Begrippenlijst Erfelijkheidsleer

BEGRIPPENLIJST ERFELIJKHEIDSLEER
HOOFDSTUK 1: CHROMOSOMEN
Nucleus: celkern
Gen: stukje DNA dat code bevat voor productie van een eiwit
Chromosoom: gelegen in celkern, bevat erfelijk materiaal
Cytogenetica: studie van de chromosomen
Karyotype: chromosomenkaart
Ideogram: schematische voorstelling van karyotype
Genoom: genenbestand van een organisme (geheel van erfelijke info in een cel)
→ Autosomen: alles behalve de geslachtschromosomen
→ Gonosomen: geslachtschromosomen (X, Y)
Homologe chromosomen: een paar identische chromosomen
Zusterchromatiden: de twee beentjes in een chromosoom
Somatische cellen: alle cellen zonder de geslachtscellen (46 chromosomen of diploid of 2n)
Geslachtscellen: eicel en zaadcel (23 chromosomen of haploid of n)
ISCN: (International System for Human Cytogenetic Nomenclature): universele naamgeving
Celcyclus: elke proliferende somatische cel doorloopt een celcyclus (Mitotische fase, G1, S-fase, G2)
→ Interfase: de cel is in rust, er is geen deling: G1 + S-fase + G2
→ Chromatine: bij de cel in rust is het erfelijk materiaal in de kern amorf en spreekt men eerder over
chromatine dan over chromosomen.
→ Chromosomen: bij de mitose: condensatie van erfelijk materiaal -> chromosomen
Mitose: somatische celdeling (vermenigvuldigingsdeling): 1 diploide dochtercel  2 diploide dochtercellen
Meiose: geslachtsdeling (reductiedeling): 1 diploide cel  4 haploide gameten (geslachtscellen)
Kinetochoor: eiwitcomplex thv centromeren dat vasthechtingsplaats vormt voor spoeldraden (ovale structuren)
Centromeer: knikking tussen korte en lange arm van een chromosoom
Centrosoom: 2 centriolen en microtubili (kleine celorganellen van waaruit spoelfiguur zal gevormd worden)
Ovulatie (eisprong): follikel die openbarst na het voltooien van de eerste meiotische deling (in follikel in eierstok)
1
HOOFDSTUK 2: CHROMOSOMALE AANDOENINGEN
CA: Congenitale Afwijking: vanaf de geboorte aanwezig
MR: Mental Retardation: mentale achterstand
Triple test: enzymatische activiteit in het bloed van de moeder meten: moeten een bepaalde waarde hebben (bij
verhoogde waarden: hoger risico)
→ AFP: Alfa Foeto Protein
→ HCG: Humaan Choriongonadotrofine
Numerieke chromosoomafwijkingen: afwijking in het aantal chromosomen
→ Euploid: een exact veelvoud van het haploid chromosomenaantal 23 (bv 46 = diploid = 2n)
→ Aneuploid: elk ander aantal chromosomen (verlies/winst van chromosomen) : meest voorkomend
> Trisomie : 3 exemplaren v/e bepaald chromosoom
(trisomie 21 = Down syndroom)
> Monosomie: 1 exemplaar v/e bepaald chromosoom
(meestal dodelijk, behalve monosomie van het X-chromosoom bij Turner syndroom)
> Tetrasomie: 4 exemplaren v/e bepaald chromosoom
→ Polyploidie: voorbeelden van euploïde chromosoomaantallen
> Triploidie: 1 volledige extra set aan chromosomen (3n): 46 + 23 = 69
> Tetraploidie: 2 volledige extra sets aan chromosomen (4n): 46 + 23 + 23 = 92
Mosaïcisme: het voorkomen, bij eenzelfde individu, van 2 of meer genetisch verschillende cellijnen afkomstig
van éénzelfde zygote (kan het gevolg zijn van non-disjunctie tijdens mitose of van anafase lag)
Structurele chromosoomafwijkingen: afwijking in de structuur
Gebalanceerd: geen netto winst of verlies van chromosoommateriaal. Een gebalanceerde afwijking is niet
geassocieerd met fenotypishce afwijkingen omdat al het chromosoommateriaal aanwezig is, zelfs waneer het op
een andere wijze is geordend.
Ongebalanceerd: verlies of winst van chromosoommateriaal
Deletie (ongebalanceerd): verlies van een chromosomaal fragment. De drager van een deletie is monosoom voor
dat deel van het genoom.
→ Terminale deletie: verlies gedeelte chromosoom op uiteinde
→ Interstitiële deletie: verlies van gedeelte: op gelijk welke plaats op het chromosoom
Haploïnsufficiëntie: klinisch gevolg van deletie: het onvermogen van één enkele kopij om de functie uit te
oefenen die normaal gerealiseerd wordt door twee koppijen.
Duplicatie (ongebalanceerd): verdubbeling (de winst) van een chromosomaal fragment. De drager is trisomisch
voor dat deel van het genoom.
Isochromosoom: door breuk thv centromeer, leidt tot 2 korte of 2 lange armen: i(p) en i(q), is metacentrisch
2
Insertie: integratie van een chromosoomsegment van het ene chromosoom in een ander chromossom. Dragers
van inserties hebben 50% kans op abnormale nakomelingen.
Inversie: 2 breukpunten op eenzelfde chromosoom: inversie van het chromosoomfragment tussen de
breekpunten (omdraaien)
→ Paracentrische inversie: centromeer is niet betrokken (beide breukpunten op dezelfde arm)
→ Pericentrische inversie: centromeer is betrokken (een breukpunt op elke arm, ligging van centromeer
verandert soms)
Reciproke translocatie: breuk op niet homologe chromosomen met reciproke uitwisseling vd afgebroken
chromosoomfragmenten
Robertsoniaanse translocatie: translocaties tussen 2 acrocentrische chromosomen met fusie nabij centromeer
(p-armen gaan verloren)
HOOFDSTUK 3: CHROMOSOMENONDERZOEK
Karyotype: chromosomenkaart: chromosomen uit een cel halen en ordenen. Het onderzoekt het aantal en de
structuur van de chromosomen
>
Heparine = anti-stolvloeistof
>
PHA = PhytoHemAgglutinine (ter stimulatie van de celdeling)
>
Colchicine (om celdeling te stoppen in metafase): inhibeert de vorming van microtubili (spoelfiguur) in de
metafase van de mitose
>
KCl = kaliumchloride (hypotone zoutoplossing): om de cellen open te breken (lysis van de cel) zodat de
chromosomen vrijkomen
1 Morgan: lengte chromosoom waarbinnen gemiddeld 1 recombinatie (CO) plaatsvindt per meiose
1 cM: gen afstand waarbinnen in 1% van de gevallen 1 recombinatie plaatsvindt per meiose
FISH: fluorescentie in situ hybridisatie
>
>
1-kleur fish: werken met 1 probe in 1 kleur
2-kleur fish: werken met 2 probes in 2 kleuren
>
Multikleur-fish: hierbij worden verschillende probes gebruikt en wordt elk chromosoom in een andere
kleur weergegeven. Zo kunnen structurele afwijkingen (bv translocaties) gemakkelijk aangetoond
worden.
>
Fiber fish: chromosomen worden gelyseerd op het preparaat en dan wordt het DNA uitgerokken op het
preparaat. Na FISH zal de probe hybridiseren op het DNA in een parelsnoervormig patroon. Deze
techniek wordt vaak gebruikt voor het localiseren van welbepaalde genen.
3
>
Probe: complementair DNA fragment
CGH: Comparative Genomic Hybridization (vergelijkende genoom hybridisatie)
Dit is een techniek die gebruikt wordt om het verschil in hoeveelheid van een bepaald DNA fragment tussen twee
DNA stalen te meten. Het totale DNA (23 chromosomen paren) van het ene staal (van een normale cel) wordt
gemerkt met een rode fluorescente stof en het DNA van het andere staal (bv patiëntenstaal) wordt gemerkt met
een groene fluorescente stof. Deze twee DNAstalen worden vervolgens gebruikt als probe voor FISH-analyse en
in gelijke hoeveelheid toegevoegd aan preparaten met normale metafase chromosomen.
>
Indien het DNA van een bepaalde regio van een chromosoom in gelijke hoeveelheid aanwezig is in
beide stalen, zal de ratio groene:rode kleurstof gelijk zijn aan 1:1 en is overal dezelfde kleur aanwezig
>
Wnr het DNA van het patiëntenstaal te veel of te weinig materiaal bevat van een deel of een volledig
chromosoom, zal de ratio rood:groen verschuiven en zal er dus een overwegend groene of rode kleur
ontstaan.
>
CGH wordt vaak toegepast voor kankeronderzoek omdat tumorweefsel vaak duplicaties of deleties
vertoont.
