DNA+ replicatie en transcriptie en translatie LES 1 1.DE CEL Alle cellen in ons lichaam zijn eukaryoten. Celkern: bevat DNA, geven we door aan onze kinderen. Mitochondriën: bevat nog een klein beetje bacterieel DNA, zorgen voor de energie die we nodig hebben. Bouwstenen: Basen
-> nucliotiden -> nucleïnezuren (DNA/RNA) ↓ Opgebouwd uit: - Base -> ofwel pyrimidines, ofwel purines * Pyrimidines: cytose, thymine (bij DNA) en uracil (bij RNA) *Purines: adenine en guanine -Pentose(= vijfring van suiker->(!) dat je weet hoe die er uitziet) -Fosfaat Naarmate je een fosfor (P) toevoegt, krijg je meer energie, ATP= sterkste, van ATP naar ADP-> energie komt vrij. Altijd verbinding tussen 3 en 5 bij basen -> esterbinding. Tussen basen (T, G, A, …) worden waterstofbruggen gevormd, zo ontstaat er een wenteltrap van complementaire strengen. Deze strengen lopen ook tegenovergesteld. Tussen C en G heb je 3 waterstofbruggen, tussen A en T heb je 2 waterstofbruggen. Deze verbinding zijn heel sterk, pas vanaf 95 graden Celsius kan je ze splitsen. C en G, en A en T worden basenparen genoemd. DNA ≠ RNA 1. DNA = dubbelstrengig, RNA= enkelstrengig 2. DNA bevat deoxyribose als suiker, RNA ribose 3. DNA bevat thymine, RNA uracil 2 soorten uiteinde bij een DNA-streng - 3’-uiteinde - 5’-uiteinde Menselijk genoom Bevat 3 miljard basenparen, waar slechts 2% coderende sequenties zullen zijn voor het vormen van een eiwit. Overige basenparen: - 23%= niet-coderende delen van genen -25%= enkelvoudig DNA: wordt wel naar RNA overgeschreven -10%= gegroepeerde repetitief DNA: vb: A-C-A-C-A-C… -40%= verspreid repetitief DNA => nog steeds kleine stukjes extra-nucleair DNA of mitochondriaal DNA 2.DNA-REPLICATIE Onze DNA-replicatie is semi-conservatief: wil zeggen dat de dochtercel nog 1 oude streng heeft en 1 nieuwe. Celcyclus: DNA-replicatie vindt plaats in de S-fase. G-nul-fase: geen deling meer, vb: neuronen ↓ Gebeurt in de interfase, maar chromosomen zijn slechts zichtbaar in de S-fase. Enzym helicase doet helix uit elkaar halen, zo gaan de 2 strengen uit elkaar. Het enzym DNA-polymerase maakt DNA in 1 richting, maakt een complementaire streng. Aangezien dit enzym het maar in 1 richting kan maken is er een probleem, want je moet altijd de combinatie 3’-uiteinde en 5’-uiteinde. Daarom, tweede streng in stukje maken= Okazaki fragmenten. De fragmenten worden aan elkaar gehecht door enzym ligase. Per seconde: 100 basenparen worden aangemaakt, de hele replicatie duurt 8 uur. 3.DNA-TRANSCRIPTIE EN –TRANSLATIE - DNA-replicatie: verdubbeling - DNA-transcriptie: kopie van het DNA naar RNA -DNA-translatie: eiwit synthese= aanmaak van het eiwit
RNA= boodschapper, is dus ook in cytoplasma aanwezig. Gen= eenheid opgebouwd uit DNA dat coderend is voor het eiwit en opgebouw uit deeltjes die niet-coderend zijn voor het eiwit. Je hebt exonen (=coderend materiaal) en intronen (=niet-coderend materiaal). Een gen wordt afgelezen van 5’uiteinde naar 3’-uiteinde. Er bestaan heel veel verschillende eiwitten, deze worden gevormd door AZ’en. Deze zitten in de nucleotiden. Genetische code: 64 codons, waarvan 3 stopcodons. RNA-polymerase: opent de DNA-spiraal en synthetiseert RNA van 5’-uiteinde naar 3’-uiteinde. Daardoor krijg je een exacte kopie van de andere streng (alleen is T nu vervangen door U). 1. Transcriptie gebeurt in de celkern Door RNA-polymerase, heb je een exacte kopie van het gen met het ene verschil dat het nu RNA is Intronen moeten eruit, dit gebeurt door drie stappen. A) B) C)
Splicing: alles wat we niet nodig hebben wordt eruit geknipt. Zo blijven alleen de exonen nog over. Capping: er komt een extra guaninekapje aan het 5’-uiteinde. Poly-A-staart: wordt niet gebruikt, is niet-coderend en zit van aan het 3’-uiteinde. RNA is klaar voor het transport naar het cytoplasma.
Van al het RNA in onze cellen bestaat 5% uit mRNA. siRNA= short interfering RNA snRNA= small nuclear RNA Codons worden naar RNA-streng getransporteerd door tRNA (=tranfer RNA)
2. Translatie gebeurt in het cytoplasma Op de streng codons heb je overeenkomstige anticodons, deze anticodons komen overeen met een AZ, en vormen uiteindelijk een ketting AZ’en die een eiwit vormen. Posttranslatie modificatie: eiwitten krijgen een driedimensionale vorm doordat er bvb vetten en suikers zich vastzetten op de AZ’en. CAAT en TATA vergemakkelijken de transcriptie. Zij vormen de promotor. Daar worden stukjes aangeplakt die de RNA-polymerase aantrekken naar die plaats (ben ik niet zeker of het juist is).
