1. Basisprincipes 1.1.

1. Basisprincipes
1.1.
INLEIDING
1.1.1.
Pre-gentijdperk
Geschiedenis
• 4.8 miljard: ontstaan aarde
• 3.8 – 3.5 miljard:
*
Ontstaan eerste leven
*
Atmosfeer initieel anaeroob
• 2.4 – 2 miljard:
*
Ontstaan photosynthese (CO2 O2)
*
toenemende zuurstofconcentratie in atmosfeer
*
bacterieën die niet met O2 overweg konden stierven uit
• 1.5 miljard: ontstaan eukaryoten multicellulaire organismen
• 0.5 miljard: vissen en plankton (voorlopers planten)
• 420 miljoen: landdieren
• 50 000: mens
Endosimbiose = eukaryoten die samengesmolten zijn met mitochondrieën, een soort bacterie
wij hebben nog steeds bacterieën in ons
Onderscheid eukaryoten en prokaryoten
• Prokaryoten
Eukaryoten
*
Kleine cel
*
Grote cel
*
Geen kernmembraan
*
Kernmembraan
DNA los = circulair chromosoom
DNA niet los = lineair chromosoom
*
Klein en weing DNA
*
Groot en veel DNA
*
Geen cytoskelet
*
Cytoskelet
*
Geen organellen
*
Organellen
Slide met stamboom (les 1)
1.1.2.
Wetten van Mendel
De wetten van Mendel vatten de nomenclatuur samen:
Bij elke erfelijke eigenschap horen 2 allelen, maw het genotype van een fenotype wordt bepaald
door 2 allelen
Allelen segregeren per toeval, maar in gelijke mate (50%) van de gameten
Een gen heeft twee vormen (allelen): dominant (A) en recessief (a)
(alleen aa-types vertonen de a-eigenschap)
Bij dihybride kruisigen segregeren de eigenschappen onafhankelijk van elkaar
(AaBb produceert AB, Ab, aB, ab)
1
1.2.
DNA EN RNA
1.2.1.
Nucleïnezuren
Nucleïnezuren =
• Opgebouwd uit polymeren van nucleotiden
• Kan door nuclease afgebroken worden tot losse nucleotiden
• DNA en RNA zijn nucleïnezuren
Nucleotiden bestaan uit
• Base
• Pentose
• Fosfaat
A.
Base
2 soorten
• Pyrimidines
*
Cytosine
*
Thymine of uracil
• Purines
*
Adenine
*
Guanine
Verschil bij de twee soorten; de opbouw
• Pyrimidines: 1 ring
• Purines: 2 ringen
De verschillende basen paren samen:
• G en C
• A en T
B.
Pentose
Op chromosoom 1 bind de base
Bij chromosoom 2:
•
OH bij RNA
•
H bij DNA
Op chromosoom 3 gaat de fosfaat van de vorige nucleotide zich binden
met de volgende nucleotide
Op chromosoom 5 gaat fosfaat zich binden
Pentose = vijfring met 5 genummerde koolstofatomen en 1 zuurstof
Nucleoside = pentose + base
Nucleotide = pentose + base + fosfaat
2
C.
Fosfaat
Er kunnen zich meerdere fosfaten binden:
• Één: monofosfaat
• Twee: difosfaat
• Drie: trifosfaat
hoe meer, hoe energierijker
Als gevolg van de verschillende fosfaten die zich kunnen binden, zijn er verschillende
bouwstenen:
• RNA
*
Adenosine mono/di/tri fosfaat
AMP/ADP/ATP
*
Guanosine mono/di/tri fosfaat
GMP / GDP / GTP
*
Cytidine mono/di/tri fosfaat
CMP / CDP / CTP
*
Uridine mono/di/tri fosfaat
UMP / UDP / UTP
*
Deoxyadenosine mono/di/tri fosfaat
dAMP / dADP / dATP
*
Deoxyguanosine mono/di/tri fosfaat
dGMP / dGDP / dGTP
*
Deoxycytidine mono/di/tri fosfaat
dCMP / dCDP / dCTP
*
Deoxythymidine mono/di/tri fosfaat
dTMP / dTDP / dTTP
• DNA
D.
Verschil DNA en RNA
DNA heeft base thymine en RNA heeft uracil
DNA heeft 2 strengen, RNA slechts 1
DNA heeft het pentose desoxyribose en RNA heeft ribose
1.2.2.
Dubbele helixstructuur
DNA heeft een dubbele helixstructuur
te zien met scanning tunneling – microscopie
Hoe?
• Nucleotiden worden aan elkaar gebonden door fosfodiësterasebindingen
• Wat? Fosfaat bind zich met het 3e koolstofatoom van de volgende nucleotide
Kenmerken van ketens
• Antiparallel = van boven naar beneden gelezen loopt de ene streng van 5’ naar 3’ en de andere
keten van 3’ naar 5’
• Basen worden met elkaar verbonden door H2O-bruggen
*
A en T: 2 bruggen
*
C en G: 3 bruggen
• De strengen zijn complementair van elkaar
• De strengen zijn semi-conservatief = dmv van een streng te kopiëren, kan men de andere ook
maken
3
2 soorten DNA’s
• B-DNA
*
Major en minor-groef (zigzagkoers)
*
Rechtsdraaiend
• Z-DNA
*
In GC-rijke gebieden (rol bij genregulatie Z-DNA ook rol daarbij)
*
Geen zigzagkoers
*
Linksdraaiend
Opmerking: klein deel van DNA (2-3%) bevat eigenlijke code van genen
1.2.3.
Genetische code
DNA bevat de code voor de cellulaire bouwstenen (eiwitten en enzymen)
Functie RNA: het is intermedair bij aanmaak van eiwitten
Eiwitten bestaan uit maximaal 20 verschillende aminozuren
genetische codde moet dus 20 verschillende aminozuren met elkaar verbinden volgens een
specifieke code
DNA-code wordt gevormd door nucleotidetripletten (codons) die in RNA-tripletten wordt vertaald.
Elk codon codeert voor 1 AZ
Omdat 4 verschillende nucleotiden 64 (4³) verschillend tripletten kunnen vormen, is het mogelijk
dat meerdere tripletten voor hetzelfde aminozuur coderen
Specifieke codons:
• Startcodons
• Stopcodons (UAA, UGA, UAG)
1.2.4.
Replicatie
Wanneer? Als de cel zich in rustfase bevind (G1) en overgaat naar S-fase wordt een signaal
verzonden dat replicatie mag beginnen. Dan gaat de cel over naar de G2-fase waarbij de
voorbereiding wordt getroffen voor de mitose.
Helicase:
• Haalt de twee strengen uit elkaar door de waterstofbruggen te breken
• Gebeurt niet op willekeurige plaatsten, maar op specifieke plaatsen = origins of replication
DNA-polymerase:
• Gaat van 3’ naar 5’ een complementaire streng aanmaken door desocynucleoside 5’-trifosfaten in
te bouwen
• Andere keten (die van 5’ naar 3’): in kleine stukjes gesynthetiseerd (okazaki-fragmenten)
daarna aan elkaar gebonden door ligase
• Verschillende soorten DNA-polymerase
*
Koppelen de ‘5-‘3-fosfodiësterverbindingen
*
Hebben exonuclease-activiteit fouten opsporen in basenparing
*
Fouten elimineren
4
Primer:
• DNA-polymerase begint niet zomaar te synthetiseren vanuit origins of replication
• Het heeft een klein stukje DNA of RNA nodig (startcodon)
• Startcodon later vervangen door DNA
1.2.5.
Genstructuur
Centrale dogma van de moleculaire biologie = volgorde van de desocyribonucleotiden in een gen
bepaalt de volgorde van de aminozuren waaruit het door dit gen gecodeerde eiwit bestaat.
DNA bestaat uit:
• Exonen (coderende sequenties) en intronen
• Een promoter
• Een startsequentie aan 5’: ATG-codon dat het begin van de translatie bepaalt
• Een stopcodon: TAA/TAG/TGA: einde van het coderende gedeelte van een gen
• Poly-A signaal: een lange reeks van adenosines aan de 3’-einde
Het DNA van prokaryoten hebben geen introns
1.2.6.
Mitochondrieel DNA
DNA in de mithochondrieën dat is ontstaan door een symbiose van prokaryoten, gevolgd door de
opname in de eukaryoten.
Mitochondriëel DNA
• Circulaire structuur met een superhelix
• Niet verpakt in een celkern
• Bevat genetisch codes voor
*
2 rRNA
*
22 tRNA
*
13 polypeptiden
Hoe doorgegeven? Via de oöcyt van de moeder
mitochondriële ziekten zijn enkel overerfbaar via de moeder (vader geeft enkel chromosomen,
de moeder geeft alle organellen)
5
1.3.
VAN DNA NAAR EIWIT
1.3.1.
Transcriptie
Proces:
• RNA-polymerase haalt de strengen uit elkaar
• Aanmaken van RNA dat volledig identiek is aan de coderende DNA-streng (alleen worden thymines
vervangen door uracil) doordat de niet-copiërende streng als matrijs genomen wordt.
= pre-mRNA
• Capping: aan 5’-uiteinde wordt guanosine gekoppeld (via een trifosfaatbrug)
• Poly-A-staart: aan 3’-uiteinde worden veel adenosines gebonden
*
Door poly-(A)-polymerase
*
Speelt rol in stabiliteit van RNA en in het transport van kern naar cytoplasma
• Splicing: intronsequenties worden verwijderd
*
Vind plaats in de spliceosomen in de kern
*
Intronen beginnen met een universele splice donor-sequentie
*
Intronen eindigen met een splice acceptor-sequentie
*
Op die plaatsen worden exonen aan elkaar gebonden
• mRNA is gevormd en kan gestransporteerd worden naar cytoplasma
Soorten mRNA met elk hun eigen polymerasecomplex en initiatie van transcriptie:
• rRNA = ribosomaal RNA
*
codeert niet voor een eiwit
*
Functie: opbouw chromosomen
• tRNA = transfer RNA
*
codeert niet voor een eiwit
*
Functie: aanvoeren van aminozuren
*
Er zijn verschillende tRNA’s die elk met één aminozuur kunnen binden
*
Bezitten een anticodon van drie nucleotiden (anticodon is complementair met het codon dat
codeert voor het te transporteren aminozuur)
• mRNA = messenger RNA
*
codeert voor een eiwit
*
Functie: genetische informatie van de kern naar de ribosomen in cytoplasma brengen
1.3.2.
Translatie
Eiwitsynthese vindt plaats in de ribosomen
Proces:
• Eiwitsynthese start als een ribosoom en een tRNA-molecuul met het aminozuur methionine (in
RNA gecodeert als het startcodon AUG) aan het mRNA binden
• Het ribosoom schuift verder
• Leest de code af terwijl de tRNA-moleculen vna het reeds gesynthetiseerde eitwitgedeelte weer
vrijkomen
• Aminozuren worden aan elkaar gebonden via een peptidebinding
• Dit gaat door tot het ribosoom een stopcodon bereikt
• Het eiwit is klaar en komt los
• Eventuele post-translatie modificaties aan eiwit (bv. Suikers binden)
Polysoom = wanneer mRNA door verschillende ribosomen afgelezen wordt
1 soort eiwit verschillende keren aangemaakt op hetzelfde moment
6
1.3.3.
Genregulatie
Promotor:
• DNA-sequenties die 5’ van het gen gelegen zijn en herkenbaar zijn aan DNA-motieven als TATA
(TATA-box) of CAAT
• Kunnen eiwiten aan binden (transcriptiefactoren)
vormen samen met andere eiwitten en het RNA-polymerase een complex
RNA-synthese remmen of stimuleren
• Sommige genen hebben geen promotor, maar GC-rijke sequenties (CpG-eilanden)
Silencers of ehancers
• Binden op transcriptiefactoren, maar kunnen op een grotere afstand 5’ of 3’ voorkomen (of zelf in
het gen)
• Genregulatie kan worden verstoord door chromosomale veranderingen op grote afstand
Genexpressie kan ook weefsel- en tijdspecifiek zijn en kan worden beïnvloed door myethylering
van cytosine in DNA
• Gaat gepaard met inactivering van gen, maar ook uitzonderingen
• Of methylering oorzaak of gevolg is van geninactivatie is onduidelijk
A.
Alternatieve splicing
Één gen kan leiden tot verschillende eiwitten
Hoe? Niet alle exonen worden overgenomen door RNA, maar één of meerdere worden weggelaten
Opeenvolging van exonen blijft wel bewaard!
1.4.