HOOFDSTUK 4: HET MENSELIJKE GENOOM EN ONZE GENEN
Genoom: beschrijft de combinatie van alle erfelijke factoren, legt het genotype vast voor alle eigenschappen
(haarkleur, kleur ogen,...)
Diploïd genoom: de celkern van een humane somatische cel bevat 23 paar chromosomen
Genen: DNA-segmenten die genetische informatie dragen, erfelijke factoren (~22 000)
>
>
Exonen: coderende stukken DNA (~paragrafen)
Intronen: niet-coderende stukken (~advertenties)
DNA: deoxyribonucleïnezuur: deoxyribonucleotiden met de basen A, C,G ,T
RNA: ribonucleïnezuur: ribonucleotiden met de basen A, C, G, U
Nucleïnezuur: een polymeer van nucleotiden. Nucleïnezuren zijn de grootste moleculen die aangetroffen
worden in levende cellen. Het zijn complexe macromoleculen waarin een groot aantal bouwstenen (nucleotiden)
aan elkaat geschakeld zijn.
Nucleotide: opgebouwd uit 3 onderling covalent gebonden moleculen
>
>
Pentose of suiker (deoxyribose)
N-bevattende basen (N=stikstof)
- Pyrimidines: cytosine (C), thymine (T), uracil (U)
- Purines: adenine (A), guanine (G)
>
Fosfaatgroep (fosforzuurmolecule)
4
Basen: de basen behoren tot twee groepen: de pyrimidinebasen en de purinebasen
Pentosen: Er komen slechts 2 pentosen voor in de nucleotiden: deoxyribose (DNA) en ribose (RNA)
Nucleoside: pentose + base
Nucleotide: nucleoside(=pentose + base) + fosforzuurrest
Basecomplementariteit: Telkens staat een pruinebase tegenover een pyrimidinebase gericht.
>
Deze basen zijn onderling coplementair
→ A paart met T
→ G paart met C
>
De complementaire basen zijn vastgehecht door waterstofbruggen
→ A-T: 2 bruggen
→ G-C: 3 bruggen
Dubbele helix: Bij de vorming van DNA worden de nucleotiden draadvormig aan elkaar geregen om een soort
ketting (polymeer) te vormen. De stikstofhoudende bases van de twee kettingen (A, T, C, G) liggen aan de
binnenkant tegen elkaar. De suikers en fosforzuurverbindingen zijn aan de buitenkant gelegen. Op chemisch
niveau: 3’-begin en 5’-einde. Hierdoor krijgt het polymeer een richting die van belang is om te begrijpen hoe
erfelijke info precies wordt afgelezen. De twee kettingen zijn anti-parallel: de ene loopt in de 5’->3’ richting, de
ander in de 3’->5’ richting. Beide spiralen worden samengehouden door de vorming van waterstofbruggen
tussen de N-bevattende basen. (A-T: 2 bruggen, G-C: 3 bruggen)
Chromosoom: gecondenseerd chromatine: een sterk opgewonden dubbelstrengige DNA-molecule rond een
eiwittencomplex.
Histonen: basische eiwitten (H2A, H2B, H3 en H4)
Niet-histonen: zure eiwitten
Octameer: twee koppijen van elk van de 4 histonen (octa=8). Het DNA windt zich op rond deze histonoctameren. Per octameer (eiwitkern) zijn er 2 DNA-windingen (~140bp) en tussen 2 opeenvolgende histon-DNA
complexen is er een interval van ~20-60bp.
Nucleosoom: een complex bestaande uit de histonkern, DNA rond histon en DNA-interval (omvat dus ~200bp)
Nucleosoomvezel: opeenvolging van nucleosomen, kan vergeleken worden met parelsnoer.
Chromatinevezel: de nucleosoomvezel die zich verder oprolt in een helixvormige structuur. Elke winding van de
chromatinevezel telt ongeveer 6 nucleosomen (reductie tot 1/5 van de lengte). De chromatinevezel vormt verder
lussen door zich vast te hechten (ongeveer om de 100kb = 1000bp) aan een centrale steiger of scaffold.
Scaffold: ‘ruggengraat’: opgebouwd uit zure non-histon eiwitten die een affiniteit vertonen voor AT-rijke DNA
sequenties.
Metafasechromosoom: maximale condensatie: DNA-streng is gereduceerd tot naar ongeveer 1/50 000 van zijn
oorspronkelijke lengte.
5
Centrale dogma van de moleculaire biologie: Flow van informatie:
>
>
DNA dirigeert de synthese en sequentie van RNA
RNA dirigieert de synthese en sequentie v/d polypeptiden en eiwitten betrokken in synthese van DNA en
RNA
Transcriptie
DNA
Replicatie
Translatie
mRNA
eiwit
DNA-replicatie: fase waarin DNA verdubbeld wordt: wanneer cellen delen krijgen beide dochtercellen een
foutloze kopie (op een paar mutaties na). Tijdens S-fase van iedere celcyclus wordt een exacte kopij gemaakt
van het DNA dat in ieder chromosoom aanwezig is. Het complementair zijn vd ketens is essentieel voor de DNAreplicatie.
De DNA-replicatie is semi-conservatief (=van elke oude keten wordt een nieuwe gemaakt die complementair is
aan de oude)
>
Despiraliseren/uiteenwijken van beide strengten thv bepaalde sequenties (ORI=origin of replication)
>
DNA-helicase: zorgt voor ontwinding: doorbreken van de waterstofbruggen en hydrofobe interacties
>
ORI (origin of replication): vorm van een vork: tanden=ketens= templates voor de synthese van de
dochterketens: zodra 2 aangrenzende vorken elkaar ontmoeten fuseren de nieuw gevormde DNA
moleculen.
>
RNA-primer: gemaakt door het enzym primase, hecht zich op DNA-streng
>
DNA-polymerase: zorgt voor aanmaak complementaire streng
-
Leading strand: replicatie verloopt continu: DNA polymerase leest de keten af in 3’  5’
richting en maakt de complementaire streng die van 5’  3’ loopt
-
Lagging strand: replicatie verloopt niet continu, maar in kleine stukjes of Okazaki fragmenten
gesynthetiseerd. De streng in 5’  3’ richting wordt in kleine stukjes ook in kleine stukjes in de
3’  5’ richting afgelezen omdat telkens maar een klein stukje van de dubbele DNA-streng
wordt ‘opengeritst’.
 streng wordt in Okazaki fragmenten in de 3’  5’ richting afgelezen (telkens maar een klein
stukje openritsen van de dubbele DNA-steng) De stukjes zijn ongeveer 100-200 nucleotiden
lang. Na ongeveer 100-200 nucleotiden hecht zich opnieuw een RNA-primer aan de oude DNAstreng en wordt een nieuw stukje gesynthetiseerd.
→ Okazaki-fragment = de primer en het daarbij behorende stukje DNA wordt een
 DNA ligase: verbindt de Okazaki fragmenten (‘lijm’)
6
Compartementalisatie: het DNA is gescheiden van het cytoplasma door het kernmembraan (DNA omvat
genetische info, wordt gebundeld in de chromosomen gelegen in de celkern, eiwitsynthese adhv info gecodeerd
in DNA gebeurt in het cytoplasma). .
>
>
Door deze compartementalisatie is de mens eukaryoot.
Bij de prokaryoot (bv E. Coli bacterie) is het DNA niet in de celkern gelegen
Door deze compartementalisatie gebeurt de transfer van info vd celkern naar he cytoplasma via een complex
mechanisme. De moleculaire link tussen deze twee types van info (DNA code van de genen / Aminozuur
sequentie van de eiwitten) is RNA.
RNA: ribonucleïnezuur
>
>
heeft dezelfde structuur als DNA behalve dat elke nucleotide in RNA een ribose-suiker (ipv
deoxyribose) heeft en dat de pyrimidinebase Thymine (T) vervangen wordt door Uracil (U).
RNA komt in de meeste organismen voor als een enkelstrengige molecule (DNA is dubbelstrengig)
Transcriptie
DNA
Replicatie
Translatie
mRNA
eiwit
Transcriptie:synthese van RNA uitgaande van de DNA template
mRNA: messenger RNA: het RNA die de erfelijke info overbrengt van de celkern nr het cytoplasma. Het is een
complementaire kopie van het coderende DNA.
rRNA: ribosomaal RNA
tRNA: transfer RNA: moleculaire link tussen de base sequentie van het mRNA en de AZ sequentie van het eiwit
Gen: sequentie van chromosomaal DNA dat nodig is voor de aanmaak van een functioneel product: een eiwit
(polypeptide) of een functionele RNA molecule
Transcriptie
>
Promoter: regio die specifieke DNA sequenties bevat verantwoordelijk voor regulatie/initiatie van
transcriptie: de TATA box (TATAAA) op positie -25-30; de CCAAT box op positie -80; GC box
(GGGCGG ) op positie -100 à 150.