Mitose en meïose Histonen en DNA = nucleosoom Verschillende niveaus van vouwing van het DNA tot chromosoom. DNA wordt heel erg opgerold, moest je het uitrollen, zou je een 3-meter lange draad hebben.
LES 2
Chromatine: Twee types: - Euchromatine: worden actief overgeschreven naar mRNA - Heterochromatine: niet zoveel actieve transcriptie, is sterker opgerold. o Constitutieve heterochromatine o Facultatieve heterochromatine Wnr cel zich gaat delen, zie je de chromosomen. Eén chromosoom, heeft al twee keer een dubbele helix, de Sfase is dus al gepasseert en we hebben al een ‘dubbeltje’ die dan uit elkaar kan gehaald worden. Je hebt twee keer van telkens eenbepaald chromosoom. Elk chromosoom bestaat ook uit 2 zusterchromatiden. Diploide cel: van elk chromosoom 2 exemplaren Halpoide cel: van elk chromosoom 1 In interfase zie je GEEN chromosomen! Enkel tijden mitose of meiose. Per chromosoom heb je verschillende bandjes, zo kan je herkennen over welk chromsoom het gaat. Deze bandjes komen zichtbaar als je kleurstof toevoegt terwijl ze delen. Chromosomenkaart/karyogram 22 paren van autosomen 1 paar geslachtschromosomen (X en Y) -> man:XY, vrouw: XX Vroeger: foto van chromosomen en dan uitknippen en op kaartje plakken, tegenwoordig gaat dit allemaal digitaal. Alle genen liggen kriskras door elkaar. Ons genoom wordt in 23 stukken geknipt en elk stuk dat zich oprolt wordt een chromosoom. Op sommige chromosomen liggen meer genen dan op andere, … Eigenlijk heb je dit twee keer, want je krijgt het van je vader en van je moeder. Dit van de meeste genen heb je twee kopieën (chromosoom 1 van vader en chromosoom 1 van moeder bezitten dezelfde genen) X: bezit 1000 genen Y: bezit 60 genen Maar voor andere chromosomen liggen wel dezelfde genen! Structuur: 2 chromatiden Centromeer: zorgt voor onderscheid van korte (p-arm ~ Petit) en lange arm (Q-arm) Telomeer: naarmate we ouder worden en de cellen meer delen -> telomeer wordt kleiner -> ~veroudering 1. Grootte van het chromosoom Chromosomen zijn gerangschikt van groot naar klein. X-chromosoom zit tss 8 en 9 -> redelijk groot chromosoom 2. Positie centromeer Kan zowel heel erg boven als in het midden of onder zitten. 3. Bandering Chromosomen -> verschillende zwarte en witte banden Acrocentrische chromosomen: 13, 14, 15, 21 en 22 -> hebben allemaal hetzelfde p-armpje ZONDER genen! Submetacentrische chromosomen: Korte en lange arm duidelijk te zien
Pas va. Jaren 60 -> chromosomen goed kunnen bekijken. Bij de verschillende armen, maken we een onderscheid van bandjes. Deze liggen per definitie vast, zo kan iedereen over hetzelfde praten, we weten perfect waarover ze het hebben. T-banding = andere vorm van chromosomen te kleuren, minder zichtbaar. Wordt wel gebruikt in prenataal onderzoek. Van waar komen die banden? De bandjes corresponderen met bepaalde genen. Hoe zwarter het bandje, hoe minder genen. Dit wil zeggen dat dat stuk van het chromosoom nog sterker is opgerold. Waar genen liggen, is het minder opgerold. De bandjes reflecteren dus de geninhoud. Hoe losser de chromatine ligt, hoe lichter de kleur. Alle cellen, behalve de voorplantingscellen zijn diploid en bezitten dus 23 paar chromosomen = 46 chromosomen. De voortplantingscellen zijn haploïd, van elk chromosoom heb je maar 1 exemplaar. Diploïde cellen: vermenigvuldigen en wordt doorgeven aan elk van een dochtercel, zo is deze een identieke kloon van de moedercel = MITOSE. Chromosomen worden verdubbeld in de S-fase, dan splitsen en doorgeven aan de dochtercel.