CHROMOSOOMSTRUCTUUR
Alle DNA (niet mitochondriëel DNA) is aanwezig in chromosomen
Chromosomen =
• Dubbele helix opgerold rond 8 eiwitten/histonen
= nucleosoom of beads on a string
• Nucleosomen heel sterk opgerold rond histonen
= chromatine
• Chromatine helemaal opgerold/gecondenseerd
= chromosoom
Chromosomen:
• Alleen afzonderlijk zichtbaar tijdens de kerndeling of mitose
• Bestaan uit chromatine (complex van DNA, RNA en eiwitten)
Hoe opgerold?
• DNA windt zich rond 8 histonen
• Opvouwing van deze structuur
ontstaan van fiber/vezel (basis van de looped domains of lussen)
• Lussen ankeren aan het chromosoomskelet of scafold
7
Lussen:
• Heeft één startpunt of origins of replication voor DNA-replicatie
• In genrijke gebieden: lussen in een losse pakking
In genarme gebieden: lussen dichter op elkaar
• Per cluster van lussen (met een globaal gelijke pakking) worden de beginpunten van replicatie
tegelijk actief
• Hoe rijker aan genen een cluster van synchroon replicerende lussen is, hoe vroeger de DNAreplicatie tijdens S-fase begint
In de metafase nog steeds verschil in pakking van looped domains zichtbaar:
• G- en R-bandering techniek kan dit aantonen
• Genrijke chromosoomsegmenten met overwegend vroeg replicerende clusters
*
Met G-bandering: lichte kleur
*
Met R-bandering: donkere kleur
• Genrijke chromosoomsegmenten met overwegend vroeg replicerende clusters
*
Met G-bandering: donkere kleur
*
Met R-bandering: lichte kleur
1.4.1.
Genoom, haploïd en diploïd
Genoom:
• De complete set aan genetisch materiaal
• Elk chromosoom en ook van elk gen is er dus één kopie aanwezig in theorie
• Bevat:
*
Autosomen
*
Geslachtschromosomen X en Y
Haploïd:
• Van elk chromosoom maar één kopie aanwezig in de cel, embryo of organisme
• Zaadcellen: 2 types haploïde cellen:
*
Die met een X-chromosoom
*
Die met een Y-chromosoom
• Bij bevruchting:
*
Diploïde zygote
*
Ouderlijke haploÏde chromosomensets bevinden zich in de zygote ieder in hun eigen kern
*
Na de eerste deling (klievingsdeling): homologe chromosomen komen in één kern te liggen
(in de twee kernen van een tweecellig organisme)
Diploïde cel: van elk chromosoom 2 homologe paren (autosomen)
Haploïde cel: van elk chromosoom 1 paar
8
1.5.
CELCYCLUS
1.5.1.
Mitose en meiose: inleiding
Cellen van zoogdier:
• Cellen van soma
• Cellen van kiembaan
*
Hier differentiëren kiemcellen (voorlopers van geslachtscellen) tot gameten
Tijdens embryonale en foetale fase: ontwikkeling soma
• Kracht hierachter:
*
Celdeling gekoppeld aan celdifferentiatie
*
Geprogrammeerde celdood (apoptose)
Onderscheid soma en kiembaan essentiëel:
• Kiembaan:
*
Differentiatie komt vroeg in embryonale ontwikkeling tot stand
*
Gevolgen van een mutatie zijn héél anders dan de gevolgen van een mutatie bij een soma
*
Alle kiemcellen voor het grootste gedeelte van hun vermeerderings- en
differentiatiegeschiedenis zijn diploïd
gameten zijn haploïd
• Soma:
*
Indien gametogenese en bevruchting normaal verlopen
bijna alle cellen van soma diploïd
*
Er kunnen cellen met een hogere ploïdiegraad ontstaan
(ploïdiegraad = aantal haploïde sets chromosomen)
Tijdens de eerste van de twee meiotische delingen vindt de reductie van het chromosoomaantal
tot haploïd plaats
= reductiedeling
1.5.2.
Mitose
Mitose = kerndeling van somatische cellen en de cellen van de kiembaan tot aan de meiotische
stadium (dus van een diploïde cel naar twee diploïde cellen)
heeft ook een controlesysteem om fouten op te sporen
Celdeling:
• Mitose
• Cytokinese (verdeling van het cytoplasma over de twee dochtercellen)
Cyclus:
• S-fase: signaal voor celdeling
• Profase:
*
chromosomen dat spiraliseerd
*
kernmembraan lost op
*
spoelfiguur wordt gevormd: microtubuli aangemaakt (draadjes tussen centrosomen)
9
• Prometafase
• Metafase: fase van chromosoomtransport waarbij microtubuli, centrosomen en centromeren
worden gebruikt
Centromeer: de chromosoomregio die via een eiwitplaat (kinetochoor) bindt aan de microtubili
*
Centrosomen aan de polen van de spoelfiguur organiseren de groei van de microtubuli
*
In de chromosomen is het centromeer als een insnoering te zien
*
Kinetochoren worden gekoppeld aan de microtubuli (en separase komt vrij)
*
Transport kan beginnen
*
De centromeren liggen in de equator van de spoelfiguur, per chromatide, ieder naar een pool
gericht
• Anafase:
*
Start: wanneer het cohesinecomplex door de enzymatische activiteit van separase wordt
opengeknipt
cohesinecomplex: geactiveerd tijdens S-fase en houdt zusterchromatiden bij elkaar
*
Afstand tussen de polen wordt groter
*
Zusterchromatiden worden uit elkaar gehaald
• Telofase:
*
Cytokinese begint
*
Centromeren liggen nu dichts bij de pool wanneer het chromatine (na de telofase) het
chromatine weer despiraliseert en er een nieuwe kernmembraan komt.
Non-disjunctie = wanneer twee chromatiden niet gescheiden worden en in één dochtercel komen
Monosome en trisome dochtercellen = komt voor na een vertraagd transport van chromatide naar
een dochterkern (anafase-lagging)
1.5.3.
Meïose
Wat? Van een diploïde cel naar een haploïde cel gaan
= reductiedeling
Waar? Alleen bij de vorming van voortplantingscellen
Wanneer? Een week na de bevruchting worden de kiemcellen al gevormd (voorlopers van
voortplantingscellen)
Hoe? Door 2 delingen:
• Meïose I:
*
van een diploïde cel naar een haploïde cel
*
van 46 chromosomen naar 23 chromosomen
• Meïose II:
*
Van 2 (gelijke) chromatiden per chromosoom naar 1 chromatide
*
Dus het verdubbelde DNA in één cel, wordt verdeeld over 2 cellen
10
A.
Meïose I
Leptoteen stadia: chromosomen worden gevormd door condensatie van DNA
Zygoteen stadia: 2 homologe chromosomen gaan elkaar opzoeken
paring + vast zitten aan elkaar
Pachyteen stadia: kleine stukjes chromosomen gaan uitwisselen (crossing over)
elk chromosoom wordt een unieke combinatie
Diploteen stadia: chromosomen worden terug wat losser
Diakinese: spelfiguur wordt gevormd
Metafase I:
• Chromosomen liggen op evenaar
• 2 homologe chromosomen gaan uit elkaar (niet chromatiden zoals bij mitose en meïose II)
• Essentieel is dat de chromosomen goed paren met elkaar goed samenhangen evenwichtige
spanning goed uit elkaar gehaald worden
Anafase:
• Start: wanneer het cohesinecomplex door de enzymatische activiteit van separase wordt
opengeknipt
cohesinecomplex: geactiveerd tijdens S-fase en houdt chromosomen bij elkaar
• Afstand tussen de polen wordt groter
• Homologe chromosomen worden uit elkaar gehaald
Telofase:
• Cytokinese begint
• Centromeren liggen nu dichts bij de pool wanneer het chromatine (na de telofase) het chromatine
weer despiraliseert en er een nieuwe kernmembraan komt.
B.
Meïose II
Analoog aan mitose
Verschil met meïose I:
• chromatiden worden uit elkaar gehaald en niet chromosomen
• leptoteen, zygoteen, pachyteen, diploteen en diakinese gebeurt niet
• alleen profase
C.
Opmerkingen
Crossing-over:
• Gebeurt op willekeurige plaatsen
• Kan op verschillende plaatsen tegelijk gebeuren op een chromosoom
• Hierdoor zijn er verschillende combinaties bij mensen (bv. broer en zus hebben hetzelfde DNA,
maar zien er anders uit)
• Chiasma: plaats waar stukjes worden uitgewisseld en waar ze aan elkaar vasthangen
11
Seperatine:
• Functie bij eerste meïotische deling: cohesines thv centromeer niet afbreken, alleen paren uit
elkaar halen
• Functie bij tweede meïotische deling: cohesines thv centromeer afbreken chromatiden uit elkaar
Vrouwen:
• Een geïnactiveerd X-chromosoom
vrouw is mozaïek, in de ene cel is het de éne chromosoom en in de andere de andere
bv. lapjeskat
• 1e meïotische deling: bij eisprong
2e meïotische deling: bij bevruchting
ontstaan van poollichaampjes
12
2. Chromosomale overerving
2.1.
NAAMGEVING
Hoe gerangschikt?
• Volgens grootte
• Volgens plaats centromeer
*
Metacentrisch: ongeveer in het midden van het chromosoom
*
Submetacentrisch: tussen het midden en het uiteinde
*
Acrocentrisch: dichtbij het uiteinde
2.1.1.
Beschrijving karyotype volgens ISCN 1995
ISCN:
• Internationaal Systeem voor Humaan Cytogenetische Nomenclatuur
Hoe beschrijven?
• Iedere regio en band in de korte en lange arm van de chromosoom wordne met verschillende
cijfers aangeduid.
• Voordeel: zo is het mogelijk de breukpunten van iedere structurele afwijking in detail aan te
duiden
Symbolen:
Symbool
Betekenis
p
Korte arm van de chromosoom
p21
Band 21 van de korte arm
q
Lange arm van de chromosoom
q1
Regip1 van de lange arm
Del
Deletie
i
Isochromosoom
mar
Markerchromosoom
r
Ringchromosoom
t
Translocatie
;
Scheidt chromosoomgebieden betrokken bij structurele veranderingen
()
Omvat structureel veranderde chromosomen
+ voor symbool
Additioneel chromosoom
+ na symbool
Toename van lengte van chromosoom, arm of regio
- voor symbool
Ontbrekend chromosoom
- na symbool
Afname van lengte van chromosoom, arm of regio
Voorbeelden zie handboek p 126
13
2.2.
CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN
Ploïdieafwijking: het aantal chromosomale sets is niet normaal
Aneuploïdie: afwijkingen van het aantal doordat er één of meer chromosomen te veel of te weinig
zijn
2.2.1.
Ploïdieafwijkingen
Polyploïdie = aanwezig zijn van meer dan 2 haploïde sets van chromosomen.
Triploïdie:
• 69 chromosomen
• Gevolgen:
*
Dubbele bevruchting
*
Miskramen
• Soms een geboorte, maar kind overlijdt na enkele dagen
Tetraploïdie:
• 92 chromosomen
• Ontstaat door het uitblijven van celdeling na de kerndeling
• Gevolg: miskraam
• Ook bij: sommige normale weefsels en tumoren
2.2.2.
Aneuploïdie
Aneuploïde zygoten hebben meer of minder dan 46 chromosomen
Ontstaan door:
• Non-disjunctie in de eerste meïotische delingen
• Anafase-lagging in de eerste meïotische delingen
alle cellen van de individu zijn afwijkend
Toename van een chromosoom:
• Trisomie
• Meest frequente groep van chromosomale afwijkingen (zowel bij spontane abortus als bij
geboorte)
Afname van een chromosoom:
• Monosomie
• Niet overleefbaar spontane abortus
• Uitzondering: monosomie – X
*
Meestal spontane abortus
*
Soms geboorte
14
2.2.3.
Mozaïcisme
Ontstaan van mozaïcisme:
• Aneuploïdie of polyploïdie kan optreden tijdens de mitotische deling
• Afhankelijk van hoe vroeger of hoe later de non-disjunctie of anafase-lagging begint, kan de
foetus in meer of mindere mate afwijkingen tonen in de cellen
Klinische beeld wordt bpeaald door de graad en de verdeling van het mozaïcisme
Opmerkingen:
• Dochtercellen van een mitotische fout hebben niet noodzakelijk dezelfde overlevingskansen of
hetzelfde vermenigvuldigingsritme
• In extreme gevallen zal de chromosomale afwijking zich beperken tot één weefsel of één orgaan
2.2.4.