→ Weefselspecifieke genen:TATA box en CCAAT box
→ Housekeeping genen (expressie in bijna alle weefsels):GC box
>
Enhancers:andere DNA sequenties: stimuleren ook de transcriptie en liggen vaak enkele kb van het
gen. Kunnen zowel 5’ als 3’ van de startplaats gelegen zijn.
7
>
Cis-acting elementen: Al deze DNA sequenties die belangrijk zijn voor de regulatie en/of initiatie van
de transcriptie. Ze liggen op hetzelfde chromosoom.
>
Transcriptiefactoren (TF) : eiwitten die interageren met deze specifieke regulatorische sequenties.
→ De TF zijn trans-acting elementen (gelegen op een ander chromosoom dan het gen dat ze
reguleren)
→ De binding van RNA-polymerase II kan bij eukarytoren slechts plaatsvinden nadat bepaalde
proteïnen (transcriptiefactoren) zich vastgehecht hebben op de promoter en het RNApolymerase.
>
De ‘coderende’ of ‘sense’ streng: de niet overgeschreven 5’3’ streng: de polariteit en
basesequentie van de RNA streng stem hiermee sterk overeen
>
De ‘niet coderende’ of ‘antisense’ streng: de 3’5’ overgeschreven DNA steng
>
Pre-mRNA: de RNA-molecule bekomen na transcriptie: bevat nog zowel intronen als extronen
Postranscriptionele modificaties van mRNA: stappen die noodzakelijk zijn om het primaire RNA transcript om
te vormen naar matuur mRNA. Deze stappen gebeuren niet helemaal sequentieel maar gaan continu door.
>
RNA splicing
→ Intronen uit het primaire RNA transcript verwijderen (door enzymen endonucleasen) en de
exonen aan elkaar koppelen (door enzymen ligasen), met vorming van het mature RNA.
→ Het vereist de herkenning vd nucleotide sequenties aan de uiteinden van de overgeschreven
exonen en intronen. De meeste intronen starten met GT en eindigen op AG.
>
5’ capping
→ Kort na de initiatie vd synthese van primaire RNA transcripten
→ Het blokkeren van 5’ uiteinde (kop) van het primaire DNA door het toevoegen van 7methylguanosine aan de eerste nucleotide dmv een speciale phosphodiëster aan de eerste
nucleotide.
>
3’ polyadenylatie
→ Na de cleavage: het toevoegen van aan lange sequentie adenines aan het 3’ uiteinde
De 5’capping en 3’polyadenylatie beschermen de uiteinden van de RNA transcripten tegen cellulaire
exonucleases (afbraak enzymen) en zorgen voor een correcte functionering van de RNA transcripten.
8
Translatie: de RNA sequentie van het mRNA wordt vervolgens vertaald naar de aminozuursequentie van het
betrokken eiwit. Dit proces vindt plaats op de ribosomen. De translatie start met de binding van de kleine subunit
van het ribosoom aan het 5’ (de ca) van het mRNA. De kleine subeenheid gaat vanaf het 5’ uiteinde op zoek naar
het eerste AUG-codon of startcodon, waarmee het leesraam wordt vastgelegd.
>
Codon: set van 3 basen
→ Initiatorcodon (methionine): AUG
→ Stopcodons: UGA; UAA; UAG
>
Anticodon: specifieke zijde op elke tRNA molecule: codon welke complementair is aan een specifiek
codon op het mRNA.
Reading frame: leesraam
Polysoom: een cluster van ribosomen gebonden op een mRNA-molecule
>
>
Posttransitionele modificaties van het eiwit
>
>
>
>
Vorming v/e driedimensionele structuur
Associatie met andere polypeptideketens
Toevoegen van suikers (chemisch gemodificeerd)
Klieving v/h eiwit (afsplitsen v specifieke aminoterminale sequenties)
DNA  transcriptie  primaire RNA transcript  capping, polyadenylatie, splicing  mRNA 
translatie  eiwit  posttranslationele modificaties
Single copy DNA (3/4): uniek: nucleotidesequentie komt slechts 1 maal of enkele keren voor in haploïde
genoom
Repetitief DNA (1/4 – 1/2): nucleotidesequentie komt honderden-miljoenen keren voor in haploïde genoom
>
Pseudogenen: DNA sequenties die sterk lijken op gekende genen, maar zonder functie (mss ooit actief,
maar door mutaties inactief geworden)
>
Tandem repeats (geclusterd op 1 plaats): series van in tandem georganiseerde short repeats
- Satellieten (centromerisch heterechromatine)
- Minisatellieten: telomerisch DNA, hypervariabel, gebruikt voor DNA fingerprinting
- Microsatellieten: di-, tri-, tetranucleotide repeats
>
Interspersed (verspreid tussen single copy sequenties)
- Short interspersed nuclear repeats (SINEs: 300bp) bv ALU repeats
- Long interspersed nuclear repeats (LINEs: tot 6kb) bv L1 elementen
9
HOOFDSTUK 5: DEEL 1: MUTATIES
Mutatie: een verandering in een DNA sequentie
Germinale of constitutionele mutatie: de mutatie komt voor in alle lichaamscellen, inclusief de germinale cellen
(gameten). Deze mutatie kan doorgegeven worden naar een volgende generatie.
Somatische mutatie: de mutatie komt enkel voor in somatische lichaamscellen. Deze mutatie is post-zygotisch
ontstaan en kan niet doorgegeven worden naar een volgende generatie.
Polymorfisme: Wanneer variatie in genetische informatie niet geassocieerd is met een fenotype, blijft
onopgemerkt.
Causale/ziekteveroorzakende/pathogene mutatie: Wanneer een variant leidt tot een fenotype of een erfelijke
ziekte
Classificatie van mutaties
1. Genoom mutaties
Verandering van het aantal intacte chromosomen in een cel (door chromosoom missegregatie tijdens
meiose of mitose), aneuploidie
2. Chromosoom mutaties
Verandering van de structuur van de individuele chromosomen (“chromosome rearrangement”) bv
translocatie, duplicatie, deletie, inversie
3. Puntmutaties of genmutaties
Veranderingen in de DNA sequentie van een gen, gaande van één enkele nucleotide tot duizenden bp,
echter steeds te klein om te zien met hoog resolutie cytogenetisch onderzoek. Over deze mutaties gaat
het in H5.
Substitutie: de vervanging van één nucleotide door een ander nucleotide
>
>
Transitie: verandering van een purine (Pu) naar een Pu, of van een pyrimidine (Py) naar een Py
Transversie: verandering van een Pu naar een Py, of van een Py naar een Pu
Substituties kunnen ingedeeld worden in categorieën afhankelijk van hun effect op eiwitniveau
>
Missense mutatie (niet-synoniem)
Verandering van 1 AZ (aminozuursubstitutie)
Speciale locatie: stopcodon verandert in coderend codon: abnormaal verlengd eiwit
>
Nonsense mutatie
Coderend codon verandert in 1 van de stopcodons (UAA, UAG, UGA)  prematuur getrunceerd eiwit
→ Mutante mRNAs waarin een prematuur stopcodon voorkomt, zijn onstabiel en worden
gedegradeerd door de cel, dmv een mechanisme “nonsense-mediated decay” of NMD van
mRNA
>
Silentieuze of synonieme verandering
Wanneer er geen aminozuurverandering optreedt (omdat verschillende codons kunnen voor hetzelfde
AZ coderen)
10
Splice site mutatie: wanneer mutatie in splice donor of acceptor leidt tot aberrante RNA splicing.
>
Het mature mRNA zou alleen moeten bestaan uit exonen, maar dit vereist een normale RNA splicing of
uitsplitsing van intronen uit de RNA precursor.
>
>
>
Splice donor: 5’ splice site met voornaamste consensus sequentie “GT”
Splice acceptor: 3’ splice site met voornaamste consensus sequentie “AG”
Intron-exon boorden of ‘boundaries: donor, acceptor, aangrenzende exonsequentie of dieperliggende
intronsequentie
>
Verschillende effecten
→ Normal splicing
→ Exon skipping: exon erbij wordt ook uitgesplitst
→ Intron retentie: intron wordt behouden
→ Activatie van een cryptische splice site gelegen upstream of downstream van de wild type
splice site: lijkt sterk op normal splicing, maar klein stukje van intron blijft behouden
Deleties/inserties: verlies of aanwinst van één of meer nucleotiden
Duplicatie: speciale vorm van insertie: wanneer een DNA fragment verdubbeld wordt
In frame mutatie: Indien de deletie of insertie een veelvoud is van 3 nucleotiden. Bij deze mutaties is het
leesraam (ORF, open reading frame) niet verstoord. Daarom zijn ze niet noodzakelijk pathogeen.