Mitose S-fase: verdubbeling Profase: centrosomen: opgebouwd uit 2 centriolen die bestaan uit microtubuli. Maken deel uit van het spoelfiguur. Nog grote chromosomen. celkern gaat oplossen. Spoelfiguur gaat microtubulidraden aanmaken Metafase: Centrosoom aan elke kant. Spoelfiguur gaat aanhechten op die centromeren. Anafase: chromatiden gaan uit elkaar en worden elk naar een kant van de cel getrokken Telofase: Niet kernmembraan gevormd. Cytokinese: wordt vervormd, ingesnoerd tot twee cellen die uiteindelijk uit elkaar gaan. Nu heb je 2 cellen met 46 enkele chromosomen. Per chromosoom heb je twee zusterchromatiden die identiek zijn. Separase knipt ze uit elkaar, zodat ze elk een kant op kunnen gaan. Spoelfiguur kan alleen goed aangespannen worden als die zusterchromatiden goed aan elkaar hangen. Non-disjunctie Wnr 2 chromatiden niet gescheiden worden en samen in één dochtercel terecht komen; zorgt voor onevenwichtige verdeling -> vb: Down-syndroom Anafase lagging Zelfde fenomeen Meiose Maar van elk chromosoom één, want ander heb je dubbel zoveel chromosomen dan nodig! Na de bevruchting -> beginnende embryo, al na 2 weken, cellen die zich gaan afscheiden, die zullen later als geslachtcellen functioneren. Ze worden eerst kiemcellen. De eierstokken of testes worden dus al vanaf de tweede week gedefinieerd. Eerste drie weken: vrucht Week 3-8: embryo Week 8-40: foetus Eerste meiosedeling Bedoeling van diploide cel van 46 chromosomen naar cel van 23 (haploide cel). Je hebt dan van elk chromosomenpaar maar 1 meer, maar wel nog twee zusterchromatiden. IS de basis voor variatie, want het chromosoom dat je van je ouders krijgt, zijn niet helemaal dezelfde als deze van hen, ze zijn een beetje vervormd, daarom heb je geen enkele voortplantingscel die identiek is. Pachyteen; je krijgt paren van homologe chromosomen. Ze zoeken hun overeenkomstige deel. Diploteen; chiasma: plaats waar overkruising gebeurt. overkruising (crossing-over) treedt op, waardoor je nooit
hetzelfde identieke chromosoom krijgt. Elke generatie opnieuw, krijgt je een ad random mix. Diakinese: worden erg geconcentreerd Metafase 1: paren homologe chromosomen worden nu opnieuw uit elkaar getrokken. Uiteindelijk: twee zustercellen die niet identitiek zijn -> hebben stukjes met elkaar uitgewisseld
Tweede meiosedeling Zusterdelingen worden nog eens uit elkaar gehaald. Van 2 chromatiden naar 1 chromatide. Lijkt sterk op mitose, behalve dat het DNA niet meer wordt verdubbeld. Je eindigt uiteindelijk met 4 haploide cellen. Variatie tss man en vrouw voor vorming van voortplantingscellen Meisje: tijdens foetale fase: eicellen zijn al gevormd. Voor de geboorte worden er al aangemaakt, maar stopt in de diakinese. Deze wordt pas in de puberteit opnieuw in gang gezet, dan pas wordt de meiotische deling afgemaakt. De eerste meotische deling begint bij de eisprong. Pas bij bevruchting wordt de tweede meiotische deling afgewerkt. Uiteindelijk heb je één rijpe eicel en 3 poollichamen. Wnr 23 mannelijke en 23 vrouwelijke chromosomen samensmelten, begint de cel verder te delen en worden ze telkens kleiner omdat ze meer en meer delen. Bevruchting gebeurt in de eierstok. Tot dag 6,7 kruipt de blastocyt zich in de baarmoederhals en gaat zich innestelen. Als dit tevroeg gebeurt, kan het leiden tot een buitenbaarmoederlijke zwangerschap. Mannen voor geboorte gaan zaadcellen nog niet in meiose. Door geslachtshormonen gana spermatongonia gaan delen. Er komen wel evenwaardige haploide cellen uit. Dit is niet zo bij de vrouw (daar heb je een dominante cel en 3 poolichaampjes). Proces van begin tot einde (meiose 1 en 2) -> 60 dagen de tijd. Vrouwen hebben veel meer genetische info dan de man. Maar natuur bracht dit in balans doordat bij vrouwen een van de twee X-chromosomen worden geïnactiveerd. Telkens maar 1 X actief. Het wordt geïnactiveerd door een bepaald gen. Het Barlichaampje is het inactieve X-chromosoom. Elke cel kiest voor zich welke x-chromosoom actief blijft, meestal gebeurt dit ad random. Soms ligt er een mutatie of een X-chromosoom, dan zal je zien dat ze telkens allen deze X-chromosoom zal inactiveren en de andere activeren. Als er geen mutaties zijn, wordt er afgewisseld welke X-chromosoom er gebruikt wordt voor de deling van de cel.
Chromosomale afwijkingen LES 3 G-banding: banden kleuren T-banding: negatief van G-banding: vooral voor prenataal gebruik -> duidelijker de telomeren, niet de banden Chaotische cel: vb bij kanker, cel deelt niet meer goed FISH identificeren van chromosomale afwijkingen -> ziet dat er een extra stukje op een chromosoom is gekomen. DNA wordt gekookt -> strengen gaan uit elkaar= denaturatie. Als het afkoelt -> opnieuw naar elkaar toegaan. Daarna sonde toevoegen en DNA opnieuw denatureren -> gaat naar complementair deel en gaat ertegen plakken = hybridisatie -> op microscoop te zien als een fluoriserend deeltje Kunnen we gebruiken voor vaststellen van ziekte waarbij er een stukje van het DNA weg is (=deletie) > niet te zien onder microscoop, dus met FISH-techniek doen. Toepassing van FISH *Voor de syndromen moet je de medische symptomen niet kennen, alleen als het vermeld is. Meest frequente