Structurele afwijkingen
Wat? Afwijkingen in de vorm of structuur van chromosomen.
Hoe ontstaan?
• Doordat er tijdens de DNA-replicatie of onmiddelijk daarna, breuken optreden in één of mer
chromosomen.
• Meestal worden de breuken hersteld.
Soorten breuken:
• Één van de afgebroken stukken kan verloren gaan
eenvoudige terminale deletie
• Twee breuken binnen één chromatide:
*
Para-inversie
*
Pericentrische inversie
*
Interstitiële deletie
*
Ringchromosoom
Isochromosoom:
• Ontstaan: chromosoom kan tijdens de anafase dwars door het centromeer wordne gesplitst in
plats van overlangs.
korte en lange arm worden van elkaar gescheiden
• Isochromosomen worden gevormd;
*
Exact metacentrisch
*
Bestaat uit een centromeer
*
Tweemaal de korte of tweemaal de lange arm van het oorspronkelijke chromosoom
Translocatie:
• Ontstaan: wanneer twee verschillende chromosomen op hetzelfde moent een breuk vertonen en
één van de stukken versmelt met het verkeerde chromosoom
• Soorten:
*
Reciproke translocatie: beide stukken zitten op de verkeerde plaats
*
Gebalanceerde translocatie: geen verlies van genetische informatie
15
Centrische fusie of robertsoniaanse translocatie:
• Optreden van breuken thv het centromeer van de korte en lange arm van de chromosomen van de
D-groep (13-15) en G-groep (21 en 22)
• Korte armen gaan hierbij verloren, zonder dat dit aantoonbare nadelige gevolgen heeft voor het
individu
• Het kan wel nadelige gevolgen hebben voor de nakomelingen van de drager
Frequenties:
• Deletie en isochromosomen: zelden in opeenvolgende generaties zichtbaar en gaan meestal met
ernstige afwijkingen gepaard
• Reciproke translocaties en centrische fusies:
*
Komen vaak in meerdere generaties voor
*
Dragers zijn gebalanceerd en zijn gezond
frequentie is afhankelijk van de hoeveelheid en de aard van genetische informatie die verloren is
gegaan
Chromosomale afwijkingen zijn het best zichtbaar met de FISH-methode:
• Zie nota’s en zie pag 256
2.3.
OORZAKEN VAN CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN
Chromosomale afwjkingen die ontstaan tijdens de meiose en mitose zijn grotendeels onbekend.
Virussen, bestraling en chemische mutagentia kunnen structurele modificaties veroorzaken.
Belangrijke factoren:
• Leeftijd van de moeder: beïnvloed de freqentie van non-disjunctie tijdens de meïose
• Sommige families: verhoogd aantal numerieke afwijkingen
vermoeden dat er bepaalde genen bestaan die het voorkomen van meiotische non-disjunctie
bevorderen
2.4.
INCIDENTIE VAN CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN
Van de bevruchting naar de geboorte:
• Pre-implantatie verlies:
*
± 1/3
*
Trisomie 1 en trisomie 17
*
Geen innesteling
• Post-implantatie verlies:
*
± 1/3
*
< 6 weken: 25%
*
> 6 weken: 10%
*
80% van de chromosomale afwijkingen:
-
Trisomie 16 en 21
Triploïdie
Monosomies
45 X
• Geboorte: 1/150 en 1/200 geboren met afwijking (nog een zeer grote selectiefase)
16
2.5.
GESLACHTSCHROMOSOMEN EN HUN AFWIJKINGEN
Vrouwelijk geslacht is homogametisch:
• Omdat de vrouw twee X-chromosomen bezit kan het slechts één soort geslachtscel produceren:
het X-dragende
Mannelijk geslacht is heterogametisch:
• Omdat de man zowel een X-chromosoom en een Y-chromosoom bezit, kan de man twee
geslachtscellen produceren: het X-dragende en de Y-dragende
Primaire geslachtsverhouding: verhouding tussen mannelijke en vrouwelijke zygoten is 1
Secundaire geslachtsverhouding: verhouding tussen mannelijke en vrouwelijke zygoten is ≠ 1
meer jongens als meisjes geboren:
• Nog steeds geen verklaring ervoor
• Secundaire geslachtsverhouding neemt af
*
Bij toenemende ouderleeftijd (vooral bij vader)
*
Bij toenemend kinderaantal
2.5.1.
A.
Kenmerken van de geslachtschromosomen
X-chromosoom
Lange arm: meest geconserveerde deel van het chromosoom
Korte arm: reeks genen die bij andere soorten op de autosomen zijn gelokaliseerd
Uiteinde korte arm:
• Veel homologie wat betreft de samenstelling van DNA met de basenparen op de korte arm van Ychromosoom
• Deze regio maakt het mogelijk om tijdens de meiose paring van X en Y te hebben én veelvuldig
crossing-over te hebben
• Wordt pseudo-autosomale regio genoemd
B.
X-chromosoominactivatie
Het chromosoom dat geïnactiveerd is heeft geen rol meer in de transcriptie
Lyon - Hypotheses:
• Bij vrouwelijke zoogdieren is per cel slechts één van beide X-chromosomen actief
• Inactivatie van het andere X-chromosoom vindt plaats tijdens de vroege embryonale ontwikkeling
• Het inactieve x-chromosoom kan zowel van vaderlijke als van moederlijke oorsprong zijn
• Het activiteitenpatroon blijft tijdens de opeenvolgende mitotische delingen gehandhaafd.
Vrouwen die heterozygoot zijn voor een X-gebonden kenmerk mozaïekpatroon vertonen
XIST-gen:
• Gen dat te maken heeft met X-inactivatie
• Ligt op lange arm van het X-chromosoom
• Na innesteling wordt een van de beide XIST-genen willekeurig geactiveerd het betreffende Xchromosoom definitief geïnactiveerd en gemethyleerd wordt (enkel de pseudo-autosomale regio
ontstnapt aan de inactivatie).
17
C.
Y-chromosoom
Kenmerken:
• Zeer variabel in lengte
• Aantal genen op de korte en lange arm is zeer geconserveerd
• Bevat heel wat repetitieve sequenties
• Bevat een achttal genen dat ook op het X-chromosoom ligt
2.5.2.
Chromosomale oorzaken van afwijkende geslachtsdifferentiatie
Zowel autosomale als geslachtschromosomale afwijkingen kunnen de oorzaak zijn van een
afwijkende geslachtsontwikkeling.
Autosomale defecten:
• Gevolgen: congenitale afwijkingen en psychomotorische retardatie
Geslachtschromosomale afwijkingen:
• Gevolgen:
*
Meer effect op de geslachtsontwikkeling, dan op de lichamelijke ontwikkeling
*
Komt meestal op latere leeftijd tot uitting
• Soorten:
*
Structurele afwijkingen
*
Numerieke afwijkingen
-
2.6.
Door non-disjunctie ontstaan 4 abnormale gameten
ERFELIJKHEID VAN CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN
2.6.1.
Gevolg van een meiotische stoornis
Inversies
Homologe chromosomen kunnen alleen paren wanneer er een inversielus ontstaat
als gevolg van crossing-over binnen de lus kunnen afwijkende chromosomen worden gevormd
Paracentrische inversie:
• Centromeren liggen buiten de lus
• Crossing-over binnen het inversiesegment acentrish en dicentrisch chromatide
• Weinig kans op overleefbaarheid
Pericentrische inversies
• Centromeren liggen binnen de lus
• Crossing-over binnen het inversiesegment beide chromatiden zullen afwijkend zijn
• Kans op overleefbaarheid, nakomelingen hebben:
*
Partiële trisomie
*
En partiële monosomie
18
2.6.2.
Reciproke translocaties
Tekening hb 139 !!!
Homologe chromosomen zullen tijdens de meiose één kruisvormig quadrivalent vormen
6 soorten gameten ontstaan
Dewelke?
• Normaal
• Gebalanceerde translocatie
• Partiële trisomie met partiële monosomie
2.6.3.
Robertsoniaanse translocatie
Tekening hb 140 !!!
Variant van reciproke translocatie, maar één chromosoom is verloren
Homologe chromosomen zullen tijdens de meiose een trivalent vormen
Het percentage van kinderen met een trisomie is afhankelijk van:
• Het geslacht van de translocatiedrager
• Type translocatie
2.7.
MEDISCHE VOORBEELDEN
2.7.1.
A.
Autosomale afwijkingen
Trisomie 21 of syndroom van Down
Belangrijkste doodsoorzaken op jonge leeftijd:
• Genitale hartgebreken
• Luchtweginfecties
Oorzaken voor Down-syndroom:
• 94%: klassieke vrije trisomie 21
door non-disjunctie tijdens 1e meiotische deling voor de bevruchting
• 4%: overerving van ouders met robertsoniaanse translocatie
• 2%: mozaïcisme
foutje in mitose (reductiedeling) na de bevruchting
Gevolgen voor voortplanting van mongooltjes:
• Meisjes kunnen geslachtsrijp worden, maar hebben 50% kans op een mongooltje
• Mannen worden niet geslachtsrijp
B.
Trisomie
Trisomie 18 of EdwardsEdwards-syndroom
Oorzaken:
• Vrije trisomie 18
• Mozaïcisme
• Partiële trisomie 18:
door overerving (translocatie van een segment van chromosoom 18 op een ander chromosoom)
19
C.
Trisomie 13 (Patau(Patau-syndroom)
50% sterft in de eerste levensmaand aan de gevolgen van de ernstige afwijkingen
Oorzaken:
• Vrije trisomie 13
• Door robertsoniaanse translocatie
• Mozaïcisme met een variabel aantal trisomische cellen en een variabele klinische expressie
• Partiële trisomie 13
door overerving (trnaslocatie van een segment van chromosoom 13 op een ander chromosoom,
kan leiden tot een partiële trisomie 13 in de volgende generatie)
D.
Cri du chat – syndroom
Oorzaken:
• Deletie van banden in de korte arm op chromosoom 5
• Beide ouders zijn drager van een gebalanceerde translocatie tussen de korte arm van chromosoom
5 en een ander autosoom
2.7.2.
A.
Geslachtschromosomale afwijkingen
45, X of Turnersyndroom
Oorzaken:
• Non-disjunctie of anafase-lagging
• Deletie
• Translocaties
• Iso-X-chromosomen
B.
47,XXX of
of 48,XXXX of 49, XXXXX
47,XXX meestal verstandelijk normaal
Hoe meer X-chromosomen, hoe erger de verstandelijke handicap én 49,XXXXX hebben meestal
ernstige congenitale afwijkingen
C.
47, XXY (klinefelter(klinefelter-syndroom)
Meestal na pubertijd vastgesteld
Uiterlijke kenmerken kunnen worden verminderd door inname van testosteron
Verstandelijk normaal
Andere varianten: hoe meer X-chromosomen, hoe meer een verstandelijke handicap en ook de
congenitale afwijkingen nemen toe
D.
47, XYY
Oorzaak: non-disjunctie tijdens de tweede meiotische deling vij de vader
Fabel: extra Y-chromosoom staat in verband met agressief en crimineel gedrag
20
3. Prenatale en pre-implantatiediagnostiek
3.1.
INLEIDING
Doel: aanstaande ouders de mogelijkheid bieden hun kind voor de geboorte te laten onderzoeken
op eventuele ernstige afwijkingen.
Onderscheid:
• Invasief onderzoek
*
Amniocentese/vruchtwaterpunctie
*
Chorionvillusbiopsie/vlokkentest
*
Cardocentese/navelstrengpunctie
• Niet-invasief onderzoek
*
Ultrageluid-onderzoek
• Pre-implantatie Genetische Diagnostiek
*
3.2.
Onderzoek bij embryo’s verkregen dor in-vitrofertilisatie
INDICATIES VOOR ONDERZOEK
3.2.1.
Invasieve diagnostiek
A.
Prenatale genotypering
36 jaar of ouder
Bij wie al een onderzoek is gedaan en zo gemakkelijk dus ook nog een karyotype kan gemaakt
van worden
Een van de parnters is drager van chromosoomafwijking
Ultrageluidonderzoek wijst op een chromosoomafwijking
Ouders die een eerdere zwangerschap omwille van chromosoomafwijking hebben gehad.
Zwangeren met een verhoogd risico op een autosomaal dominant, autosomaal recessief of Xchromosomaal overervende aandoening.
Zwangeren met een mitochondrieel erfelijke aandoening
Zwangeren met een afwijkend resultaat van serumscreening
Zwanger geworden door ICSI-procedure (Intracytoplasmatische sperma-injectieprocedure)
B.