>
Vb van goed gekende, pathogene, in frame mutatie: mutatie F508del: deletie van 1 AZ op positie 508
van het CFTR eiwit
Frameshift: verschuiving in het leesraam: treedt op wanneer de deletie of insertie geen veelvoud is van 3
nucleotiden
Tandem repeats: naast elkaar
Triplet repeats: herhalingen van 3 nucleotiden: bv (CAG)n, (CGG)n, (CTG)n, (GAA)n. Deze repeats worden
gekenmert dor hun variabele lengte.
Dynamische mutatie: kunnen zich instabiel gedragen tijdens de meiose. In een normaal individu zijn deze triplet
repeats vrij kort (bv 20 à 30 repeats). Tijdens de meiose kunnen deze repeats expanderen en aanleiding geven
tot een grotere repeat in een volgende generatie. Afhankelijk van de locatie in het genoom kan dit leiden tot een
fenotype (ziekte).
>
>
Een fenotype veroorzakt door een triplet repeat expansie (TRE) in opeenvolgende generaties, wordt
gekenmerkt door het fenomeen van anticipatie, waarbij de aanvangsleeftijd (‘age of onset’) vd
aandoening daalt en de ernst van de aandoening stijgt in opeenvolgende generaties.
Bv: in stambomen waarin het Fragiele X syndroom of de ziekte van Steinert segregeert.
Stabiele mutatie: gedraagt zich stabiel
Loss of function mutaties: veroorzaken een vermindering in de hoeveelheid of de functionele activiteit van een
eiwit (genproduct is verminderd, afwezig of niet-functioneel).
>
>
Bv: inactiverende mutaties in het CFTR-gen (mucoviscidose)
Bv: premature stopcodon mutaties in collagen eiwitten (Osteogenesis Imperfecta Type I)
11
Gain of function mutaties: leiden tot toename van de normale eiwitfunctie
>
>
>
>
Toename in het aantal kopieën van een gen door trisomie (bv Down syndroom) of genduplicatie (bv
Charcot-Marie-Tooth)
Mutaties die leiden tot een intrinsieke verhoging vd normale eiwitactiviteit (bv FGFR3 in achondroplasie)
Mutaties die leiden tot het verwerven van een nieuwe eigenschap voor het gen (bv Sickle cell anemie)
Mutaties die geassocieerd zijn met een foutieve expressie in tijd of ruimte: frequent mechanisme in
kanker (oncogenen)
Haploinsufficiëntie: wanneer verlies van 50% van het eiwit niet meer voldoende is voor normale functie en leidt
tot ziekte
Dominant negatief effect: verlies van normale eiwitfunctie + antagonisme van mutant genproduct met normale
genproduct (bij heterozygoten).
Pleotropisme/allelisme: de verschillende allelen van een gen leiden tot verschillende fenotypes
HOOFDSTUK 5: DEEL 2: MONOGENETISCHE AANDOENINGEN EN MENDELIAANSE
OVERERVING
Monogenetische aandoening: ontstaat door mutatie in één enkel. Deze aandoeningen kennen een
Mendeliaans overervingspatroon
Mendeliaanse overervingspatronen
>
>
>
>
Autosomaal dominant
Autosomaal recessief
X-gebonden recessief
X-gebonden dominant
Fenotype: de uiterlijke kenmerken, het ziektebeeld, de uitwendige verschijnselen als resultaat van de interactie
tussen het genotype en de omgeving
Genotype: genetische constitutie van een organisme
Locus:fysische plaats op een chromosoom. Op een locus bevindt zich een bepaalde sequentie of gen. Een locus
draagt een specifiek allel van dit gen.
Allel: voor elk gen op een autosoom (niet-geslachtschromosoom) heeft elk individu 2 exemplaren of allelen. De 2
allelen van een gen zijn gelegen op elk van de beide homologe chromosomen. Voor een bepaalde genlocus,
heeft elk individu 2 allelen: deze 2 allelen vormen het genotype voor een bepaalde genlocus in een individu
Homozygoot: beide allelen van een gen zijn identiek (homoloog chromosomenkoppel met 2 dezelfde allelen)
Heterozygoot: de 2 allelen van een gen zijn verschillend (homoloog chromosomenkoppel met 2 verschillende
allelen)
Wild-type allel: normaal allel
Mutant allel: allel met mutatie (fout)
12
Compound heterozygoot: twee verschillende allelen op de twee kopijen van een bepaalde genlocus (2
verschillende kopijen van het mutant allel). Op beide allelen is er dus een mutatie, maar een verschillende.
Hemizygoot: gen dat enkelvoudig aanwezig is
>
>
Een jongen is hemizygoot voor genen op het X-chromosoom die niet op het Y-chromosoom voorkomen.
Een man is dus monosomisch voor een bepaald deel van het chromosoom
Lyon-hypothese: de hypothese van Mary Lyon van 1961: lyonisatie betekent dat in iedere cel met 2 Xchromosomen slechts één X-chromosoom genetisch actief is en het andere X-chromosoom inactief. Het inactieve
X-chromosoom blijft meedoen aan het proces van replicatie. Tijdens de interfase (de fase tussen de celdelingen)
is het inactieve X-chromosoom zichtbaar als het lichaampje van Barr. De inactivatie is irreversibel en ka dus niet
meer ongedaan gemaakt worden.
Dominante overerving: zodra één van beide allelen afwijkend is: expressie van het afwijkende allel. Er is
verticale transmissie in de stamboom (elke aangetaste persoon heeft een aangetaste ouder). Expressie bij de
heterozygoten (en dus ook bij homozygoten) van het afwijkend allel.
>
>
Onvolledig dominant = wnr fenotypische expressie bij een heterozygoot genotype verschillend is (minder
erg) dan bij een homozygoot genotype
Codominant = wanneer men de expressie van elk allel op zich kan detecteren
Recessieve overerving: allelen moeten homozygoot of compound heterozygoot zijn om te leiden tot een
fenotype. Het ziektebeeld komt enkel tot uiting als beide allelen afwijkend zijn
Autosomaal dominante (AD) overerving
>
Zowel bij mannen als vrouwen
>
Zodra één van de allelen afwijkend is
>
Expressie van afwijkend gen bij heterozygoten (bij homozygoten: soms tot lethaal fenotype)
>
Verticale transmissie
→ Overerving van generatie op generatie
>
Iemand die de ziekte heeft: heeft 50% kans om een kind met de ziekte te krijgen
>
Vbn
→
→
→
→
→
Neurofibromatose type 1
Ziekte van Marfan
Achondroplasie
Ziekte van Huntington
Ziekte van Steinert (myotone dystrofie)
13
Autosomaal recessieve (AR) overerving
>
Zowel mannen als vrouwen
>
Beide ouders van aangetast individu zijn drager (heterozygoot)
>
>
Enkel als beide allelen afwijkend zijn
Enkel expressie van het afwijkende allel bij homozygoten (2 identieke kopijen van het mutant allel)
of compound heterozygoten (2 verschillende kopijen van het mutant allel)
>
>
Consanguïniteit
Horizontale transmissie
→ Bepaald kenmerk komt voor binnen een generatie, maar niet in voorgaande generatie
>
Beide ouders drager
→ 25% risico (1/2 x 1/2) op aangetast kind
→ 25% kans op gezond kind
→ 50% kans op kind die drager is
>
Voorbeelden
→ Hereditaire hemochromatose
→ Mucoviscidose (taaislijmziekte)
→ Aangeboren metabolische afwijkingen
X-gebonden recessieve overerving
>
Enkel mannen
>
Moeder die draagster is (maternele transmissie)
→ Zoon: 50% kans op aangetast
→ Dochter: 50% kans om draagster te zijn
>
>
Man die aangetast is: heeft alleen maar dochters die draagster zijn
Vader op zoon transmissie kan niet
>
Verticale transmissie
>
Vrouwen die dragen zijn: kunnen zeldzaam toch symptomen vertonen
→ Door ‘skewed’ of niet gebalanceerde X-inactivatie waarbij preferentieel het gemuteerde allel
gelegen is op het actieve X-chromosoom en het normale allel gelegen is op het inactieve Xchromosoom
Vbn
→ Hemofilie B
→ Fragiele X syndroom
→ Ziekte van Fabry
→ Duchenne of Becker musculaire dystrofie (DMD of BMD)
>
14
X-gebonden dominante overerving
>
>
Bij mannen en vrouwen
Meisjes hebben milder klinisch beeld
>
Aangetaste vrouw: 50% kans op aangetast kind
>
>
Aangetaste vader: altijd aangetaste dochters, geen aangetaste zonen
Vader op zoon transmissie kan niet
>
Verticale transmissie
>
Vbn:
→ X-gebonden hypophosphatemia
→ X-gebonden chondrodysplasia punctata
Y-linked: dominant, fenotype in hemizygoot, enkel mannen, zeldzaam, paternele transmissie
Sibling: broer of zus
Consanguïniteit: bloedverwantschap: relatie tussen twee personen die een gemeenschappelijke voorouder
hebben
Genetische heterogeniteit:
>
Locus heterogeniteit: ziekte/fenotype wordt veroorzaakt door mutaties op verschillende loci
(verschillende genen die dezelfde mutatie veroorzaken)
→ Bv: erfelijke doofheid, erfelijke blindheid, erfelijke borstkanker
>
Allelische heterogeniteit: vele verschillende ziekte veroorzakende allelen zijn mogelijk op één locus
(mutaties verspreid over heel genoom die ziekte kunnen veroorzaken)
→ Bv: mucoviscidose
>
Klinische/fenotypische heterogeniteit: 2 of meer aandoeningen veroorzaakt door mutatie in één gen
→ Bv: Hirschsprung disease
→ Bv: multiple endocriene neoplasie type 2A en type 2B
→ Deze worden beide veroorzaakt door mutaties in het RET proto-oncogen
OI: Osteogenesis Imperfecta: ‘brittle bone disease’ (broze botten)
DMD: Duchenne musculaire dystrofie: aanvang vroege kinderleeftijd, patiënten rolstoel rond 12j. Komt door een
frameshift of nonsense mutaties: ernstig getrunceerd dystrofine protein (te weinig eiwit)
BMD: Becker musculaire dystrofie: latere aanvang van spierzwakte. Komt door in-frame mutaties.