deletie-syndroom -> op caryotype niet te zien, maar als je vermoeden hebt -> FISH toepassen -> Geen hybridisatie te vinden van onze sonde -> bevestiging van ons vermoeden *Ringchromosoom -> extra ring aanwezig, weten niet welk materiaal ze teveel heeft -> FISH-techniek toepassen *Vermoeden van deletie-> FISH toepassen Interfase FISH Moet niet altijd op chromosomen uitvoeren -> kan ook tijdens celdeling in interfase! Soms heb je geen tijd om te wachten, dus doe je het in de interfase. Door bvb een beetje speeksel meteen kijken of het bep gen al dan niet aanwezig is. Vb: kijken of het een jongen of meisje hebben, vruchtwaterpunctie, kijken of het een kind is met Downsydroom, … CGH: Comparatieve Genome Hybridisatie Meestal voor kinderen met bep aangeboren afwijkingen. Je gaat de genomen van een controlepersoon vlgen met genoom van patiënten. Je hebt verschillende chips (van controlepersoon)-> in kleine stukjes geknipt = referentie-DNA. DNA wordt enkelstrengig gemaakt en dan twee genomen tegen elkaar hybridiseren. Ganse genoom is geknipt in hele kleine sondes en dan hybridiseren we het patiënten DNA. Chip wordt gescand -> nrml zou je overal geel moeten zien (= groen+rood) ->wil zeggen dat er nergens iets te weinig is. Maar als we een groen signaal zien -> teveel van DNA patiënt ->=duplicatie, als er rood signaal is -> tekort van DNA patiënt ->= deletie Ook rode lijnen: moet daarbinnen blijven -> alles wat er buiten ligt, wil zeggen dat er een teveel of tekort van is. Hoe komt het dat ieder mens verschillend is? Ieder menselijk genoom verschilt, en er zijn verschillende basenparen per 1000 basenparen -> komt overeen met 0.1%, dus we zijn nog 99.9% identiek. Dit is een (!)e factor omtrent de variatie tss mensen. Copy number: Sommige mensen hebben bep stukken in het genoom 4 keer, terwijl anderen het niet hebben of er maar 1 van. Bij normale personen zijn er heel wat verschillen tussen mensen. We kunnen stukjes missen, zonder dat we daardoor niet meer kunnen functioneren of ziek zijn. De copy variations gelden voor 1% van de verschillen tussen de mensen. Chromosomale afwijkingen -1/3e van de vruchten zullen zich niet inplanten door chromosomale afwijkingen. -> preïmplantatie verlies -1/3e -> ook niet inplanten wegens chromosomale afwijkingen -> postimplantatie verlies Zeer hoge selectie van de natuur omdat als je een chromosoom mist duizende genen niet meer hebt -> niet in staat te overleven
1.
Numerieke afwijking Polypoïdie: alle chromosomen zijn betrokken bij de afwijking Aneuploïdie: meer een bep chromosoom o Monosomie: van een bep chromosoom maar 1 -> niet leefbaar, alleen als het de X-chromosoom is o Trisomie: drie keer een bep chromosoom -> allemaal niet leefbaar, behalve: 21 (=Down-syndroom), geslachtchromosomen en 13 en 18 maar zijn niet lang leefbaar Polypoïdie -> triploidie: grote placenta, kleine foetus -> zwangerschap kan niet voltooid worden Aneuploïdie: - monosomie: heel vroeg miskraam, behalve bij monosomie X -> syndroom van Turner: Redelijk frequent Geeft problemen: klein gestalte, vaak geen of abnormale eierstokken dus nooit spontaan in puberteit gaan, stapelen vaak vocht op -> zorgt voor brede voeten, borstkas, nek, … -trisomie:
trisomie 21: verschillende dingen die het kunnen veroorzaken: * Voor 94%: veroorzaakt door klassieke trisomie 21 Non-disjunctie of anafase lagging in ofwel eerste of tweede deel van meiotische deling. Bij oudere leeftijd van moeder -> Risico stijgt *2%: mozaïcisme: een persoon is opgebouwd uit verschillende cellen -> cellen met 46 chromosomen, en cellen met 47 chromosomen -> kan alleen ontstaan na de bevruchting! Kan dus niet ontstaan tijdens de meiose, maar tijdens de mitose! Er zitten fouten bij de zusterchromatiden -> heel veel afwijkingen, maar toch normaal omdat deze cellen meestal geëlimineerd worden. Hoe vroeger het gebeurt na de bevruchting -> hoe groter het aandeel! Hebben mildere symptomen want hebben ook nog normale cellen *4%: niet-gebalanceerde robertsoniaanse translocatie: een van de ouders is drager van chromosomale afwijking, maar lijdt er zelf niet onder. Twee topjes (p-armpjes) van bep chromosoom zijn weg -> andere deeltjes die overblijven zullen aan elkaar plakken. Als je in balans bent, heb je geen symptomen, maar hebt maar 45 chromosomen. Vb: een chromosoom 21 is op chromosoom 13 gekomen -> uiteindelijk maar 45 chromosomen. Deze afwijking is niet te zien met de chip-technologie, daarom standaardonderzoek doen. ->trivalente vorming: tijden meiose kunnen ze op drie manieren opsplitsen. Als ze worden bevrucht: verschillende mogelijkheden, zelf kans dat kind normaal is zonder dat het drager is! Drie van de 6 mogelijkheden zijn niet overleefbaar, waardoor er een miskraam optreedt. Trisomie 18: syndroom van Edwards: heel wat erge afwijkingen aan het hart, open rug, kleine foetus, handjes zijn altijd vuistjes, klompvoetjes, … Wordt meestal zelfs niet geboren. Overleven helemaal niet lang Trisomie 13: Syndroom van Patau: zware vorm van epilepsie: want hebben geen scheiding tss de hersenhelft, extra vingers of tenen aan de buitenzijde Vrouwen met 3 X’en: heel toevallig, hoe meer X’en, hoe slechter de cognitieve prestaties!
2.