Prenataal
Prenataal biomedisch onderzoek
Voordeel: erfelijke stofwisselingsziekten kunnen in een vroege fase worden fastgesteld.
Hoe? Vergelijkend biomedisch onderzoek met materiaal van de foetus en eerder opgeslagen
materiaal en dat van de heterozygote ouders.
C.
AFPAFP-onderzoek in vruchtwater
Wat? (Alpha-foetoproteïne onderzoek)
• Het AFP-gehalte in vruchtwater is een manier om het bestaan van een neurale-buisdefect te
bepalen
Vaak:
• In eerste instantie een geavanceerd ultrageluidonderzoek
• Indien nodig: aangevuld met amniocentese
21
Indicaties:
• Een zowiezo verhoogde kans op een neurale buisdefect of een eerder kind met een neuraal
buisdefect
• Andere:
*
Neuraal buisdefect ondtdekt door ultrageluidonderzoek
*
Verhoogde kans op andere aandoeningen die detecteerbaar zijn met AFP
D.
Invasief onderzoek
Abnormale screening (triple-nekplooi)
Leeftijd (Belgie >35 jaar)
Vorig kind met numerieke chromosomenfout
Ouders met structurele chromosomenfout
Monogeen overerfbare aandoeningen
Echografische afwijkingen
3.2.2.
Niet-invasieve diagnostiek
A.
Geavanceerd ultrageluidonderzoek
Bekend verhoogde kans op een bepaalde aangeboren afwijking of samenstel van afwijkingen in de
huidige zwangerschap
Vermoeden van een structurele of functionele afwijking door verloskundige controles of dmv
eenvoudige ultrageluidonderzoek
3.3.
DIAGNOSTISCHE METHODEN
3.3.1.
Ultrageluidonderzoek
Wat? Foetus kan in de baarmoeder worden gevisualiseerd en zo ook eventueel morfologische
afwijkingen in de eerste helft van de zwangerschap gesignaleerd worden.
Indicatie voor invasieve diagnostiek: wanneer de foetale misvorming een gevolg is van
chromosoomafwijking
Voordeel: niet schadelijk voor de gezondheid van de foetus of de moeder
3.3.2.
Amniocentese
Vanaf: 15-17 weken na de eerste dag van de laatste menstruatie (ELM)
Wat wordt bepaald (echoscopisch)?
• Amenorroeduur (eventueel bevestigd door ultrageluidonderzoek)
• Aantal foetussen
• Ligging van placenta
Vruchtwater:
• In begin van zwangerschap: cellen zijn afkomstig van alle weefsels die in contact staan met het
vruchtwater
• Daarna: foetale urine is belangrijkste bron van vruchtwater
22
Hoe?
• Met een dunne holle naald wordt 20 ml vruchtwater opgezogen (10% totale vruchtwatervolume)
A.
Risico’s
0.3 – 0.5%: miskraam door vruchtwaterpunctie
kans op misgaan is omgekeerd evenredig met ervaring van de operateur
Gezien de kleine kans op rhesussensibilisatie worden aan rhesusnegatieve vrouwen na de ingreep
een bepaalde vloeistof intramusculair toegediend.
B.
Laboratoriumbewerking van vruchtwater
Gecentrifugeerd
Gedurende aantal dagen in kweek gebracht
Delingsremmer toegevoegd wanneer cellen in mitose zitten
Karyotype vervaardigd
C.
Ook gebruikt voor ...
Opgekweekte cellen
• Diagnostiek van kleine chromosoomtranslocaties (dmv FISH)
• DNA-diagnostiek door het isoleren van de opgekweekte vruchtwatercellen
• Metabole (bv. meten van enzymactiviteit)
• Opzoeken van metabole aandoeningen
Ongekweekte cellen
• Snelle diagnostiek van autosomale trisomieën (dmv FISH en DNA-onderzoek)
3.3.3.
Chorionvillusbiopsie of vlokkentest
Wanneer? Amenorroeduur van 10 – 13 weken vanaf de ELM
Wat wordt bekeken?
• Amenorroeduur bevestigen of corrigeren
• Ligging van de placenta (heel belangrijk voor deze test)
Twee manieren:
• Transcervicaal (TC-CVB)
*
Placentaweefsel wordt verkregen door een speciale naald of biopsietang
• Transabdominaal (TA-CVB) of de vaginale test
*
Vlokkentest is pas mogelijk als de placenta goed bereikbaar is
A.
Voordeel
Het kan in een vroeg stadium volbracht worden
23
B.
Nadelen
TA-CVB soms niet verantwoord omdat de placenta moeilijk te bereiken is of er darmen voorliggen
Vaginale infecties vormen een contra-indicatie voor TC-CVB
Grotere kans dan bij amniocentese dat er onvoldoende materiaal wordt verkregen
Grotere kans op een abnormaal foetaal karyogram dan bij amniocentese
Grotere kans op het misgaan van een zwangerschap na een vlokkentest dan na amniocentese
door verschil in tijdstip: hoe vroeger in de zwangerschap hoe meer chromosomale afwijkingen
die uiteindelijk afgestoten worden
Kans op foetmaternale bloedtransfusie is verhoogd
vrouwen die rhesusnegatief zijn krijgen na de ingreep een bepaalde stof toegediend
C.
Laboratoriumbewerking
Proces:
• Eerst gespoeld en ontdaan van eventuele maternale cellen
• Soms: mogelijk direct preparaat vervaardigen omdat sommige cellen zich al in het mitosestadium
bevinden
*
Cytotrofoblastcellen: buitenkant van een chorionvillius
• Anders: cellen enkele dagen te kweken
*
Mesenchymale cellen: vormen het centrum van de villus
Aangeraden om beide celtypes te testen om mozaïcisme uit te sluiten
Ook gebruikt voor:
• Het isoleren van DNA voor DNA-diagnostiek
• Metabole analyses
D.
Betrouwbaarheid
Betrouwbaarheid van chromosoomonerzoek dmv chorionvilli-analyse is iets lager dan die van de
vruchtwatercellen
Betrouwbaarheid van de diagnostiek neemt toe wanneer een afwijking in zowel de
cytotrofoblastcellen als in de gekweekte mesenchymale cellen wordt vastgesteld
3.3.4.
Cordocentese
Hoe? (vanaf 18e week)
• Navelstreng wordt thv den placentaire aanhechtingsplaats geprikt met een holle naald
• 3 – 4 ml foetaal bloed wordt afgenomen
• Bloed wordt in kweek gebracht en aantal lymfocyten wordt vermeerderd
Nadeel: risico op foetale sterfte is 1%
Indicatie: rhesussensibilisatie
24
3.3.5.
Uitslag van het laboratoriumonderzoek
Normaal: zo snel mogelijk op de hoogte gebracht telefonisch of schriftelijk
Afwijkend:
• Afwijking gevonden waarop men zocht
vooral trisomie 21, 13 of 18
• Veel mindere afwijking dan verwacht
voornamelijk numerieke afwijkingen (bv. 47, XXX)
Opmerking: bij een afwijking moet ook het chromosoomtype van de ouders onderzocht worden.
3.4.
KANSBEPALENDE TESTS
Invasieve tests kunnen een miskraam veroorzaken
eerst screening
Eerste semester: nekplooi en biochemie
Tweede semester: triple test
3.4.1.
Screening
Screeningmethoden:
• Leeftijd
*
Groep van vrouwen van 36 of ouder met een relatief verhoogde kans op een kind met het
Down-syndroom
*
Groep van vrouwen tot 36 jaar met een niet-verhoogde kans op een kind met het Downsyndroom
weinig efficiënt
• Maternale-serumscreening
*
Aan de hand van spiegels van bepaalde biochemische merkstoffen van het maternale serum
de individuele kans berekend op een kind met een chromoosafwijking
*
Eerste semester
• Echo-onderzoek
• Combinatie van maternale-serumscreening en echo-onderzoek
3.4.2.
Eerste-semesterscreening
A.
Echoscopische markers
Wanneer? Foetus 11 – 14 weken oud
Hoe? Dikte van de nekplooi van de foetus echoscopisch meten (nuchal translucency)
Toename van dikte:
• Kans stijgt op aanwezigheid van chromosoomafwijking
• Andere congenitale afwijkingen (voornamelijk hartafwijkingen)
Vlokkentest of vruchtwaterpunctie kunnen uitsluitsel geven
25
B.
Biochemische markers
Bepaling van serumspiegels van:
• Vrij β-humaan-choriongonadotrofine (vrij βHCG)
• Pregnancy associated plasma protein A (PAPP-A)
Aan de hand van deze dubbeltest is de kansbepaling op chromosomale afwijking mogelijk
3.4.3.
Tweede-trimester-screening
Triple test: gebruik maken van drietal merkstoffen in het moederlijk serum:
• AFP
• HCG
• uE3
Men kan een vierde merkstof toevoegen (inhibin-A) voor een betere detectie van Down-syndroom
AFP is ook geassocieerd met de kans op een open neurale buisdefect
3.4.4.
Testkarakteristieken
Combinatie van dubbeltest en de nekplooimeting zorgt voor een detectie van 90% van kinderen
met Down-syndroom
2 – 7 % is fout-positief
fout-positief = bij de screening is er gezegd dat er een verhoogde kans is op Down-syndroom,
maar dat bij vruchtwaterpunctie blijkt dat het kind niet is aangedaan
3.5.
PRE-IMPLANTATIE GENETISCHE DIAGNOSTIEK
Wat?
• Na bevruchting wordt in de reageerbuis gewacht tot er in vitro een achtcellig embryo is ontstaan.
• Met behulp van een micropipet worden in dit achtcellig stadium één of twee cellen verwijderd, die
men vervolgens gebruikt voor diagnostiek
• Bij de diagnostiek wordt gebruik gemaakt van de FISH-methode voor cytogenetische diagnostiek
of va nde PCR-techniek ten behove van diagnostiek op DNA-niveau
Bad luck families:
• Paren die al een anatal keer een zwangerschap hebben laten afbreken na afwijkende bevindingen
bij reguliere prenatale diagnostiek
3.6.
NIEUWE ONTWIKKELINGEN IN NIET-INVASIEVE PRENATALE DIAGNOSTIEK
Door:
• Foetale cellen onderzoeken in maternaal bloed
• Foetaal DNA onderzoeken in maternaal bloed
26
4. Monogene overervingspatronen
4.1.
INLEIDING
Basis van monogene of mendeliaanse overerving:
• In onze cellen: alle erfelijke informatie tweemaal aanwezig
één allel afkomstig van de moeder en één van de vader
• Tijdens de meiose gaan beide allelen segregeren zodat elke gameet één allel heeft
• Uitzondering: geslachtschromosomen
hemizygotie (mannen hebben één X en één Y allellen op die chromosomen één keer
aanwezig)
Soorten overervingspatronen:
• Afhankelijk van plaats:
*
Autosomale overerving (gen op autosomaal chromosoom)
*
Geslachtschromosomale overerving (gen op geslachtschromosoom)
• Afhankelijk van dominante en recessieve overerving
*
Dominant: een gen komt in enkelvoud (heterozygote toestand) tot expressie
*
Recessief: een gen komt alleen tot expressie als beide allelen zijn aangedaan (homozygote
toestand)
4.2.
MENDELIAANSE OVERERVINGSPATRONEN
4.2.1.
Autosomaal dominante overerving
Kenmerken:
• Mannen als vrouwen zijn aangedaan
• Aandoening wordt met 50% kans doorgegeven aan de volgende generatie
• Opeenvolgende generaties in een familie zijn aangedaan
• Vader-op-zoonoverdracht komt voor
Wat?
• Aangedane individuen zijn heterozygoot
*
Een gewoon allel
*
Een gemuteerd allel
• Homozygotie is uitzonderlijk:
*
Zeldzaam bij de aandoeningen dat de partner ook een gemuteerd allel heeft op die plaats
Wisselende expressie bij dominant overervende aandoeningen:
• Wat? De klinische vorm waarin de door het gen veroorzaakte aandoening zich manifesteert kan
van individu tot individu verschillen.
• Oorzaken:
*
In verschillende aangedane families kan er sprake zijn van verschillende mutaties
*
Binnen één familie waar verschillende aangedane individuen drager zijn van dezelfde mutatie
• Verklaringen:
*
Invloed van andere genen
*
Invloed van verschillende omgevingsfactoren
• Non-penetrantie van het betrokken gen:
*
Indien de expressie bij een drager van een gemuteerd gen in het geheel ontbreekt
27
Aniridie
• Dominant overervende ziekte met een sterk wisselende expressie
• Oogziekte waarbij de mutatie verschillende gebreken kan veroorzaken aan het oog
Familiaire hypercholesterolemie
• Erfelijke lidipenstofwisselingsstoornis
A.