15
HOOFDSTUK 6: NIET-MENDELIAANSE OVERERVING BIJ MONOGENETISCHE AANDOENINGEN
Penetrantie = geeft weer hoe vaak het afwijkend fenotype wordt vastgesteld bij individuen met het afwijkend
genotype (~het erfelijk materiaal).
>
Volledige penetrantie (100%): wanneer alle individuen met het afwijkend genotype ziekteverschijnselen
vertonen
>
Verminderde of incomplete/onvolledige penetrantie: minder dan 100% vd individuen met het afwijkend
genotype vertonen ziekteverschijnselen. Dit is geen voorbeeld van variabele expressie.
→ Vooral bij autosomaal dominante aandoeningen
◦
Bv: erfelijke borstkanker veroorzaakt door mutaties is BRCA1 of BRCA2. De
pentrantie wordt hier geschat op 80%. Dus 80% van de individuen met een germinale
mutatie in BRCA1 of BRCA2 zullen borstkanker ontwikkelen.
→ Ook bij autosomaal recessieve aandoeningen
◦
Bv: hereditaire hemochromatose type 1 (HH), veroorzaakt door bi-allelische mutaties
in het HFE gen (penetrantie afhankelijk van het genotype). Wordt veroorzaakt door
een te hoge ijzeropname, waardoor orgaanbeschadiging optreedt.
Dragerschapsfrequentir: België: ~1/10 (draagt mutatie in HFE gen).
Variabele expressie = de aanwezigheid van een allel bij verschillende individuen kan tot een verschillende
‘ernst’ van het fenotype leiden. De symptomen die je kan krijgen zijn dus variabel (graad van ziek zijn).
Mosaïcisme = wanneer in één individu tenminste 2 genetisch verschillende celpopulaties aanwezig zijn. Deze
twee cellijnen zijn nochtans afkomstig van dezelfde zygote. Een cel draagt een bepaald effect: alle daarop
volgende cellen zullen dit effect met zich meedragen. Hierdoor krijg je een mozaïek van cellen die ofwel gezond
ofwel drager ofwel defect zijn. Mosaïcisme kan zowel voorkomen op chromosomaal niveau als op gen-niveau.
>
Somatisch mosaïcisme
Deze 2 cellijnen zijn aanwezig in de somatische cellen (niet in geslachtscellen): de mutatie komt niet
voor in alle lichaamscellen, maar slechts in een subset van cellen van bepaalde weefsels.
→ Bv: FAP (Familiale Adenomateuze Polyposis): familiaal darmkankersyndroom geassocieerd
met duizenden poliepen in het colon en veroorzaakt door mutaties in het APC gen. In bepaalde
patiënten wordt een APC mutatie aangetroffen in cellen vh colon, terwijl deze mutatie niet
detecteerbaar is in het bloed.
>
Gonadaal mosaïcisme
Deze 2 cellijnen zijn aanwezig in de geslachtscellen: de mutatie komt enkel voor in de gonadale cellen.
Een individu met gonadaal mosaïcisme (zelf fenotypisch normaal) voor een bepaalde mutatie kan aldus
meerdere aangetaste kinderen hebben.
16
Anticipatie: het fenomeen waarbij de aandoening in opeenvolgende generaties sneller (vroegere
aanvangsleeftijd: ‘age of onset’) en/of ernstiger optreedt. Dit fenomeen kan verklaard worden door expansie van
trinucleotide repeatsequenties.
>
Correlatie: in triplet repeat diseases is deze anticipatie rechtsreeks gecorreleerd met de grootte van de
triplet repeat (van enkele tot honderden baseparen)
>
Premutatie: toegenomen aantal repeats is asumptomatisch individu, maar wel instabiel tijdens meiose.
Dus: geen symptomen maar wel risico voor kinderen.
>
Voorbeelden van ziektes veroorzaakt door trinucleotide repeat expansies, waarvoor anticipatie
beschreven is:
→ Ziekte van Huntington (HD: Huntington Disease)
→ Ziekte van Steinert (MD: myotone dystrofie type Steinert)
◦ Onstabiele CTG-repeat in de 3’UTR van het DMPK-gen op chromosoom 19
◦
CTG-repeat: meiotisch instabiel: zowel mannen als vrouwen kunnen expansie
doorgeven, maar in zaadcellen nooit meer dan 1000 CTG repeats. Dus: tijdens
spermatogenese selectie tegen zaadcellen met een zeer grote expansie.
◦
CTG-repeat: mitotisch instabiel: tijdens opeenvolgende mitosen veranderingen in de
lengte van de CTG repeat. Indien dit gebeurt: individu kan in verschillende weefsels
verschillende CTG-repeat lengtes hebben (mosaïcisme)
→ Het Fragiele X-syndroom (Fra-X)
◦ Mutatie: expanderende CGG-repeat in de 5’UTR (promoterregio) van het FMR1gen
(op het X-chromosoom)
◦ Mutatie: wanneer repeats >200
◦ Geen eiwitproduct: loss of function
◦
◦
◦
GCG-repeats: meiotisch en mitotisch instabiel: de expansie van premutatie naar
mutatie gebeurt enkel bij vrouwelijke draagsters. Er is dus alleen meiotische
instabiliteit na maternele transmissie. (de moeder van een jongen met dit syndroom is
in de regel draagster van een premutatie).
Mannen die drager zijn van premutatie: geven dit door aan dochter zonder dat
expansie optreedt (normal transmitting males of NTM)
Lang gelaat, grote oren, ogivaal verhemelte, grote testes,...
Genomische imprinting (!): verschillen in genexpressie tussen het allel afkomstig van moeder en het allel
afkomstig van vader zijn het resultaat van genomische imprinting. Het feit of het gen tot expressie komt en
bijgevolg een bepaald ziektefenotype veroorzaakt is afhankelijk van welke ouder (vader of moeder) het allel
overgeërfd wordt. Het onderliggend mechanisme is nog niet goed gekend, maar heeft te maken met een
verandering in chromatine die de genexpressie beïnvloedt zonder dat de DNA-sequentie zelf wijzigt. Imprinting is
een reversibel fenomeen van geninactivatie (en dus geen mutatie). Imprinting leidt meestal tot geninactivatie.
17
>
>
>
Een gen met maternele imprint = het gen is inactief op het maternele chromosoom
Een gen met paternele imprint = het gen is inactief op het paternele chromosoom
De imprint (verworven gedurende de gametegonese) is reversibel: en allel met paternele imprint zal na
transmissie via de vrouwelijke germline gewijzigd worden nr een allel met maternele imprint. Evenzo zal
een allel met maternele transmissie in mannelijke lijn gewijzigd worden naar een allel met paternele
imprint
→ Er is dus continue wisseling van activatie vs inactivatie ifv de ouder die het gen doorgeeft. Dit
conversieproces wordt geregeld door het imprintingcentrum (IC), dat gelegen is in de
geïmprinte regio zelf.
Uniparentale disomie (UPD): wanneer beide chromosomen uit één paar van moeder of uit één paar van vader
afkomstig zijn (dus: twee chromosomen van één van beide ouders).
Normaal bevinden zich in de celkern 23 chromosomenparen, waarbij van elk chromosoom uit elk paar 1 van de
moeder en 1 van de vader afkomstig is. Wanneer er in een zaadcel of in een eicel v/e bepaald chromosomenpaar
2 ipv 1 chromosoom aanwezig is, zullen er in d ebevruchte eicel van dat chromosoomnummer 3 ipv 2 aanwezig
zijn. Dit fenomeen heet trisomie en is het gevolg van nindisjunctie tijdens de meisoe. Soms probeert de natuur dit
te herstellen door één van de drie uit te stoten (“trisomie rescue”). Als dat per ongeluk niet één van het dubbele
stel is, maar degene die in enkelvoud aanwezig is, dan blijft het dubbele stel van of de moeder of de vader in de
bevruchte eicel achter. Dit heet parentale disomie (2 chromosomen van één van beide ouders).