Structurele afwijkingen Translocatie: Vb chromosoom 4 en 20 hebben elk een stukje uitgewisseld. Bij 1/3 geeft dat problemen omdat door de breuk er een stukje DNA is afgebroken. Kan ook zijn dat ons gen gebroken is -> kan niet meer worden gebruikt en worden vertaald Inversie:omwisseling van een deeltje Deletie: stukje is weg
Duplicatie: dubbeltje van een stukje chromosoom Mendeliaanse erfelijkheid Inhoudstafel 1.Mendeliaanse erfelijkheid: -Monogeen: -autosomaal dominant -autosomaal recessief -X-gebonden -Polygeen/multifactorieel
LES 4
2.Niet mendeliaanse erfelijkheid Uitleg Genotype: bep in grote mate hoe we eruit zien (fenotype), wat er tot uiting komt, … Elk gen: 2 exemplaren = 2 allelen Variatie: als het minder voorkomt dan 1% in de populatie, als het meer is dan 1% spreken we van polymorfisme Mutatie: ontstaansmechanisme van variatie Als allelen:
identiek hetzelfde zijn -> ben je homozygoot =>dominant Verschillend zijn ->heterozygoot =>recessief Maar 1 allel ->hemizygoot =>co-dominant (!) om familiestamboom te maken -> vb voor vraag naar kinderwens -> (!) om de symbolen te kennen: ZIE SLIDES Eerste graadsverwantschappen = mensen waarmee je de helft van je genetisch materiaal deelt -> ouder en kind, broers en zussen Tweede graadsverwantschappen= grootouder, nonkel en tantes, … -> je deelt er 25% van het genetisch materiaal Derde graadsverwantschappen= overgrootouder, je deelt er 12.5% genetisch materiaal mee 1.Mendeliaanse erfelijkheid: autosomaal recessief Autosomaal ~ je hebt twee allelen Recessief: pas als je het beide foute allel van de ouders krijgt met de bep ziekte, dan pas komt de ziekte tot uiting, niet als je het alleen van vader of moeder krijgt. => ouders zijn heterozygoot en drager van de ziekte, kind heeft kans van 1 op 4 om de ziekte te krijgen, dan is hij een homozygoot, want je bent enkel ziek als je de twee aangetaste allelen erft. Vaak zijn recessieve aandoening heel ernstige aandoeningen Risicoberekening: populatierisico’s Meest frequente recessieve aandoening: mucoviscidose -> kans van 1 op 22 op dragerschap ook voor partner zo groot, dus ong 1/2000 heeft deze aandoening Sommige van de aandoeningen zijn ook een voordeel -> vb sikkelcelanemie: rodebloedcellen gaan een sikkelvorm aannemen, maar als je er drager van bent, en dus niet de ernstige vorm waaraan je kan overlijden, hebben een voordeel als het op aankomt met de infecties met malaria. Daarom blijven zulke aspecten bestaan, omdat ze soms juist een voordeel geven op een ander vlak. Wanneer gelden populatierisico’s niet? (!) van de stamboom: bloedverwantschap: je deelt veel van je genetische afwijkingen met je bloedverwanten, daarom huwelijk binnen de familie -> heel vaak recessieve aandoeningen Bij incest is het het grootste (30 à 50% kans) Iedereen draagt 5 à 6-tal foutjes, als partner ook foutje heeft, kan dit voor problemen zorgen. Monogene aandoeningen: autosomaal dominant Autosomaal: geslacht maakt niet uit, jongens als meisjes zijn er drager van. Is kans van 50%, ofwel geef je het niet door, en gaat het kind gezond zijn, ofwel geef je het wel door en zal het kind ziek zijn. Als je er drager van bent, ben je ook ziek! Vb: grote stalte, kleine gestalte,… Maar met dominante aandoeningen zijn er ook uitzonderingen: “Complicerende processen” ↓ -De novo mutatie: het hoeft niet dat de ouders aangetast zijn dat het kind de aandoening zal krijgen
-Onvolledige penetrantie en variabele expressie: vb vingers missen en in de vorm van de klauwen -> verminderde penetrantie: sommige deeltjes kunnen niet volledig doordringen, waardoor ze niet of slechts mild zijn aangetast. De fout geeft dus niet altijd een aandoening. De expressievorm is ook heel verschillend, sommige mensen zijn heel erg aangetast en hebben bvb heel vervormde handen, terwijl het bij anderen bijna niet zichtbaar is. Vb: Holoprosencefalie Achondroplasie: 100% penetrant: je kan 2 perfect gezonde ouders hebben met kinderen die hieraan lijden -> je zou mutatie niet vinden in het bloed van de ouders, maar WEL in de geslachtscellen= kiembaancelmozaïcisme of gonadaal mozaïcisme. Achondroplasie komt vaak voor bij kinderen die een vader hebben dan 40 jaar of ouder. Kan ook zijn dat 2 dominante allelen aanwezig zijn, ouders zijn dus sowieso ziek, maar kind heeft 1 kans op 4 om de twee dominante allelen hebben maar ook 1 op 4 om gezond te zijn Genetische heterogeniteit 1. Allelische Heterogeen: heel veel verschillende mutaties, maar wel in hetzelfde gen -> verschillende foutjes in zelfde gen > zelfde ziektebeeld 2. Locus Heterogene aandoening met verschillende genen. Foutje in ene gen kan zelfde effect (zelfde ziektebeeld) hebben als foutje in ander gen. (!) niet hetzelfde als multifactoriële aandoeningen -> daar moet je heel wat foutjes hebben, hier gaan het om 1 enkel gen. Mendeliaanse erfelijkheid: X-gebonden Slide: eerste opgave kan niet want vader kan fout X-chromosoom niet doorgeven aan de zoon, want om een zoon te hebben moet de vader zijn Y-chromosoom doorgeven! Andere voorbeeld: hemofilie Lethaal= foetus