NovoNovo-mutaties, gonadaal mozaïcisme, codominantie en incomplete dominantie
Wanneer er een patiënt de eerste is in de familie:
• Bij één van de ouders minimale expressie:
*
Herhalingskans voor een kind 50%
• Geen minimale expressie:
*
De-novo-mutatie: in één van de gameten is een mutatie opgetreden
*
Gonadaal mozaïcisme of kiemcelmozaïek: mutatie is niet beperkt tot één gameet, maar dat
het een gedeelte van de voorlopercellen in de gonade heeft getroffen en het de oorzaak blijkt
te zijn van een degelijk verhoogde herhalingskans na een de-novo-mutatie
Codominantie:
• Speciale variant van autosomaal dominante overerving
• Voorbeeld: bloedgroep-ABO-systeem
*
Iemand met genotype AB heeft dezelfde bloedgroepkenmerken als iemand met AA of BB.
• Beide dominante eigenschappen koment tot uitdrukking in de heterozygoot
Incomplete dominantie:
• Semi-dominantie
• Speciale variant van autosomaal dominante overerving
• Voorbeeld:
*
Als een fenotype van iemand met het genotype AB intermediair is tussen het fenotype van AA
en BB
• Beiden eigenschappen A en B komen niet terug in de heterozygoot AB
4.2.2.
Autosomaal recessieve overerving
Kenmerken:
• Mannen en vrouwen kunnen aangedaan zijn
• Aandoening komt meestal in één generatie voor
• Niet zelden zijn ouders consanguïn (bloedverwantschap)
Autosomaal recessieve overerving:
• Het kind heeft twee afwijkende allelen
• Beide ouders zijn gezonde dragers (heterozygoot)
Cystische fibrose:
• Meest voorkomende autosomaal recessieve aandoneing
• Wat? Drienucleotide-deletie
28
Hemochromatose:
• Oorzaak: een te hoge ijzeropname waardoor er orgaanbeschadiging is
• Patiënten zijn bijna homozygoot voor een bepaald gen
Meest voorkomende oorzaak: consanguïniteit:
• Reden: de kans dat twee partners beide dragers zijn van hetzelfde recessieve gen stijgt als beiden
familie van elkaar zijn.
4.2.3.
X-chromosomaal recessieve overerving of geslachtsgebondenovererving
Oorzaak:
• Gemuteerd recessief gen op het X-chromosoom
Geslachtsverschillen:
• Man: maar één X-chromosoom hemizygoot aangedaan
• Vrouw: heterozygoot niet aangedaan aan helft van zonen en helft dochters doorgegeven
Spierziekte van Duchenne:
• Wat? Invaliderende spieraandoening dat op jeugdige leeftijd tot dood leidt
• Oorzaak:
*
Mutatie in het dystrofinegen (gelegen op X)
*
Dystrofinegen codeert voor een spiereiwit dat bij Duchenne-patiënten ontbreekt
Kenmerken:
• Bijna uitsluitend mannen die aangedaan zijn
• Ziekte wordt door niet-aangedane vrouwen doorgegeven aan (theoretisch) de helft van hun zonen
• Geen vader-op-zoon-overerving
• Dochters van aangedane mannen zijn obligaat heterozygoot
Kan voorkomen dat vrouwen klinische symptomen tonen, verklaringen:
• Personen met een vrouwelijk fenotype waar er sprake is van een afwijking aan de
geslachtschromosomen:
*
Bv. Turner-syndroom, vrouwelijke 46-XY
*
Bv. X-autosoom translocatie:
-
Stukje van een autosoom op aangedane X chromosoom
Het goede X chromosoom wordt geïnactiveerd omdat anders genetische info verloren
gaat (skewing = uitgesproken inactivatie van één bepaalde X)
• Vrouwen die homozygoot zijn voor twee gemuteerde allelen op de twee X-chromosomen
• Een abnormale lyonisatie, waardoor in het merendeel van de cellen het X-chromosoom met het
normale allel is geïnactiveerd
4.2.4.
X-chromosomale dominante overerving
Kenmerken:
• Alle dochters van een aangedane man zijn aangedaan
• Zonen erven nooit de aandoening van hun aangedane vader
• Aangedane vrouwen geven de aandoeningen door aan (theoretisch) de helft van hun zonen en de
helft van hun dochters
29
Geslachtsverschillen:
• Geen, zowel bij hemizygote mannen als heterozygote vrouwen komt het tot uiting
• Maar: de uiting is vaak ernstiger bij mannen als bij vrouwen
Belangrijk verschil met autosomale dominante overerving: het wordt NOOIT van vader op zoon
doorgegeven
Opmerking:
• Omdat mannen ernstiger zijn aangedaan als vrouwen, is het onderscheid tussen dominante en
recessieve overerving arbitrair
onderscheid laten vallen
Incontinentia pigmenti
• Complexe aandoening van de huid en het CZS
• Komt precies alleen voor bij vrouwen, maar dit is niet juist. De reden dat precies alleen vrouwen
zijn aangedaan is omdat het zo ernstig is bij mannen, dat de meesten nog niet geboren worden.
4.2.5.
Y-chromosomale overerving
Men heeft lang gedacht dat Y geen genetische informatie bevatte
fout: 95% van het Y-chromosoom staat in voor het mannelijk geslacht en bevat genen die
coderen voor eiwitten (grotendeels die betrokken zijn bij spermatogenese)
Mutatie op Y-gen: grote kans op subfertifiliteit of infertiliteit
kans op doorgeven werd vroeger klein ingeschat, nu zijn ze bezig met een bepaalde techniek
die kan op bevruchting zou doen toenemen
4.2.6.
Pseudo-autosomale overerving
Pseudo-autosomale regio:
• Bepaalde gebieden op de korte arm van X, hebben homologe gebieden op de korte arm van Y
• Genen in die gebieden komen bij beide geslachten in duplo voor
schijnbaar autosomale erfmodus
• Opmerking: een van de weinige delen van het geïnactiveerde X-chromosoom dat actief blijft
Voorbeeld: SHOX-gen
• Heterozygotie voor dominante mutaties in dit gen kunnen leiden tot het syndroom van Leri-Weill
(dyschondrosteosis)
*
Wat? Een milde ontwikkelingsstoornis van het skelet gekenmerkt door te korte onderarmen
en onderbenen en een afwijkende stand van het polsgewricht
• Homozygotie voor dominante mutaties leidt tot dezelfde skeletdysplasie, maar een veel ernstigere
vorm (mesomele dysplasie van Langer)
4.2.7.
Genetische heterogeniteit
Genetische heterogeniteit:
• Het verschijnsel dat klinisch volledig of vrijwel identieke ziektebeelden kunnen worden
veroorzaakt door verschillende genen.
• Elk van die genen kan afzonderlijk het ziektebeeld veroorzaken.
30
Bijvoorbeeld: retinis pigmentosa:
• In verschillende families verschillende overervingspatronen:
*
Autosomaal recessief
*
Autosomaal dominant
*
X-chromosomaal recessief
• Voorbeeld van locus-heterogeniteit
Heterogenteit binnen één locus:
• Erfelijke aandoening kan worden veroorzaakt dooreen groot aantal verschillende mutaties in
eenzelfde gen (allelische heterogeniteit)
Compound heterozygoot
• Een recessieve aandoening waarbij iemand de drager is van twee verschillende allelen binnen
hetzelfde locus
4.3.
UITZONDERINGEN (OP DE MENDELIAANSE OVERERVINGSPATRONEN)
4.3.1.
Mitochondriële erfelijkheid
Mitochondriopathie of encefalomyopathie
• Aandoeningen die geassocieerd zijn met pathogene mutaties in het mitochondriële DNA
• Kenmerk: defecten in het mitochondriële energiemetabolisme
meeste ziekten:
*
Spierzwakte
*
Hypotonie
*
Ataxie
*
Insulten
*
Encefalopathie
*
Mentale retardatie
*
Dementie
*
...
Eigenschappen:
• mtDNA codeert voor verschillende polypetiden, waarvan een deel instaat voor OXPHOS (oxidatieve
fosforylering)
• Er is een hoge mate van multiploïdie omdat elke lichaamscel ongeveer 2 – 10 kopieën van het DNA
heeft
• mtDNA erft enkel maternaal over
• mtDNA is homoplasmatisch: alle kopieën van het mtDNA dat een individu heeft is identiek
*
Heteroplasmie komt voor wanneer er een mutatie is in één van de lichaamscellen
Polymorfisme
• Niet-pathogene mutaties
• De aanwezigheid in een bevolking van twee of meer allelen op een locus, waarbij ten minste twee
allelen in een frequentie van meer dan 0.01 voorkomen
• Beschadiging van het mtDNA door:
*
Intramitochondriële zuurstofradicalenvorming
*
Ontbreken van een DNA-herstelsysteem
31
Spontante mutatie
• Ontstaat in één mtDNA-molecule, waarna door duplicatie tijdens celdelingen gaan meerdere
kopieën ontstaan
• In een oögonia:
*
Flessenhalsprincipe kan voor een grote toename zorgen
*
Principe berust op: tijdens oögenese het aantal mtDNA-moleculen wordt gereduceerd tot een
zeer klein aantal
*
Indien een gemuteerde molecule deze flessenhals passeert, zal de bijdrage daarvan aan de
totale hoeveelheid mtDNA sterk stijgen wanneer bij de daaropvolgende replicaties weer naar
de oorspronkelijke hoeveelheid wordt gegaan
*
Zo kan na enkele generaties homoplamsie ontstaan (zelden, door letaal karakter)
Leber-opticusatrofie
• Niet-letale pathogene mutaties geen natuurlijke selectie homoplasmie voor de mutatie vaak
een feit
• Vorm van slechtziendheid bij jonge mannen
• Niet iedereen die de mutatie heeft krijgt de ziekte veronderstelling dat ook andere factoren een
rol spelen in de pathogenese
MELAS
• Myopathy, encephalopathy, lactic acidosis and stroke-like episodes
• Jonge kinderleeftijd, letaal karakter
4.3.2.
Dynamische DNA-triplet-repeatsequenties
Trinucleotide-repeats
• Afwijkende aaneenschakeling van meerdere kopieën van bepaalde trinucleotiden
*
In of nabij de genen
*
Beïnvloedt de expressie van genen
*
Kan leiden tot erfelijke aandoeningen
• Wanneer deze repeat-eenheden toenemen in een aantal opeenvolgende generaties kan een
situatie ontstaan waarbij de repeat-eenheid zo groot wordt, dat een ziektebeeld het gevolg is
Voorbeelden:
• Fragiel-X-syndroom
*
Stukje op X-chromosoom dat ingesnoerd is
*
CGG-repeat vlak voor het gen
• Myotone dystrofie
• Ziekte van Huntington
• X-gebonden benige spinale spierastrofie
Ontwikkeling:
• Normaal: stabiel, geen symptomen
• Premutatie: instabiel, geen symptomen
*
Verhoogd aantal repeats, maar niet genoeg voor ziektebeeld te vormen
*
Doorgegeven aan volgende generatie die wss wel zal aangedaan zijn
*
Verhoogde penetrantie of Sherman-paradox
• Mutatie: instabiel, symptomen
32
Ernst van aandoening is gecorreleerd met de lengte van de repeat
anticipatie: verschijning waarbij de zieken steeds jonger getroffen worden en steeds ernstiger
is
4.3.3.
Uniparentale disomie
Uniparentale disomie;
• Vormt een uitzondering op de regel dat het éne allel van de vader afkomstig is en het andere van
de moeder
Ontstaan?
• Bij de productie van gameten ontstaat vaak afwijkingen in het aantal chromosomen
• Deze chromosoomafwijkignen treden zo vaak op dat het niet abnormaal is dat een gameet met
een bepaald chromosoom te veel versmelt met een gameet dat een bepaald chromosoom mist
• Resultaat: een cel met 46 chromosomen, maar voor één van de 23 paar chromosomen geldt dat
het volledig van één ouder komt
Andere manier van ontstaan:
• Bij een zygote is sprake van trisomie waardoor de cel één van de te vele chromosomen wegdoet
waardoor de zygote kan gerescued worden
• Hierbij is er één derde kans dat de twee overblijvende chromosomen van één ouder is
4.3.4.