Twee vormen:
>
>
Isodisomie: de 2 chromosomen zijn genetisch identiek
Heterodisomie: de 2 chromosomen zijn homoloog, maat niet identiek
ART: Assisted Reproduction Technology
ICSI: Intra Cytoplasmatische Sperma Injectie
Multifactoriële aandoening: niet enkel veroorzaakt door genetische factoren, maar ook door
omgevingsfactoren.
HOOFDSTUK 7: MITOCHONDRIALE AANDOENINGEN
MITOCHONDRIALE AANDOENINGEN
Mitochondriën: bevinden zich in het cytoplasma van de cel. Ze kunnen beschouwd worden als energiecentrales
van de cel. Het aantal mitochondriën per humane cel is zeer variabel (paar 100-100 000). De volledig uitgerijpte
bloedcellen en enkel volledig gedifferentieerde huidcellen bevatten geen mitochondriën.
Mitochondriaal DNA (mtDNA): dit genoom is ongeveer 15,5 kb of 16500 nucleotiden groot en bevat 37 genen: 2
genen die coderen voor rRNA, 22 tRNAs en 13 eiwitten die een onderdeel zijn van examen belangrijk voor
oxidatieve fosforylatie (celademhaling). De mitochondriale DNA-molecule is een circulair dubbelstrengige
structuur en bevindt zich in de mitochondriën. Één mitochondrie bevat dus meerdere mitochondriale DNAs. Het
mtDNA genoom heeft een hogere mutatiefrequentie dan het nucleair genoom (10-voud) en een verschillende
genetische code.
18
Het mtDNA heeft 3 bijzondere eigenschappen: replicatieve segregatie, fenomeen van hetero- en homoplasie en
het mtDNA is volledig afkomstig van de moeder.
>
Replicatieve segregatie
bij iedere celdeling gaan de multipele kopieën van het mtDNA repliceren, die dan willekeurig verdeeld
worden over de verschillende mitochondriën, welke zich daarna willekeurig gaan verdelen over de
verschillende dochtercellen.
>
Fenomeen van hetero- en homoplasmie
→ Homoplasmie: wnr alle mitochondriën in een cel dezelfde mtDNA molecule bevatten. Dit kan
mutant mtDNA zijn, maar ook normaal mtDNA of wild type mtDNA.
→ Heteroplasmie: in de cel een mengeling van normaal en mutante mtDNAs
>
mtDNA is volledig afkomstig van de moeder
dit komt doordat de eicel het cytoplasma aanbrengt en dus ook de mitochondriën. Het cytoplasma van
de spermacel gaat bijna volledig verloren bij de bevruchting. Dus erven alle kinderen van een vrouw met
een mutatie in het mtDNA de mutatie. Een man met een mutatie in het mtDNA zal deze niet doorgeven
aan zijn kinderen. (Maternele overerving)
Mitochondriale aandoening: wanneer defecten aanwezig zijn in mtDNA: vooral die organen met een grote
energiebehoefte zijn getroffen (bv hersenen, dwarsgestreepte spieren, ogen, oren, nieren en hartspier).
Aangezien de fenotypische expressie van een mutatie in een mtDNA afhankelijk is van de proportie normaal en
mutant mtDNA in de cellen vd verschillende weefsels, is de mitochondriale overerving gekenmerkt door
verminderde penetrantie, variabele expressie en pleotropie (~weefseldistributie). Deze aandoeningen zijn zeer
moeilijk of zelfs niet te behandelen. De defecten die optreden in het mtDNA kunnen onderverdeeld worden in 3
types:
>
Deleties of duplicaties in het mtDNA
→ Kearns-Sayre Syndroom (5kb deletie)
→ Pearson Syndroom (grotere deletie)
>
Mutaties in genen die coderen voor eiwitten vd oxidatieve fosforylatie
→ LHON: Leber Hereditary Optic Neuropathie
◦ Plotse blindheid op volw leeftijd
◦ Meerderheid: homoplasmisch
◦ Onvolledige penetrantie: meer mannen (50%) dan vrouwen (10%) aangetast
>
Mutaties in tRNA of rRNA genen
→ MELAS (Myopathie, Encefalopathie, Lactaat Acidose, Stroke-like episodes)
◦ Mutatie in gen dat codeert voor leucine
◦ Zowel mutant als wild type mtDNA (heteroplasmisch)
◦ Maternele transmissie
◦ Variabele expressie
→ MERFF (Myoclone Epilepsie met Ragged Red Fibers)
◦ Mutatie in gen dat codeert voor lysine
◦ Myopathie, ataxie, doofheid, dementia
◦ Zowel mutant als wild type mtDNA (heteroplasmisch)
◦ Maternele transmissie
19
→ Progressieve senorineuronaal, niet-syndromisch sensorineuronale doofheid (speciale vorm van
doofheid)
◦ Mutaties in het 12sRNA gen
◦ Enkel mutante moleculen
◦ Maternele transmissie
Mitochondriale overerving: verticale transmissie, zowel mannen als vrouwen aangetast, geen man op kind
transmissie, aandoening wordt alleen in vrouwelijke lijn doorgegeven
GENETICA EN KANKER
Kanker = niet één enkele ziekte, maar een benaming van meerdere vormen van maligne (kwaadaardige)
neoplasie: een proces gekenmerkt door ongecontroleerde proliferatie (deling) van cellen met het ontstaan van
een maligne tumor (neoplasie). Een tumor is maligne wanneer de celgroei ongecontroleerd verloopt met invasie
van omliggende weefsels en uitzaaiing naar meer op afstand gelegen weefsels (metastasering). Een massa die
niet metastaseert is vaak niet cancerrogeen en dus benigne (goedaardig). De kankers worden meestal genoemd
naar het orgaan waar ze ontstaan.
3 subgroepen va kanker:
>
>
>
Sarcomen: tumor uitgaande van mesenchymaal weefsel (bot, spier, bindweefsel)
Carcinomen: tumoren uitgaande van epitheliaal weefsel (darm, bronchi, borstklier)
Hematopoietische en lymfatische maligniteiten (leukemie en lymfomen)
Mutaties in genen die instaan voor controle van celproliferatie, celdifferentiatie en celdood zijn verantwoordelijk
voor het ontstaan van kanker. Kanker is een meerstapsproces waarbij meerdere genen betrokken zijn
>
>
>
>
Hyperplasie: weefsel lijkt normaal maar groeit sneller
Dysplasie: weefsel vertoont afwijkingen in vorm en oriëntatie
In situ kanker: aanwezigheid van maligne cellen die nog niet binnengedrongen zijn in de omliggende
weefselstructuren
Invasieve kanker: invasie van het onderliggend weefsel en metastasering
In meerderheid van de gevallen ontstaat er initieel een mutatie in één somatische cel die zich verder deelt. Deze
mutatie kan optreden zonder omgevingsinvloeden.
In een minderheid vd gevallen (bij erfelijke kanker syndromen) is de initiële ‘kanker veroorzakende’ mutatie
overgeërfd en dus in elke cel van het lichaam aanwezig (constitutioneel).
Apoptose = geprogrammeerde celdood
Angiogenese = stimulering van bloedvatvorming (vorming van nieuwe bloedvaten vanuit bestaande bloedvaten)
Metastasering = uitzaaiing (verder dan enkel het omliggende weefsel)
Kankergenen = 3 categorieën van genen betrokken bij kanker: de oncogenen, tumorsuppressor genen en DNA
herstel genen
20
>
Oncogen = mutant gen waarbij zijn ‘gewijzigde’ expressie aanleiding geeft tot abnormale stimulatie van
celdeling en proliferatie. Een oncogen is dus groeibevorderend. Oncogenen zijn meestal mutante
(‘geactiveerde’) allelen van een klasse normale cellulaire genen die we proto-oncogenen noemen.
>
Tumorsuppressorgenen = inhiberen de tumorontwikkeling door regulatie van de celgroei. Functie kan
zijn: remmen vd celgroei (gatekepers), remmen vd angiogenese, remmen van invasie en metastase of
herstel van DNA (caretakers). ‘Loss of function’ mutaties van beide allelen van deze
tumorsuppressorgenen geven aanleiding tot ongecontroleerde celproliferatie of een defectieve
apoptose. Kanker veroorzaakt door een tumorsuppressorgen gedraagt zich op cellulair niveau als een
recessieve aandoening.
Bij erfelijke vormen van kanker veroorzaakt door tumorsuppressorgenen is reeds van bij de bevruchting
een mutatie aanwezig in alle cellen in één van beide allelen (germinale mutatie).