wordt niet geboren, mineure manifestaties: vb iets lager scoren qua intelligentie X-inactivatie: als je pech hebt zal de cel het X-chromosoom het meest kiezen waar er een foutje zit, dit kan eigenlijk niet dat dit ELKE keer gebeurt. Kan ook zijn dat die cellen dan geëlimineerd worden, waardoor de vrouw 100% gezond is door 100% inactivatie van het slechte X-chromosoom -> veel meer jongens in instellingen voor mensen met cognitieve beperkingen want groot deel voor cognitieve taken, IQ, … liggen op xchromosoom en jongens hebben er maar 1, dus kunnen het niet in-activeren. Bovenste stukje van X en Y is identiek = pseudo-autosomale regio (PAR) -> plaats waar X en Y met elkaar gaan paren, gedraagt zich als een autosoom -> ontsnapt in inactivatie en komt tot expressie. Naarmate je er meer hebt, hoe groter je gestalte
Niet Mendeliaanse erfelijkheid LES 5 A. Mitochondriële erfelijkheid Mitochondriën -> celorganellen die zorgen voor vorming ATP. Elke cel bezit er tientallen. Hebben we meegekregen wnr bep bacteriële cellen zijn gaan versmelten met eukaryoten en hebben hun eigen genoom meegebracht -> vandaar michtochondrieel genoom -> heel klein, maar 16000 bp’en. Bezitten genen om mitochondriën goed te kunnen laten werken. Het is een circulair genoom (ziet eruit als een cirkel) Bij bevruchting gaat zaadcel enkel pakketje van 23 chromosomen doorgeven, dus mitochondriën die we hebben is enkel afkomstig van ons moeder -> is dus een heel specifieke vorm van overerving. Als vrouw haar mitochondriën zijn aangetast zal ze die doorgeven, als het bij de vader zo is, worden die niet doorgegeven. Als ze aangetast zijn bvb pancreas of alveesklier -> kan leiden tot zwakke groei, epilepsie, … Heteroplasmie: Mosaicisme op niveau van mitochondrieel genoom -> een heel klein foutje kan grote gevolgen hebben -> als het juist dat deeltje is dat wordt gebruikt bij de bevruchting kan het kind meer aangetaste mitochondriën hebben. ->Hierbij zijn er verschillen tss: Mitochondriën in 1 cel en in verschillende weefsels Gaat dus gepaard met heel veel schade aan weefsels die veel E nodig hebben B. Triplet repeat sequenties of dynamische mutaties Als ze in de nabijheid of in een gen liggen, kunnen ze dat gen heel erg gaan verstoren. Er bestaan verschillende ziektes die ontstaan door dynamische mutaties. UTR: wordt niet overgeschreven Fragiel X (door repeat voor het gen) Friedreich ataxia ( door repeat in het intron) Ziekte van Steiner (door repeat na het intron) Repeat in een een exon veroorzaakt extra stukje eiwit/abnormaal eiwit of helemaal geen eiwit => zie slides Ziekte van Huntington: repeat wordt iets groter in instabiel -> repeat wordt per generatie groter. Hoe groter de repeat, hoe vroeger de ziekte zal optreden. De meeste mensen met Huntington beginnen va 40 jaar te dementeren. Myotone dystrofie, ziekte van Steinert: spierziekte -> spieren gaan verslappen maar als ze ze opspannen kunnen ze ze niet opnieuw ontspannen. CTG-repeat. In nrmle populatie onder de veertig tripletten. Grijze zone: 42-90 -> meer kans dat volgende generatie de ziekte zal hebben, maar zijn zelf niet ziek. Per generatie wordt het groter -> ANTICIPATIE: repeat per generatie wordt groter, in dit geval via moederlijke lijn wordt deze vlugger groot. Bij de vaderlijke lijn blijft het stabiel. In het gezicht zie je ook dat de spieren zich niet opspannen. Het heeft eigenlijk niets te maken met het X-chromosoom, maar gwn als het door de moeder wordt doorgegeven wordt het groter -> gevolg:effect is snellen, sneller symptomen op jongere leeftijd. Het gaat het hier om een dominante aandoening -> dat is dus wel Mendeliaans! Maar kan ook doorgegeven worden via repeat! Fragiele-X syndroom: Mutatie verandert per generatie. X-gebonden aandoening, gaat ook om een repeat (CGGrepeat dat voor het gen ligt) Er ontstaat een insnoering van DNA in de arm van het X-chromoom door deze CGG-repeat (het lijkt eraf te vallen). De meesten hebben een triplet van onder de 55. Een tweede categorie is tss 55 en onder de 200 -> zijn de premutatiedragers of – draagdsters -> zijn nrml begaafd maar kunnen andere symptomen uitlokken. Het kan zijn dat in de volgende generatie ze over de ziektegrens gaan en er dus meer dan 200 tripletten hebben. Komt zowel voor bij jongens als meisjes, maar bij meisjes vaak milder door Xinactivatie. Bij moeder gaat de repeat groter worden, als ze wordt doorgegeven in de lijn van de vader niet. Uiterlijk gezien valt het niet echt op, maar vooral het gedrag gaat opvallen. De kenmerken worden typischer naarmate de persoon ouder wordt. Volgt wel de wetten, omdat het op X-chromosoom ligt -> 50% kans om nrml allel door te geven C. Genomische imprinting De activiteit van een gen is afh of het gen afkomstig is van de moeder of de vader. Maternele imprinting= het vaderlijke gen is actief, dat van moeder niet. Paternele imprinting: gen van vader is niet actief, dat van moeder is actief. Je hebt paternele nucleus en maternele nucleus bij de bevruchting worden die samen 1 nucleus en heb je een bevruchte eicel.