Genomic imprinting
Parental/genomic imprinting:
• Als er verschillen bestaan in de mate van expressie van het autosomale allel van de moeder of van
de vader
• Maternele imprinting:
*
Gen van de moeder is inactief
*
Gen van de vader is actief
• Paternele imprinting:
*
Gen van de moeder is actief
*
Gen van de vader is inactief
Ontdekking:
• Kerntransplantatie-experimenten: wat gebeurt er bij 46 chromosomen van één ouder?
• Deze experimenten toonden aan dat zowel het vaderlijke als het moederlijke genoom nodig zijn
voor de normale ontwikkeling van de foetus
er moeten dus verschillen zijn in de expressie van essentiële genen van vaderlijke en
moederlijke afkomst
Conclusies uit experimenten:
• Niet het hele genoom is onderhevig aan imprinting
• Uniparentale disomie of duplicatie van geïmprinte genen leidt tot imprintingsfenomenen variërend
van vroegembryonale (letale) effecten tot fenotypische effecten waarneembaar na de geboorte
• De imprint bestaat maar één generatie
• Imprinting kan weefselspecifiek zijn. Men vermoedt dat dit gereguleerd kan worden door
specifieke eiwitten (imprintingsfactoren)
• De imprint kan zoel maternaal als paternaal zijn
33
Hoe gebeurt genomische imprinting? Methylatie
• Methylgroep komt op een gen te zitten DNA onleesbaar (gen gesilenced)
• Dit gebeurt in de promotorregio van DNA
Reden: battle of the sexes:
• Vader laat vooral groeionderdrukkende genen imprinten
om kinderen te laten overleven moeten ze zo groot mogelijk zijn
• Moeder laat vooral groeiinducerende genen imprinten
als kinderen te groot zijn is het nog moeilijk om ze te baren
Voorbeelden van syndromen:
• Angelman-syndroom
*
Imprinting-effecten op chromosoom 15
*
Veroorzaakt door maternele deleties of paternale duplicaties
• Prader-Willi-syndroom
*
Imprinting-effecten op chromosoom 15
*
Veroorzaakt door paternele delities of maternale uniparentale disomie
• Beckwith-Wiedemann-syndroom
*
Overgroeisyndroom
*
Veroorzaakt door uniparentale disomie op chromosoom 15
*
Deze disomies zijn van paternale oorsprong
Translocateis/inversies zijn van maternale oorsprong
34
5. Multifactoriële erfelijkheid
5.1.
INLEIDING
Multifactoriële erfelijkheid:
• Familieleden van patiënten heben een verhoogd risico in vergelijking met rest van bevolking
• Herhalingskansen zijn lager dan recessieve of dominante overerving
• Complexe erfelijkheid: combinatie van meerdere afwijkende allelen én exogene factoren die het
ziektebeeld veroorzaken
Voorbeelden:
• Aangeboren: hartafwijkingen, lipspleet
• Andere: astma, diabetes, kanker, hypertensie, psychiatrische aandoeningen
5.2.
HERHALINGSKANS
5.2.1.
Herhalingskans en graden van verwantschap
Individuen die nauw aan elkaar verwant zijn delen over het algemeen grote stukken van hun
genoom en dus ook de variaties in dit DNA.
Eerstegraadsverwanten zijn verwanten die de helft van hun genoom gemeenschappelijk hebben:
• Ouder – kind
• Broer – zus
Tweedegraadsverwanten hebben gemiddeld een kwart van hun genoom gemeenschappelijk:
• Groutouers
• Tantes en nonkels
• Kleinkinderen
Derdegraadsverwanten hebben gemiddeld een achtse van hun genoom gemeenschappelijk:
• Volle neven – nichten
• Overgrootouders – achterkleinkinderen
Hoe meer verwant met elkaar, hoe groter de kans van overerving
5.2.2.
Herhalingskans en populatiefrequentie
Hoe hoger de frequentie in de populatie, des te hoger de herhalingskans in families
5.2.3.
Herhalingskans en de ernst van de aandoening
Herhalingskans kan afhankelijk zijn van de ernst van de aandoening
Bij verscheidende multifactoriële aandoeningen is de kans op herhaling groter voor verwanten van
patiënten met een ernstige vorm van een aandoening dan voor verwanten van patiënten met een
lichte vorm van aandoeningen.
35
Verklaring: naarmate iemands liability meer rechts van de drempelwaarde ligt, de aandoenign
ernstiger zal zijn.
de liability van de verwanten van een patiënt met een ernstige aandoeing ook een hogere
waarde heeft dan verwanten van een patiënt met een lichtere vorm
5.2.4.
Herhalingskans en het aantal aangedane verwanten
Herhalingskans is ook afhankelijk van het aantal aangedane verwanten
Verklaring: dezelfde als bij ernst van de aandoening
5.2.5.
Herhalingskans en het Carter-effect
Incidentie van bepaalde aandoeningen is hoger voor jongens als voor meisjes
Toch gaan meisjes dan sneller de ziekte doorgeven aan de volgende generatie dan jongens omdat
meisjes met de aandoening vaak ernstiger ziek zijn en een hogere liability hebben
herhaling is groter voor verwanten van aangedane meisjes dan verwanten van aangedane
jongens
5.3.
VERDELING VAN DE AANDOENINGEN
5.3.1.
Continue verdeling voor kwantitatieve kenmerken
Kwantitatieve kenmerken vertonen vaak een continue verdeling (Gauss-curve)
Het feit dat er een continue verdeling is vor een polygeen model (meerdere afwijkende allelen op
verschillende loci) nog geen bewijs dat dit overervingsmodel ook voor dat kenmerk geldt.
meer bewijs door het feit dat mensen meer op elkaar gelijken voor dat kenmerk als ze meer
genen gemeenschappelijk hebben
Opmerking: er zijn ook niet-genetische invloeden die alles zullen beïnvloeden, dus niet een
perfecte gauss-curve
• Voor vatbaarheid is er een continue verdeling (kwantitatief)
• Voor ziekte hebben of niet is er een discontinue verdeling (kwalitatief)
5.3.2.
Discontinue verdeling voor kwalitatieve kenmerken
Model van multifactoriële erfelijkheid is bruikbaar voor discontinue verdeling, mits twee
veronderstellingen:
• Er is een individuele gevoeligheid (liability, vatbaarheid) voor elk van de individuen en die is
normaal verdeeld
*
Deze verdeling wordt bepaald door additief werkende genen en omgevingsinvloeden
*
Verschil met kwantitatieve kenmerken: de liability is niet zelf meetbaar, maar wordt als
aanwezig veronderstelt
• De aanwezigheid van een drempelwaarde in de liability-verdeling
*
Personen van wie de liability onder de drempel ligt, krijgen de aandoening niet
*
Personen met een liability van boven de drempel waarde krijgen de aandoening wel
36
In families:
• In bepaalde families worden aandoeningen in een hogere frequentie terug gevonden
• Oorzaak: omdat familieleden factoren met elkaar gemeen hebben, zal de liability-verdeling van
verwanten van de patiënt hogere waarden aannemen dan die van niet verwante personen.
5.4.
HERITABILITY
Welk gedeelte van de variatie wordt bepaald door genetische factoren en welke door exogene
factoren?
variantieanalyse
De analyse moet de vraag naar de grootte van heritability (H²) beantwoorden.
H² = genotypische variantie / fenotypische variantie
Fentotypische variantie = gethische variantie + omgevingsvariantie
5.5.
TWEELINGENONDERZOEK
Door middel van dit onderzoek wordt de concordantiepercentage berekent voor de aandoening
Concordantie = de beide individuen van een tweeling hebben de aandoening
Disconcordantie = niet beide individuen van een tweeling hebben de aandoening
Hoe groter het verschil in concordantiepercentage tussen MZ- en DZ-tweelingen, des te sterker
de invloed van genetische factoren
37
6. Erfelijkheidsadvisering
Lezen in handboek (307-327)
Notities doornemen
38
7. Genotypering
7.1.
VARIATIE IN HUMAAN GENOOM
Lokalisatie mutatie
• Intragenisch: in de gen
• Buiten de gen
Frequentie:
• Variatie (< 1%)
• Polymorfisme (> 1%)
*
Functioneel polymorfisme =
-
Gewijzigde genfunctie
Fenotypisch effect is afhankelijk van bijkomende genetische en omgevingsfactoren
Soorten variaties:
• SNP
*
Single nucleotide polymorfisme
*
Één basepaar is verandert in het DNA
• Aantal repeats
*
Denucleotide repeats mof microsattelietrepeats
*
Vaak niet in het coderend gen
*
Vaak CA-repeat
*
Heeft vaak geen effect op genexpressie
• Insertie, deletie of inversie
Gunstig of ongunstig effect
7.2.
SOORTEN MUTATIES
intron
exon
intron
Gen
nnnnnag
GGA
TCC
CCT
GGA
gtnnnnnnnnn
Eiwit
Start
Gly
Ser
Pro
Gly
Stop
nnnnnag
GGT
TCC
CCT
GGA
gtnnnnnnnnn
Start
Gly
Ser
Pro
Gly
Stop
nnnnnag
CGA
TCC
CCT
GGA
gtnnnnnnnnn
Silent mutatie
Missense mutatie
Nonsense mutatie
Frameshift mutatie
Splice mutatie
Start
Arg
Ser
Pro
Gly
Stop
nnnnnag
GGA
TCC
CCT
TGA
gtnnnnnnnnn
Start
Gly
Ser
Pro
STOP
Stop
nnnnnag
GGA
TTCC
CCT
GGA
gtnnnnnnnnn
Start
Gly
Phe
Pro
Trp
Stop
nnnnnag
GGA
TCC
CCT
GGA
atnnnnnnnnn
Start
Gly
Ser
Pro
Gly
Geen stop
Silent mutations
• Substitutie: een base wordt vervangen door een andere base
• Maar: doordat de twee codons toch voor hetzelfde AZ coderen, zal er geen verandering zijn
39
Missense mutatie:
• Substitutie andere base zorgt voor een ander aminozuur eiwit zal nog gemaakt worden eiwit waarschijnlijk andere vorm onvoldoende gaan werken of niet werken
Nonsense mutatie:
• Er wordt een stopcodon gecreëerd door een substitutie van een base eiwit wordt te vroeg
afgebroken van maken of mRNA zal het zelf niet overschrijven omdat het te klein is eiwit is niet
aanwezig
Frameschift mutatie:
• Insertie: er wordt een extra base toegevoegd
alles schuift op andere aminozuren aangemaakt ander, niet functioneel eiwit aangemaakt
en dat vroegtijdig wordt afgebroken eiwit niet aanwezig
Splice mutatie
• Substitutie van de plaats waar er moet geknipt worden voor de intron niet juist geknipt totaal
ander eiwit of geen eiwit
7.3.
EFFECTEN VAN MUTATIE
Loss-of-function muatie:
• Haplo-insufficiëntie
• Functie gaat verloren
• Genfunctie is aangetast en er wordt geen eiwit of een abnormaal eiwit gevormd
• Bv. nonsense, frameshift of splice mutatie
Gain-of-function mutatie:
• Eiwit wordt te snel geactiveerd, te hard werken
• Bv.
*
Achondroplasie: dwerggroei
*
Dynamische repeat bij ziekte van huntington
40
8. Gedragsfenotypes
Slides lezen
41
9. Moleculaire genetica
9.1.
– OMICS
Verschillende onderzoeken leiden tot resultaten in verschillende onderzoeksvelden die aangeduid
worden met – omics:
• Genomics
*
Bestudering op grote schaal van het genooom van mens, dier, plant en lagere organismen
• Transciptomics
*
Bestudering van alle mRNA’s in cellen of weefsels
• Protomics
*
Bestudering van alle eiwitten
• Metabolomics
*
Bestudering van alle metabolieten
Systems biology
• Benadering waarbij men tracht de onderzoekslijnen te integreren
Groot verschil tussen dit onderzoek en eerdere onderzoeksbenaderingen:
• Men heeft het niet meer bepaalde hypothesen over hoe een bepaald biologisch systeem werkt en
deze stuk voor stuk probeert experimenteel te toetsen, maar alle componenten van een systeem
worden tegelijk onderzocht om zo meer over de werking van de afzonderlijke systemen te weten
te komen.
9.1.1.
Genomics
Door de vergelijking van sequenties van verschillende soorten:
• Genen zijn in de evolutie geconserveerd
• De regulerende sequenties rond de genen en de interactie van genen met hun procucten in de cel
zijn ook geconserveerd in de evolutie.
deze interactie is heel belangrijk voor differentiatie en proliferatie van cellen
Het precieze aantal van genen is nog niet gekend, maar het zou normaal groter zijn dan 25 000
en in de buurt komen van 60 000.