Bij niet erfelijke vormen van kanker veroorzaakt door een mutatie in een tumorsuppressorgen is er
initieel (bij bevruchting) geen mutatie aanwezig. De mutaties in beide allelen ontstaan pas na de
bevruchting (in de somatishce cellen).
Knudson’s ‘two hit’ hypothese: observatie: onderscheid tussen sporadische en familiale vormen van
retinoblastoom (RB) (bepaalde vorm van oogkanker)
>
Sporadische vorm: geen familiale voorgeschiedenis het RB ontstaat op latere leeftijd en is unilateraal en
vaak unifocaal
→ Eerste hit
→ Tweede hit
>
Familiale vorm: familiale voorgeschiedenis, de kanker ontstaat op jonge leeftijd en kan bilateraal (beide
ogen) en multifocaal (meerdere tumoren) voorkomen
→ Eerste hit overgeërfd
→ Tweede hit
Het APC-gen: controleert de celdeling van de darmepitheelcellen
>
FAP (Familiaal Polyposis Coli): germinale mutatie in één van beide allelen van het APC gen
21
HOOFDSTUK 8: MUTATIE DETECTIE
NGS: Next Generation Sequencing (Is patient dragger van een mutatie in elk van de ziektegenen betrokken bij
ziekte?)
>
>
Bv: erfelijke doofheid, RP: terinitis pigmentosa (erfelijke blindheid), cardiomyopathie
(hartritmestoornissen)
Bv: 70 genen
Moleculair genetische testen: kunnen uitgevoerd worden op genetisch materiaal van verschillende bronnen
zoals bloedstalen (EDTA), gedroogd bloed, buccale cellen (wang brush), chrorion villi of amnioncellen. Elke cel
met kern kan gebruikt worden voor DNA onderzoek (dus niet de rode bloedcellen). De cellen moeten niet in
cultuur gebracht worden. Genetische testen worden meestal uitgevoerd op genetisch materiaal dat
geamplificeerd wordt door PCR. Zowel genomisch DNA als mRNA kunnen als uitgangsmateriaal gebruikt
worden.
Genomisch DNA (gDNA): kan bekomen worden uit ongeveer elkebrpn. Het bevat informatie van de exonen,
maar ook potentieel interessante info in sequenties zoals promoters, splice sites (die niet aanwezig zijn in
mRNA). Het nadeel van gDNA is dat vele genen groot zijn met een complexe organisatie van intronen en
exonen. Wanneer de genstructuur gekend is, kunnen alle exonen geamplificeerd worden mbv specifieke primers.
Om de aanwezigheid van specifieke mutaties te karakteriseren wordt meestal gDNA gebruikt.
cDNA: afkomstig van mRNA. Is veel eenvoudiger doelwit om te analyseren, omdat de intronen hieruit verwijderd
zijn door RNA processing.
Private mutaties: mutaties uniek voor een bepaalde familie of individu
>
>
Bv: fibriline 1 of FBN1 mutaties in het syndroom van Marfan
Bv: NF1 mutaties in neurofibromatose type 1
PCR: polymerasekettingreactie: DNA sequenties kunnen exponentieel geamplificeerd worden tot een PCR
product. Laat vermeerdering toe van een specifieke DNA-sequentie uit een zeer kleine hoeveelheid DNA.
PCR is een alternatieve techniek voor clonering waarbij onbeperkte hoeveelheden van een welbepaalde DNA
sequentie kunnen aangemaakt worden. PCR is een enzymatische amplificatie van een DNA fragment (=’target’)
dat gelokaliseerd is tussen 2 oligonucleotide ‘primers’. De primers zijn zo georiënteerd dat er 2 nieuwe stregen
gevormd worden die op hun beurt complementair zijn aan elkaar en een kopij vd originele target sequentie
vormen.
>
Componenten 2 primers of oligonucleotiden (15-20bp),
nucleotiden (dNTPs), gDNA of RNA (RT-PCR) (template)
DNA polymerase (enzym), Vrije DNA
>
Stappen: elk bij een bepaalde temp en tijd
→ 95°C: Denaturatie: Smelten van het DNA tot 2 enkelstrengen
→ 50-65°C: Annealen: Toevoegen van primers, binden van de 2 primers of startsequenties aan
de DNA-sequentie die men wil kopiëren
→ 72°C: Elongatie: Deze primers worden in de elongatiestap verlengd aan hun 3’uiteinde door de
inbouw van de DNA-bouwstenen mbv DNA-polymerase
22
>
Gel electroforese: lengte van PCR product verifiëren: DNA fragmenten worden gescheiden obv de
grootte. Het kleinste fragment migreert het snelst (onderaan de gel), het grootste fragment het traagst
(bovenaan de gel). Deze fragmenten worden vervolgens gekleurd dmv ethidium bromide en
gevisualiseerd met UV licht. Zo weet men of de PCR reactie geslaagd is. Deze fragmenten kunnen nu
verder geanalyseerd worden (bv door sequenering).
Mutatie-analyse: het ziektegen is gekend, maar er zijn veel mogelijke mutaties. Dit impliceert testen waarbij he
tverschil kan gedetecteerd worden tussen normale en mutante genen zonder noodzakelijkerwijs de aard van de
mutatie te bepalen.
>
>
>
opsporen van een causale mutatie, analyse van het causale gen. Deze sectie belicht mutatiedetectietechnieken voor analyse van genen waarin vele verschillende en ongekende mutaties voorkomen. (Is
patiënt drager van een mutatie in een specifiek ziektegen verantwoordelijk voor specifieke ziekte? 
mutatiescanning: screening van het volledige gen)
doel: detectie van spectrum van mutaties (gekende en niet gekende) in doelwitgen. Wanneer: grote
allelische heterogeniteit.
Bv: CF (muscoviscidose), HFE: beperkt aantal genen vertegenwoordigen groot % van het
mutatiespectrum
Polymorfisme: niet pathogeen
Pathogene mutatie: de verandering heeft schadelijke gevolgen voor de genfunctie
Directe sequenering (gouden standaard): het bepalen van de basenvolgorde van een DNA sequentie. Elke
base 1 voor 1 in detail bekijken. Door directe sequenering van een PCR product verkrijgt men informatie over de
aard en de precieze localisatie van een mutatie. Lange leeslengte (500-1000bp) Sequenering wordt door
toenemende robotisering steeds minder arbeidsintensief, maar blijft vrij duur. Het is niet geschikt voor detectie
van grote deleties.
>
Methode van Sanger: meest gebruikte methode: gebaseerd op enzymatische aanmaak van één van de
DNA-ketens waarvan de basenvolgorde bepaald moet worden.
→ Maakt gebruik van: een kort gelabelde primer, DNA-polymerase, 4 verschillendee
nucleotidebouwstenen (dATP, dTTP, dCTP en dGTP), 4 dideoxynucleotiden (ddATP, ddTTP,
ddCTP, ddGTP)
→ De primer hecht zich aan het 3’ uiteinde en wordt verlengd. De bouwstenen worden door het
DNA-polymerase in de keten opgebouwd volgens de complementariteit aan de onbekende
streng. Als er een dideoxynucleotide wordt ingebouwd, dan wordt de aanmaak van de streng
gestopt. Zo ontstaan er gelabeldde fragmenten met een verschillende lengte. Manueel worden
de reactieproducten naast elkaar in een gel op de lengte gescheiden en zichtbaar gemaakt. De
basenvolgorde van de complementaire streng kan afgelezen worden. De kleinste fragmenten
lopen het verst in de gel en vormen het 5’-uiteinde van de complementaire streng en het 3’uiteinde van het onbekende DNA-fragment.
23
Directe mutatiedetectie: de ziekte is veroorzaakt door één of een klein aantal goed gekarakteriseerde mutaties.
De strategie voor detectie van dergelijke mutaties is gericht op directe mutatiedetectie van specifieke mutaties.
>
>
>
gericht mutatie onderzoek (Is patiënt drager van een specifieke mutatie in een bepaald ziektegen?)
beperkte allelische heterogeniteit
Bv: neurofibromatose type I (NF1)
Restrictie-enzymen (voor het opsporen van substituties): enzymen die specifieke dubbelstrengige DNAsequenties herkennen en knippen op of nabij deze herkinningsite (4-6bp). Meestal zijn de sequenties
palindromen [dwz dat de basesequentie op de herkinningssite (5’3’) dezelfde is op beide strengen]. Restrictieenzymen worden aangetroffen bij bacteriën en vormen daar een verdedigingsmechanisme tegen vreemd DNA.
Ze worden genoemd naar de bacteriestam waaruit ze voor het eerst geïsoleerd werden.
TRE: Trinucleotide Repeat Expansies
Koppelingsonderzoek: gebaseerd op variaties in de DNA sequentie tussen elk individu (DNA polymorfismen).