Kerntransplantatie-experimenten: je kunt er twee maternele nuclei samenvoegen ipv een van de vader en een van de moeder. Bij twee maternele nuclei : embry ong nrml, maar geen placenta en dooierzak. Bij de mens komt dit voor als een teratoma: soort kankerweefsel waarin je tanden, een beetje darmweefsel, … trgvindt. Bij twee paternele nuclei: embryo ong afwezig, placenta en dooierzak en placenta ong nrml -> bij mens komt dit voor onder de vorm van mola hydatoformis (: agressieve tumor die kan ingroeien in de baarmoeder) Imprinting en methylering Methylering: aan-/uitzetten van genen op DNA-niveau (enkel op cytosine) Slechts bep regio’s van het genoom zijn onderhevig aan imprinting. Wnr gen gemethyleerd -> gen wordt inactief, wnr het demethylering is -> gen wordt opnieuw op actief gezet. Bij maternele imprinting: maternele gen is inactief, paternele gen is actief bij paternele gen -> is gevolg van methylisatie. Dat moet al aanwezig zijn in de geslachtcellen. Vb je hebt zowel maternele als paternele imprinting -> vader geeft aan zijn kinderen paternele genen en moeder geeft een materneel deel door -> Er moet dus een switch gebeuren. Moeder kan geen paternele imprinting doorgeven. Zo kan ofwel paternele ofwel maternele stempel doorgegeven. Het is noodzakelijk dat de beide allelen van vader paterneel zijn, want anders geeft hij ze niet door! Switch: stel gen dat materneel imgeprint is -> niet actief op maternele chromosoom -> wat vader van zijn moeder heeft gekregen, moet geswitched worden en actief gemaakt worden want hijzelf moet zijn paternele stempel doorgeven aan zijn nakomeling. Bij moeder moet er ook een switch ontstaan-> er moet een actief inactief gemaakt worden. Genomische imprinting: fysiologische betekenis? Is enkel terug te vinden bij zoogdieren die hun kroost nog moeten voeden en groot krijgen. Als je twee vaderlijke bij elkaar smelt -> veel placenta, als je twee moederlijk bij elkaar smelt -> een embryo. => BATTLE OF SEXES: moeder: groei beperken, voor volgende zwangerschap, vader: maximale groei -> maximale overlevingskansen D. Uniparentele disomie kan iemand voor een bepaald chromosoom beide delen van vader of moeder krijgen? Je hebt dus de 2 chromosomen, maar zijn beide afkomstig van dezelfde ouder. Vb: * Trisomie 15 -> niet leefbaar, maar heel soms weet de cel dat er een chromosoom teveel aanwezig is, en stoot deze uit. Dit kan soms leiden tot UPD 15, maar ook leiden tot een nrml persoon. Als er bij chromosomen toevallig gen ligt die gevoelig is voor imprinting -> kan voor problemen zorgen Prader-Willi Syndroom: zijn heel zwak, bij geboorte heel zwak, zuigen slecht, krijgen maagsonde en neussonde -> later gaat het beter. Voeding komt te goed op gang -> kennen geen verzadiging, en willen continu eten, hebben heel kleine genitaliën, hebben heel hoge pijngrens. Bij klein gedeelte gaat psychiatrische pathologie gaan ontwikkelen, vooral met psychosen. Als diagnose snel gesteld is, kan je ervoor zorgen dat deze obesitas beperkt blijft. Nrml zijn genen actief op paterneel chromosoom en niet op het maternele. Bij PWS-> Oorzaak 1:microdeletie van paterneel stukje en kunnen dus niet meer actief worden, hebben maternele imprint gekregen. Oorzaak 2: Je hebt twee maal een set van genen (paterneel) Oorzaak 3: Foutje in imprintingcenter -> paterneel + materneel chromosoom is inactief Angelman syndroom: zelfde chromosoom als Prader-Willie syndroom (chromosoom 15) -> ontwikkelen wankele gang, zijn meestal ernstiger vertraagd. Lachen heel veel, zijn heel opgewekt (vandaar: happy puppetsyndroom), hebben klein hoofd. Wordt veroorzaakt door q-arm: band 11 tot 13 -> enkele genen: deze genen zijn alleen actief op paternele chromosoom, andere deel enkel op maternele chromosoom. Oorzaken: 1.Komt door deletie op materneel chromosoom (juist omgekeerde van PWS) 2.Je hebt twee maal een set van genen (materneel) 3.Mutatie in het gen zelf, in het maternele gen is er een mutatie waardoor het zijn werking niet kan doen.