Er zijn een groot aantal pseudo-genen:
• Wat? Kopieën van een gen, die door één of meer mutaties zijn geïnactiveerd en daardoor geen
functie meer hebben
• Ze worden beschouwd als een boetseerklei van de evolutie
• Door verder te muteren en door ooit weer actief te worden, kunnen uit pseudogenen nieuwe
functionele genen bestaan
42
9.1.2.
Transcriptomics
Onderzoek voor het weten welke genen in een cel of een weefsel actief zijn:
• Reverse-transcriptase
*
Een enzym dat RNA-virussen gebruikt om hun genooom in de kern van de gastheercel te
laten nestelen
*
Kan het mRNA terugvertalen in cDNA
• Dit mengsel kan men hybridiseren met een zeer groot aantal gezuiverde stukjes van genen
= DNA-chips of DNAmicroarrays
Men kan het mRNA van de controle (weefsel zonder bepaald kenmerk) en het monster (weefsel
met bepaald kenmerk) laten fluorisceren (elk met verschillend kleur) waardoor je kan zien welke
expressie van genen aanwezig is
9.1.3.
Proteomics
Het totaal aantal eiwitten dat kan worden gemaakt is groter dan het totaal aantal genen:
• Alternatieve splicing: exonen van een gen orden niet altijd in precies dezelfde volgorde en het
zelfde aantal gebruikt
• Eitwitten na de translatie worden nog gemodificeerd door toevoeging van allerlei zijketens en dat
verschillende eiwitketens samen met andere ketens weer complexen kunnen vormen.
Onderzoek dat het mogelijk maakt om eitwmengsels gedetailleerd te onderzoeken:
• Massaspectrometrie
• Tweedimensionale gelelektroferese
9.2.
TECHNIEKONTWIKKELING
9.2.1.
Restrictie-enzymen en klonering
Restricitie-enzymen:
• Bacteriële enzymen die specfieke basenvolgordes in DNA herkennen en dubbele streng ter plaatse
knippen
• Blut end knippende enzymen
*
De twee complementaire DNA-strengen worden recht tegenover elkaar geknipt
• Sticky ends knippende enzymen
*
*
De fragmenten hebben uiteinden van enkele basenparen enkelstrengs DNA
Deze uiteinden zijn specifiek voor elk enzym: als dergelijke fragmenten worden gemengd,
kunnen ze willekeurig paren en met behulp van DNA-ligase opnieuw worden verbonden
Klonering:
• Wat? Het in vitro isoleren en vermenigvuldigen van DNA-fragmenten waarbij gebruik wordt
gemaakt van een vectorgastheersysteem
• Vectoren
*
Relatief kleine dubbelstrengs DNA-moleculen die zich autonoom in bacteriën kunnen
vermenigvuldigen (bv. plasmide)
*
Bevatten:
-
Aantal genen die essentieel zijn voor de vermenigvuldiging
DNA dat zonder nadelige gevolgen veranderd kan worden
43
9.2.2.
Banken
Bank:
• Een verzameling van DNA-fragmenten
Totale genomische bank of bibliotheek
• DNA van een mens knippen met een restrictie-enzym, ligeren in een vector, tranformeren in
gastheercellen en opkweken.
• De cellen kunnen worden uitgezaaid op platen, zodat men een groot aantal kolonies verkrijgt.
• Totale genomische bank = de verzameling van al de kolonies
9.2.3.
Polymerasekettingreactie of PCR
Verloop:
• De primers of amplimeren worden in groot aantal aan het DNA toegevoegd
• Bij denaturatie ontstaat enkelstrengs DNA
• Na temperatuurverlaging kunnen de primers hybridiseren met hun complementaire sequentie
• DNA polymerase zal ervoor zorgen dat de strengen verdubbeld worden
• Bij een herhaling van de denaturatiestap zullen primers niet alleen aan het oorspronkelijk DNA
binden, maar ook aan de nieuw gesynthetisceerde ketens
• Vervolgens zal bij elke herhaling van de cyclus van het DNA tussen primers opnieuw worden
verdubbeld.
Probleem met DNA-polymerase:
• Kan niet tegen verhit worden
• Dus: Taq-polymerase nemen dat uit de bacterie Thermus aquaticus komt
• Hierdoor is het dus opnieuw toevoegen van het enzym na elke denaturatie niet meer nodig
Voordelen:
• DNA-diagnostiek uitgaande van één enkele cel is mogelijk
• Men kan RNA na vertaling in cDNA met reverse transcriptase als uitgangsmateriaal voor de PCR
gebruiken
9.2.4.
Scheiding, analyse en sequencing van DNA-fragmenten
A.
Scheiding
DNA is een negatief geladen molecuul
• in een elektrisch veld zullen de moleculen zich van (-) naar (+) begeven
• In een gel zullen langere DNA-fragmenten zich langzamer verplaatsen dan kortere
• Zo kunnen DNA-moleculen van elkaar worden gescheiden door lengte
Op dit principe is elektroforese gebaseerd en zo kan men de samenstelling van DNA onderzoeken
Er zijn verschillende technieken hierrond ontwikkeld (* lezen in boek pg 67)
44
B.
Blotten en hybridiseren
Wanneer de DNA-fragmenten in een gel zijn gescheiden, kunnen ze worden overgebracht ope en
filter.
Blotting:
• Een membraan waaraan zich gemakkelijk enkelstrengs DNA kan binden, wordt op de gel gelegd
nadat het DNA is gedenatureerd.
• Door droge filters op het membran te leggen brengt men een vloeistofstroom, waarin DNAmoleculen worden meegenomen, vanuit de gel door het membraan op gang
• Zo ontstaan een afdruk (blot) van de gel op het membraan
Probe:
• Enkelstrengs DNA op filters kan men zichtbaar maken door het te laten hybridiseren met een
radiactief gelabeld DNA-fragment (probe)
• Nadat de niet-gebonden probe is weggewassen, wordt op het filter een röntgenfilm gelegd.
• Wanneer de probe een sequentie bevat die één keer in het menselijk genoom voorkomt, zal in het
algemeen op de röntgenfilm één band zichtbaar worden.
C.
Sequencing
Wanneer men een bepaald DNA-fragment heeft gekloneerd of met behulp van PCR heeft
geamplificeerd, kan het met één van bovengenoemde elektroforesetechnieken worden
bestudeerd.
In veel gevallen zal men de baevolgorde van de nucleotide willen bepalen
kan door sequencing
9.3.
POLYMORFISME EN MUTATIE IN DNA: GENEN EN ZIEKTEN
In de samenstelling van DNA zijn voortdurend veranderingen:
• Vele veranderingen worden hersteld met daartoe gespecialiseerde eiwitcomplexen
• Gevolgen in DNA zijn ernstig en essentiële functies gaan verlorgen cel in apoptose/afgebroken
• Gevoglen zijn niet onmiddelijk cel kan overleven en indien de verandering is in een geslachtscel
kan het doorgegeven worden aan de volgende generatie
Gevolg: de homologe chromosomen kunnen op zeer veel plaatsen van elkaar verschillen:
• SNP: verchil beperkt zich tot één nucleotide
• Verschil is in twee of meer nucleotiden
• Substitutie: vervangen van een nucleotide door een andere
• Transitie: de ene pyrimidine wordt vervangen door de andere
• Transversie: een purine wordt vervangen door een pyrimidine of omgekeerd
• Insertie of duplicatie: er zijn nucleotiden bijgekomen
• Deletie: er zijn nucleotiden verwijderd
DNA-varianten onderverdeeld:
• Neutrale polymorfismen: de variant komt in dezelfde frequentie bij gezonde en zieke mensen voor
• Associatie: polymorfisme dat vaker voorkomt bij personen met een bepaald kenmerk
• Ziekteveroorzakende mutaties: de variant komt alleen bij patiënten met een bepaalde ziekte
• Unclassified variants: relatie tussen variant en ziekte is onduidelijk
45
9.3.1.
Genetisch polymorfisme
Een variant is pas polymorf wanneer de frequentie in de populatie boven de 1% ligt.
Er zijn verschillende oorzaken voor lengteverschillen in DNA:
• RFLP’s
• VNTR’s
• STR’s
RFLP
• Restriction Fragment Length Polymorphisms
• Wanneer een verandering van een basenpaar in het DNA tot gevolg heeft dat er een restrictiesite
aan- of afwezig is, zal na het knippen van het DNA een fragment met een afwijkende lengte
ontstaan.
• Kan gezien worden door Southern Blot
VNTR of minisattelieten
• Variable Numbers of Tandem Repeats
•
Sommige DNA-fragmenten variëren bij verschillende personen sterk in lengte. Dit komt doordat
bepaalde stukjes DNA (tandem repeats) binnen deze fragmenten een ongelijk aantal keren worden
herhaald.
• Kan gezien worden met Southern Blot
*
Wanneer men als probe een DNA-fragment neemt dat homologie vertoont met veel
verschillende VNTR-sequenties, zal een bandenpatroon ontstaan dat voor iedere idividu
uniek is
*
Hiermee kan DNA-fingerprinting worden mee gedaan
STR of microsatellieten
• Short Tandem Repeats
• Slechts enkele nucleotiden zijn tientallen tot honderd keren herhaald
Slechts een gering deel van de polymorfismen op DNA-niveau leidt tot een verandering in een
eiwit
• Bij polymorfe aminozuursubstituties zijn twee op elkaar gelijkende aminozuren betrokken en kan
men het polymorfisme beschouwen als een normale variatie
• Het kan ook gaan om een derde-basesubstitutie die toch uiteindelijk hetzelfde aminozuur bepaald
Heat-shock-eiwitgenen
• In sommige genen zijn veranderingen die aanleiding geven tot aminozuursubstituties niet of
nauwelijks toegestaan en zien we doorheen de gehele evolutie een buitengewoon sterke
conservering.
9.3.2.
Koppeling, associatie en sib-pairanalyse
Aan de hand van micro arraytechnolgie kan men van een individu 100 000 SNP’s tegelijk bepalen
men kan zo in het genoom naar ziekteassociaties met bepaalde SNP’s zoeken
46
Relatie tussen een variant in het DNA, een marker, en een ziekte kan op verschillende manieren
aannemelijk worden gemaakt:
• Koppeling
*
In een grote familie wordt een variant steeds tezamen met de ziekte geërfd
• Associaties
*
Wanneer in een grote groep niet-verwante patiënten een DNA-fragment veel vaker of juist
veel minder vaak voorkomt dan in een controlegroep
• Sib-paren
*
Bij een groot aantal aandoeningen zien we wel clustering van ziektegevallen in families, maar
geen duidelijk monogene overerving.
*
Vergelijken van broers en zusters met en zonder de ziekte
*
Als een bepaalde DNA-variant steeds wordt doorgegeven naar beide sibs in paren die beiden
aangedaan zijn (concordant) en niet bij paren waarvan slechts één van de twee aangedaan is
(discordant)
de variant in of bij een gen is betrokken bij het ontstaan van de ziekte
9.3.3.
Koppeling en ‘positionele klonering’
Mutatie trachten te vinden door gebruik te maken van familieonderzoek en de genetische kaart
• Voorwaarde: men beschikt over meerdere, uitgebreide families waarin men de overerving van de
mutatie een aantal keren kan volgen
In het algemeen zullen de mutatie en de marker onafhankelijk van elkaar overerven. De kans dat
een allel van een DNA-marker tezamen met de muatie naar een kind worden doorgegeven, is in
elke meiose 50%.
A en B in cisfase: beide allelen van gekoppelde genen liggen op één chromosoom
A en B in transfase: de allelen van de gekoppelde genen liggen over de twee homologe
chromosomen verdeeld
Waarschijnlijkheid van crossing-over is afhankelijk van:
• De afstand tussen de loci
• De afstand tussen twee loci kan groot zijn altijd meerdere crossing-over plaatsen zijn de
genen erven precies onafhankelijk over
Recombinatiefrequentie
• Wordt gebruikt om de afstand tussen de loci te kwantificeren
• Daarbij gebruikt men de centiMorgan
*
Een cM = 1 000 000 basenparen
• Probleem met centiMorgan: de gemiddelde van één cM is afhankelijk van plaats tot plaats:
A.
*
Kans is kleiner om crossing-over te hebben dicht bij een centromeer 1 cM is veel langer
*
Kans is groter om crossing-over te hebben dicht bij een telomeer 1 cM is veel korter
Familieonderzoek
Vaak gebruikte methode is log of the odds
• Men gaat uit dat er geen koppeling is (recombinatiefrequentie = 50%) en men berekent de kans
dat de diverse allelen zich zo verspreiden als in de onderzochte stamboom.