Vergelijking tussen de overerving van polymorfe merkers in of rond een gen met de overerving van een ziekte.
Voorwaarde is dat de ziektelocus gekend is.
>
>
>
Er gebeurt geen mutatie-onderzoek voor het gen verantwoordelijk voor het ziektebeeld.
de mutatie kan niet gekarakteriseerd worden wanneer het causale ziektegen bv niet gekend is, maar wel
de genlocus. In dat geval kan het chromosoom waarin de mutatie zich bevindt, opgespoord worden in
een familie dmv koppelingsonderzoek met DNA-merkers. Dit was de uitganssituatie een decennium
geleden, en nu de minst aangewende strategie.
(chromosoom-)analyse van polymorfe merkers in of rond het causale gen
DNA polymorfismen: variaties in de DNA sequentie tussen elk individu die geen klinisch belang hebben
>
>
SNP: Single Nucleotide Polymorfisms: variaties in de sequentie van 1 enkele nucleotide
Variaties in de lengte van repetitieve sequenties: microsattelieten en VNTRs
→ Microsatellieten: di- tri of tetranucleotiderepeats
◦ Bv: CAACAA…CAA
◦ Nuttig voor linkage analyse
→ VNTR: Variable Number of Tandem Repeats polymorfismen
Exclusietest (uitsluitingstest): het doel hiervan is om aan toekomstige ouders met 50% risico op de ziekte de
kans te geven om het risico voor hun kinderen uit te sluiten zonder hun eigen risico te kennen.
>
Voor het toekomstige kindje het risico op late onset neurodegeneratieve aandoening uitsluiten
Het humane genoom project (HGP): doel: een gedetailleerde genetische en fysische kaart van het volledige
menselijke genoom op te stellen (volledige sequenering).
Het 1000-genomenproject: doel: gedetailleerd overzicht van de variatie die kan waargenomen worden in de
humane genoomsequentie. Deze cataloog kan gebruikt worden om de relatie te onderzoeken tussen genotype
24
en fenotype en zal helpen de rol van de genetische variatie doorheen de menselijke geschiedenis en evolutie
beter te begrijpen.
WES: Whole Exome Sequencing
>
Exoom: alle coderende sequenties of exons van een genoom (1%; 30Mb)
WGS: Whole Genome Sequencing
HOOFDSTUK 9: MULTIFACTORIËLE ERFELIJKHEID
9A: MULTIFACTORIËLE ERFELIJKHEID
Multifactoriële aandoening: zijn slechts gedeeltelijk genetisch bepaald (in tegenstelling tot monogenetische en
chromosomale aandoeningen). Ze vertonen een familiale aggregatie, maar volgen geen herkenbaar Mendeliaans
overervingspatroon. Ze ontstaan door samenspel (interactie) van genetische factoren enerzijds en nietgenetische factoren anderzijds. Meerdere genen spelen een rol in het ontstaan ervan (daarom ook polygenische
aandoeningen genoemd). Deze aandoeningen komen frequenter voor dan monogene en chromosomale
aandoeningen.
Binnen families nooit een duidelijk overervingspatroon. Er is wel een belaste familiale voorgeschiedenis.
>
Aangeboren afwijkingen (CA multifactorieel overgeërfd)
→ Gespleten lip en verhemelte (CL+P), congenitale heupluxatie, hartafwijkingen, neurale
buisdefecten, klompvoeten, pylorusstenose , spina bifida (open rug)
>
Aandoeningen op latere leeftijd (“common diseases”)
→ Diabetes mellitus, asthma, hoge bloeddruk, epilepsie, psychiatrische aandoeningen
>
Normale lichaamskenmerken of eigenschappen: multifactorieel overgeërfd
→ Bv: lengte, intelligentie,...
Mendeliaanse aandoeningen: monogenisch, gekenmerkt door segregatie en een duidelijk overervingspatroon
Heritabiliteit: het belang of aandeel van genetische factoren in het ontstaan van een multifactoriële aandoening
wordt weerspiegeld door de heritabliteit. Hoe grote de heritabliteit, hoe groter het aandeel der genetische factoren
in het ontstaan van de aandoening. De heritabliteit geeft dus aan in welke mate een multifactoriële aandoening
genetisch bepaald is.
>
Wordt bepaald via tweelingenstudies. Monozygote tweelingparen delen 100% van de genen en dizygote
tweelingparen delen 50% van de genen. Men kan nagaan in welke mata mono- en dizygote tweelingen
“concordant” zijn voor een bepaalde aandoeningen (tweelingen zijn concordant als beide individuen van
een tweelingenpaar het kenmerk of de ziekte vertonen).
→ Een concordantie van minder dan 100% wijst op contributie van niet-genetische factoren
Verwantschap: hoeveel genen verwanten gemeenschappelijk hebben, hangt af van hun verwantschapsgraad.
Verwanten met veel gemeenschappelijke genen zullen in het algemeen meer op elkaar lijken dan verwanten met
een kleiner aantal gemeenschappelijke genen. In het algemeen hebben n-de graadsverwanten gemiddeld (1/2n)
genen gemeenschappelijk.
25
Liability/treshold model: hierbij wordt verondersteld dat er voor de aandoening een zeker vatbaarheid,
gevoeligheid of aanleg (liability) bestaat, die in de populatie normaal verdeeld is. Deze verdeling wordt bepaald
door additief werkende genen en omgevingsinvloeden. Deze liability is zelf niet meetbaar, maar wordt alleen als
aanwezig verondersteld. Daarnaast neemt men aan dat er een drempelwaarde in de liability-verdeling aanwezig
is. Personen wiens liability onder de drempel ligt, blijven vrij van de aandoening. Personen wiens liability boven
de drempelwaarde ligt, brengen de aandoening tot uiting.
>
>
Bij familieleden van een patiënt: ziekte in hogere frequentie teruggevonden dan in algemene bevolking
Voor sommige aandoeningen: treshold verschillend tussen beide geslachten
→ Bv: pylorusstenose
Syndromaal: de afwijking is onderdeel van een syndroom, komt in associatie voor met andere afwijkingen
Niet-syndromaal: afwijking komt geïsoleerd voor
9B: DE PRAKTIJK VAN DE GENETISCHE RAADPLEGING
Genetic counseling: gesprek waarin informatie wordt gegeven aan een individu met een (vermoeden van)
genetische aandoening of met een (eventueel) risico op een genetische aandoening bij zichzelf of zijn
nakomelingen. De consultant is dus niet steeds de patiënt.
>
Multidiscpliniare begeleiding
Risicoberekening
>
De additieve wet (law of addition)
Wanneer ofwel gebeurtenis 1 ofwel gebeurtenis 2 kan voorkomen (maar nooit samen)
en wanneer de kans op gebeurtenis 1 = P1 en de kans op gebeurtenis 2 = P2, dan is de kans dat ofwel
gebeurtenis 1 ofwel gebeurtenis 2 optreedt:
P = P1 + P2
>
De multiplicatieve wet (law of multiplication)
Wanneer gebeurtenis en gebeurtenis
Onafhankelijk van elkaar kunnen optreden en wanneer de kans op gebeurtenis 1 gelijk is aan P1 en de
kans op gebeurtenis 2 gelijk is aan P2, dan is de kans dat zowel gebeurtenis 1 als gebeurtenis 2
optreedt: P = P1 x P2
>
Baye’s theorema
Bij de berekening van de uiteindelijke kans wordt rekening gehouden met anterieure en posterieure
informatie.
→ Prior probabiliteit: initiële probabiliteit (anterieure info)
→ Conditionele probabiliteit: probabiliteit op de posterieure info gegeven een bepaalde
voorwaarde
→ Joint probabiliteit: product van de prior en conditionele probabiliteit
→ Posterieue probabiliteit: joint probabiliteit / som van de joint probabiliteiten
26
Prenatale diagnostiek: detectie van een (genetische) aandoening tijdens de zwangerschap
Preïmplantatie genetische diagnostiek (PGD): zeer vroege vorm van prenatale diagnostiek waarbij tijdens een
IVF procedure enkel niet aangetaste embryo’s naar de baarmoeder worden getransfereerd.
Niet-invasieve prenatale testing (NIPT): niet-invasieve test waarbij enkel bloed wordt afgenomen van een
zwangere vrouw. In bloedstroom van zwangere vrouwen is er materiaal afkomstig van de foetus aanwezig:
foetale cellen, foetaal RNA en circulerend vrij foetaal DNA (cfDNA). Kan uitgevoerd worden vanaf de 11de
zwangerschapsweek.
Genetische testing: testen van een gezond individu. Onderzoek naar veranderingen in het genetisch materiaal
bij gezonde individuen die inlichtingen willen over hun toekomstige gezondheidstoestand (presymptomatisch
onderzoek) of die van hun kinderen (dragerschapsonderzoek)
27