von anderen Enzymen abgelesen werden. Dazu braucht das Gen eine Stelle, an der sich die Ableseenzyme anlagern können. Dieser Bereich heißt Promotor.

Da nicht jedes Gen ununterbrochen gebraucht wird, muss es zwischendurch abgeschaltet werden. Dies geschieht häufig durch Methylierung, das heißt, eine Methylgruppe lagert sich an eine Base eines Dinukleotids (CpG) an, welches in die CGG-Tripletts eingeschoben ist. Wenn das häufig in einem Promotor-Bereich passiert, kann sich das Ablese-Enzym nicht anlagern und das dahinter liegende Gen kann nicht abgelesen werden.

Methylierungen kommen bei vielen Genen vor und sind wichtig, um z.B. Gene abzuschalten, die noch von unseren Vorfahren auf unseren Chromosomen liegen, z.B. die Schwanzbildung oder totale Körperbehaarung. Methylierung bewirkt z.B. auch, dass man als Kind erst blonde Haare haben kann, später dann braune und im Alter weiße Haare.

Die Methylierung des Promotorbereichs des FraX-Gens tritt außerdem nur auf, wenn in diesem Bereich ein Triplett (CGG), das normalerweise ca 30-mal vorhanden ist, weit häufiger auftritt. Ab 50 CGG-repeats spricht man von einer Prämutation, ab 200 CGG-repeats von einer Vollmutation. Erst nach der Verlängerung der CGG-Tripletts werden CpG-Dinukleotide verstärkt eingebaut, die die hemmende Methylgruppe tragen.

Das Fragile-X Syndrom wird X-chromosomal vererbt, d.h. das Gen, das bei dieser Erkrankung ausfällt, liegt auf dem X-Chromosom und zwar auf dem unteren, langen Arm.

Syndrome heißen Erkrankungen, bei denen viele verschiedene geistige und körperliche Merkmale betroffen sein können, aber es kommt auch vor, dass nur einzelne Merkmale erkennbar Abweichungen zeigen.

Das Fragile-X-Syndrom wird außerdem dominant vererbt, d.h. bei einem Mädchen, das immer zwei X-Chromosomen besitzt, reicht ein von dem Gendefekt (Vollmutation) betroffenes X-Chromosom, um die Erkrankung auszulösen.

Ganz so einfach, wie oben dargestellt, ist es in Wirklichkeit aber nicht, denn Eizellen und Spermazellen behandeln den betroffenen Promotor-Bereich vor dem FMR1-Gen, also dem Gen zur Ausbildung des FMR1-Proteins, unterschiedlich (FMR1-Gen = fragile-X mental retardation 1-Gen).Der Promotor-Bereich des FMR1-Gens in der Eizelle neigt dazu, während der Meiose zu expandieren, um dann bei Überschreiten einer kritischen Länge (ca 200 Tripletts) später im Embryonalstadium methyliert zu werden. Hierdurch können sich die Ablese-Enzyme nicht anlagern und somit das FMR1-Protein nicht bilden. Kinder, die das FraX-betroffene X-Chromosom von der Mutter bekommen, sind also fast immer FraX-Kinder mit entsprechenden Symptomen.

Spermazellen verändern den Promotor-Bereich in seiner Länge nicht, mit der Folge, dass eine spätere Methylierung ausbleibt. Bei den Töchtern kann das FMR1-Protein gebildet werden und sie zeigen keine Frax-Symptome. Diese Töchter sind dann aber die „Überträger-Mütter“. Warum einige „Überträger-Mütter“ neben betroffenen Söhnen auch gesunde „Überträger-Söhne“ bekommen, weiß man noch nicht.

Hingegen weiß man, warum betroffene FraX-Mädchen so unterschiedlich stark betroffen sind. Dies hängt mit den Barr-Körperchen in den Zellkernen von Frauen zusammen. Da das Y-Chromosom so klein und ziemlich Gen-leer ist, haben Frauen mit Ihrem zweiten X-Chromosom sozusagen ein Chromosom mehr als die Männer. Die Natur „schützt“ sie vor zuviel Chromosomen-Masse, indem sie  bei Frauen in jeder ihrer 100-Billionen Körperzellen eines der X-Chromosomen stummschaltet und an den Rand des Zellkerns ablegt = Barr-Körperchen. Diese Abschaltung geschieht rein zufällig und so kann mit unterschiedlicher Häufigkeit das FMR1-Gen in den Körperzellen abgeschaltet sein. Wenn also ein FraX-Mädchen in 70% ihrer Körperzellen das gesunde X-Chromosom aktiv hat, bildet es auch 70%  des FMR1-Proteins und ist somit weiniger betroffen als ein Mädchen, bei dem nur 50% des FMR1-Proteins gebildet wird. Man sagt : Mädchen sind bezüglich Ihres X-Chromosoms Mosaike.

Der Begriff Mosaik wird bezüglich des Fragilen-X-Chromosoms noch in anderer Weise verwendet und zwar: Es kommt manchmal vor, dass in den Körperzellen der Überträger-Frau unterschiedliche CGG-Repeatlängen vorliegen, so dass der Überträgerstatus schlecht nachweisbar ist.

Heute weiß man, dass das FMR1-Protein, das bei FraX-Kindern ausfällt, unter anderem ein Protein ist, das am Stoffwechsel von chemischen Botenstoffen (Neurotransmittern) des Gehirns beteiligt ist. Z.B. ist es am Glutamat-Stoffwechsel beteiligt. Glutamat ist ein erregender Neurotransmitter, der sich an gut 50% der Synapsen an einem metabolotropen Glutamat-Rezeptor (mGluR-Empfänger) anlagert, um Information von einer Nervenzelle auf die nächste Nervenzelle weiterzugeben.

Das FMR1-Protein reguliert normalerweise das Glutamat, indem es das Glutamat abfängt, und damit verhindert, dass es zu häufig am Rezeptor andockt. Dies führt nämlich zu einer Dauererregung der Nervenzelle und verhindert somit das Einlagern der gerade gegebenen Information. Gerade Gelerntes geht wieder verloren. Und auf Dauer sterben Nervenzellen durch laufende Glutamat-Reizung ab und gehen verloren. (Weitere Informationen siehe Vortrag von Prof. Randi Hagerman, Jahrestagung 2006.)