1. Basisprincipes. Endosimbiose = eukaryoten die samengesmolten zijn met mitochondrieën, een soort bacterie wij hebben nog steeds bacterieën in ons

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