• Dan berekent men dezelfde kans, maar nu met een lagere waarde van de recombinatiefrequentie
47
• De verhouding tussen deze twee kansen zegt iets voer de mate waarin koppeling meer of minder
aannemelijk wordt gemaakt
Een enkele stamboom is zelden informatief genoeg
verschillende stambomen onderzoeken
informatie uit verschillende stambomen combineren door aannemelijkheidsquotiënten te
vermenigvuldigen
Op praktische redenen werkt men met logaritmen van de aannemelijkheidsquotiënten
som van de logaritmen = lod-score = alle verkregen informatie omtrent de mogelijke
koppeling van twee loci
Drie mogelijkheden:
• Lod-score is heel hoog (> +3): koppeling
• Lod-score is sterk negatief (< -2): geen koppeling
• Lod-score ligt in de buurt van 0: geen uitspraak
B.
Van koppeling naar gen
Uitgaande van koppeling tussen een DNA-marker en een erfelijke ziekte kan men proberen het
betrokken gen op te sporen.
Daarbij probeert men het stuk chromosoom dat het gezochte gen kan bevatten zoveel mogelijk te
verkleinen door in families met een bepaalde ziekte te zoeken naar recombinaties tussen de DNAmarker en het ziektegen:
• Als de DNA-marker heel dicht bij het ziektegen ligt, zullen deze recombinaties zelden optreden
Ten aanzien van elke codernede sequentie in het gengebied zal men moeten aantonen of
uitsluiten, dat het betrokken is bij het ontstaan van de bewuste ziekte.
Omdat in het DNA zoveel variatie aanwezig is, is alleen het aantonen van een verschil tussen een
normaal chromosoom en een chromosoom met een ziekte onvoldoende.
Men zal moeten bewijzen dat het gevonden verschil alleen bij patiënten voorkomt en dat het de
expressie of functie van het eiwit verandert.
9.4.
SOUTHERN BROT
9.4.1.
Principe van hybridizatie
Wat?
• Samenkomen van de twee complementaire strengen en waterstofbruggen die hierbij gevormd
worden
Voorwaarde
• De beide strengen kunnen enkel binden als ze een tegengestelde richting/polariteit hebben
9.4.2.
Soorten
Southern brot: onderzoek van DNA
Westhern brot: onderzoek van eiwit
Northern brot: onderzoek van RNA
48
9.4.3.
Stap 1
Bloed afnemen
Daarna DNA opzuiveren (plakt allemaal aan elkaar)
9.4.4.
Stap 2
Wat? Knippen van DNA
Hoe? Door middel van eiwitten:
• Exonucleasen
• Endonucleasen
Exonucleasen:
• Knippen vanaf het uiteinde van het DNA
Endonucleasen:
• Vanaf binnenin het DNA knippen
• Restrictie-enzymen
*
Deze enzymen herkennen een specifieke volgorde van nucleotiden en als ze die tegenkomen
gaan ze daar knippen
*
Bv. herkennen van ATC
GTCCGAT*CGGTCAT*C
* daar knippen
*
Er zijn verschillende soorten restrictie-enzymen die verschillende soorten nucleotiden
kunnen herkennen waardoor je zelf kan kiezen waar te knippen in DNA
9.4.5.
Stap 3
Het zoeken van een sonde of probe
= stuk DNA in het DNA laten oplichten op de plaats waar je denkt dat er een probleem is
Hoe?
• Bacterieën hebben een plasmide en DNA
• We gaan de plasmide eruit halen en door middel van restrictie-enzymen een stukje laten
wegknippen en het DNA (bij stap twee laten knippen) ertussen plaatsen
• Dan laten we de bacterieën groeien en na het groeien de plasmiden er uithalen
9.4.6.
Stap 4
Wat? Gelelektroforese
• Gel wordt gegoten in een vorm waarna hij stijf wordt
• Dan worden inkevingen gemaakt worden
• In de inkevingen worden DNA van verschillende personen toegevoegd
• Er wordt stroom gezet op gelelektroforese waardoor het DNA naar de positieve pool zal gaan en
sporen nalaten
49
9.4.7.
Stap 5
Wat? Blotten
• Er wordt een filterpapier op de gel gelegd
• DNA wordt op papier gezet
9.4.8.
Stap 6
Wat? DNA denatureren
Dit kan door:
• Opwarmen
• Natriumhydroxide toevoegen
DNA én sonde strengen gaan uit elkaar
9.4.9.
Stap 7
Wat? Hybridizatie
De DNA én sonde-strengen gaan naar elkaar toegaan omdat ze complementair zijn
Om het stuk sonde met DNA terug te vinden, werd er aan de sonde stoffen toegevoegd:
• Radio-actieve stof
• Fluoriserende stof
9.4.10.
Stap 8
Afwijkingen opsporen
A.
Direct
Direct
Bij persoon 1:
• Twee sondes lichten op
Bij persoon 2:
• Één sonde licht op
• We weten dat de afwezigheid van dat gen zorgt voor een bepaalde ziekte
persoon 2 heeft de afwijking
B.
Indirect
Familieonderzoek:
• Vader: 2 sondes
• Moeder: 2 sondes
• Kind1: 2 sondes
• Kind2:
*
1 sonde (dezelfde als kind1): afwijking ook geërfd
*
1 sonde (verschillend als kind1): afwijking dat niet is geërfd
*
2 sondes: drager van de afwijking
50
RFLP
• Restrictie fragment lengte polymorfisme
• Gebruiken in families om de plaats van de ziekte bepalen (kan verschillend zijn van familie tot
familie)
*
Bv. familie 1: het probleem bij het knippen ligt voor de gen van het probleem
*
Bv. familie 2: het probleem bij het knippen ligt na het gen van het probleem
51
10. Genetisch laboratoriumonderzoek
Er is de mogelijkheid om de klinische diagnose van aangeboren en erfelijke aandoeningen te
bevestigen met aanvullend onderzoek.
Aanvullend onderzoek is vooral aangeraden als:
• Sprake van genetische heterogeniteit
• Er vragen zijn over het herhalingsrisico en mogelijkheden voor prenatale diagnostiek
10.1.
CHROMOSOOMONDERZOEK
Chromosoomonderzoek in lymfocyten wordt in principe altijd gedaan bij een kind of volwassene
met aangeboren afwijkingen en/of verstandelijke handicap.
• Bij gehandicapten zonder verklaring wordt er ook DNA-diagnostiek gedaan naar het fragiele-Xsyndroom en het Down-syndroom.
Wanneer het chromosomenonderozek in lymfocyten normaal is, kan er aanvullend
chromosoomonderzoek worden gedaan in een ander weefseltype
• Wanneer er daar een afwijking wordt gevonden, kan men spreken van mozaïcisme
• Aanwijzingen voor mozaïek-chromosomenpatroon
*
Het vinden van lineaire en gefigureerde depigmentaties of hyperpigmentaties van de huid
*
Asymmetrie in lichaamsbouw
Aan de hand van FISH en CGH (comparative genomic hybridisation):
• Submicroscopische afwijkingen opsporen
bv Williams-syndroom
• Een deletie of duplicatie vinden
bv. patiënten met MR/MCA
10.2.
DNA-ONDERZOEK
DNA-onderzoek in de vorm van directe mutatieanalyse:
• Spierdystrofie van Duchenne
• Achondroplasie
Als directe mutatiedetectie niet mogelijk is, dan koppelingsonderzoek als het genlocus voor de
aandoening bekend is en de familiesamenstelling dat toelaat.
10.3.
ONDERZOEK NAAR METABOLE STOORNISSEN
Is niet zinvol wanneer er geen aanwijzingen zijn.
• Voor aangeboren stofwisselingsstoornis
*
Cataract
*
Hypotonie
*
Grote, niet-sluitende fontanel
*
Knik in de ontwikkeling
*
Vergroting van lever of milt
• Voor verstandelijke gehandicapten: achteruigtang en/of ernstige gedragsverandering
52
11. Populatiegenetica
11.1.
ALLELFREQUENTIE
Allelfrequentie:
• Wat? Frequentie waarmee in een bepaalde populatie een bepaald allel op een bepaald locus
voorkomt.
• Ook genfrequentie genoemd.
Allelfrequentie is verschillend van genotypenfrequenties:
• Allelfrequenties kunnen altijd worden vastgesteld als alle verschillende genotypen kunnen worden
waargenomen worden.
11.2.
DE WET VAN HARDY-WEINBERG
Een locus heeft twee allelen: G en B
Frequentie van G = p
Frequentie van B = q
p+q=1
Frequentie van GG = p²
Frequentie van GB = 2pq
Frequentie van BB = q²
p² + 2pq + q² = 1 = (p + q)²
G
B
G
p*p
p*q
B
p*q
q*q
11.3.
VOORWAARDEN VOOR HET HARDY-WEINBERG-EVENWICHT
De populatie moet in evenwicht zijn, dus geen:
• Mutaties
• Bloedverwantschap
• Selectie
• Geen migratie
11.4.
11.4.1.
TOEPASSINGEN
Mutaties
Normaal allel: p
Afwijkend allel: q
p is altijd 1 bij zeldzame ziektes omdat dan de fout die we door de gelijkstelling maken
verwaarloosbaar klein is
53
A.
Recessief
Frequentie van een ziekte = 1/3600
q² = 1/3600 q = 1/60 (kans op ziek)
2pq = 2 * p * q = 2 * 1 * 1/60 = 1/30 (kans op drager)
De kans dat als twee mensen (die niet getest zijn) dragers zijn en dat hun kind de ziekte heeft?
• 1/30 * 1/30 * 1/4 = 1/3600
• De 1/4 komt van de kans dat twee heterozygote mensen (dragers) een homozygoot kind heeft
De kans dat als twee mensen (waarvan één getest en negatief blijkt te zijn) een kind krijgt die de
ziekte heeft?
• 1/1000 * 1/30 * 1/4 = 1/120000
B.
Dominant
Frequentie van een ziekte = 1/10000
1/10 000 = 2pq + q² = 2pq
• Aangezien q² enorm klein is (allel wordt dominant overgeërfd)
2pq = 2 * p * q =2 * 1 * q q = 1 / 20000
C.
X-gebonden recessief
De frequentie is 1 / 400 ( = q (want het zijn mannen die de ziekte hebben en die hebben slechts
één x chromosoom))
2pq = 2 * 1 * 1/400 = 1/200 (dragers, allemaal vrouwen)
q² = zieke vrouwen = (1/400)² = 1/16 000
11.4.2.
Bloedverwantschap of consanguïniteit
Inteeltcoëfficiënt F =
• De kans dat het kind homozygoot zal zijn als gevolg van de consanguïniteit van de ouders
• De kans dat de twee allelen bij het kind identical by descent zullen zijn
• Bij elke autosomale-recessieve ziekte is de kans op homozygotie:
*
Fq + (1-F)q²
De inteeltcoëfficiënt is groter naarmate er meer verwantschap is:
• Neef-nicht: 1/16
• Achterneef-achternicht: 1/64
54
Grootouders
1/2
1/2
zoon
dochter
1/2
kleinzoon
1/2
1/2
kleindochter
1/2
Bereken van kans van homozygotie als kleinzoon en kleindochter een kind krijgen:
• Door de meïose is de kans dat allel A van de gootvader doorgegeven wordt ½ is
• Kans op homozygotie van één allel: 2 * ( ½ * ½ * ½ ) = 1/64
• Kans op homozygotie van vier allelen: 4/64 = 1/16
11.5.
IDENTIFICATIE VAN PERSONEN
Een DNA-profiel bestaat uit een reeks van in lengte variërende DNA kenmerken (short tandem
repeats, STR’s), die hun oorsprong vinden op de autosomen.
Gewoonlijk bestaat zo’n autosomaal STR-profiel uit 15 of meer individuele DNA-kenmerken.
Er is slechts een klein beetje DNA nodig om dit te kunnen doen door de techniek PCR
11.6.
HET VERLEDEN VAN DE MENSHEID
Voor het dateren van migratie zijn twee verschillende DNA-bronnen nuttig:
• Mitochondriaal DNA (enkel overgeërfd van moeder)
• Y-chromosoom DNA (enkel overgeërfd van vader)
Op deze manier is het meeste DNA teruggebracht naar één oermoeder (afrikaanse origine) en één
oervader (ook afrikaanse origine).
betekent niet dat we allemaal afstammen van deze twee personen, bv. het kan evengoed zijn
dat er andere mannen waren die alleen dochters hebben gekregen waardoor hun Y-chromosoom
is weggegaan.
55