Mutaties en polymorfismes: Effecten en ontstaan LES 6 Mutatie: wijziging in de samenstelling van het DNA -> deletie kan dus ook gezien worden als een mutatie = op niveau van het chromosoom, maar kan ook op niveau van DNA Mutatie kan zowel op lichaamscellen als op gameten -> = voortplantingscellen ~ erfelijk Variatie in het humaan genoom Voor elke mutatie verschillende aspecten: -Lokalisatie: ligt het binnen het gen of er buiten? -Frequentie: als het kleiner is dan 1% spreekt men van variatie, als meerdere mensen deze mutatie hebben (meer dan 1%) -> polymorfisme -Type wijzigen: *SNP ~ een enkel basenpaar *Enkele basenparen *Variabel aantal repeats: daarin heb je VNTR en microsatellieten *Grotere wijzigingen: deletie, insertie, inversie *Kopie aan (CNV) -> sommige mensen hebben meerdere kopijen dan andere mensen vb ene pers heeft twee kopijen, andere 3 -> leidt tot variatie -Functionele gevolgen: silent (komt niet tot uiting) of functioneel (heeft wel gevolgen) -Gevolgen kunnen gunstig ofwel ongunstig zijn Soms maakt het DNA fouten bij de overschrijving -> kan leiden tot mutaties Dinucleotide repeats = herhaling van telkens nucleotiden -> meestal CA Vb: ene persoon heeft 10 keer die CA, terwijl de andere er het 13 keer heeft -> ~variaties tss mensen onderling -> ene gaat langer stuk DNA hebben dan andere -Microsattelieten: soort van herkenningspunten -> zo kan je gemakkelijk het aantal tellen Groter stuk DNA -> stroom doorheen gel van DNA want ene deel is pos geladen, ander neg -> bij kleiner stukje > vlugger naar de positieve pool getrokken Polymorfe locus Gebruikt bij vaderschapstest -> iedereen is verschillend qua lengte -> zo gemakkelijk een bep beeld maken van een bep persoon. Forensisch DNA onderzoek: vingerprint is voor iedereen uniek ~ verschil aan repeats per persoon Variatie/ mutatie Mutatie kan zowel geen, negatief als pos effect hebben ->Functioneel polymorfisme: lijkt geen effect te hebben, maar in aanwezigheid van andere genetische en/of omgevingsfactoren komt het fenotype naar boven -> vb: spinabifida (zie volgende les) Hoe kan men aantonen dat een mutatie oorzakelijk is? 1. Familie onderzoek -> heel de familie is aangetast. Segregatieanalyse: kijken naar alle familieleden en kijken of het op dezelfde manier tot uiting komt 2. Controle populatie: kijken naar gezonde mensen: daar mag het foutje dus niet aanwezig zijn -> kijken of het een variant is of polymorfisme -> daarom vaak 1000 mensen gaan onderzoeken 3. Functionele gevolgen: je kan het gen ook gaan uitschakelen in een ander organisme -> kijken of deze hetzelfde ontwikkeld dan als dat gen ook uitgeschakeld is bij de mens Ontstaan van mutaties 1. Spontaan: DNA-replicatie -> (!)e oorzaak, ook leeftijd vader kan een rol spelen mutaties die in een gen ligt dat (!) is voor gecontroleerde groei -> je krijgt kanker -> tijdens leven -> vele mutaties stapelen zich op -> hoe ouder, hoe meer kans op kanker. 2. Mutagenen: Ioniserende stralen (aanwezig in de lucht), UV, toxische stoffen, … Snelheid van mutaties: sommige mutaties leveren voordeel op -> = basis van evolutie -> snelheid dat mutaties optreden per generatie = 1,1 * 10-8
Soorten mutaties Puntmutaties: op 1 specifieke plaats - Substitutie: 1 nucleotide wordt vervangen door een ander Silent: eiwitstructuur blijft dezelfde Missense: eiwitstructuur verandert wel -> heeft soms een effect, afh of het een heel geconcentreerd AZ is -> ook of het van een positief naar negatief geladen AZ gaat -> dan wel effect want 3D-structuur wordt verandert Nonsense: duidelijk effect, er is een mutatie waardoor er een stopcodon komt (vb in het midden van het eiwit -> eiwit is te klein -> wordt snel opgeruimd -> afwezigheid van dat eiwit) A)Microdeleties/microinsertie: op verschillende plaatsen, ivm met meerdere bp’en - Insertie In frame: je krijgt een extra AZ -> je weet nooit op voorhand of deze het eiwit zal aanpassen of niet Frameshift: insertie van 1 enkele nucleotide -> leesraam is verschoven -> allemaal verschilde AZ’en -> je hebt een volledig nieuwe code door extra nucleotide -> leidt tot problemen want daardoor komt ook vaak een stopcodon die er eigenlijk niet aanwezig was - Deletie In frame: deel valt weg -> je hebt nog steeds een eiwit -> alles wat geen veelvoud is van 3 zal ook een frameshift vormen B)Verkeerde mRNA processing - subsistutie splice mutatie: er is een mutatie op de locatie waar er geknipt moet worden -> kan zijn dat een intron als een exon wordt beschouwd -> leidt tot een verkeerd eiwit C)Repeat-expantie mutatie
Negatief effect van een mutatie: Hoe veroorzaakt een mutatie een ziekte? 1.Meestal: verlies van functie van het eiwit ->Vaak zijn dit dominantie aandoeningen -> ene gezond allel kan niet tegen het gemuteerde allel op. Haplo-insuffiëntie: de helft is insufficiënt -> enkel bij dominante aandoeningen 2.Leidt tot eiwit dat te goed gaat werken = in de minderheid Vb: achondroplasie -> overactivatie waardoor groeischijven te snel gaan sluiten waardoor je niet meer verder groeit. Collageen: teveel eraan, maar dat niet goed is van kwaliteit. ->achondrogenses type II ->teweinig: stikler syndroom => Mutatie in hetzelfde gen kunnen tot heel verschillende ziektes leiden Diagnose technieken -DNA-onderzoek: kijken of er een variatie of mutatie inzit -Vroeger: afdruk gemaakt op film -> kijken naar ACG, … -> maar heel weinig BP’en gaan bekijken -Classical sequencing: niet kennen -Parallel (massive) sequencing: grote stukken kunnen onderzocht worden -> aan elkaar plakken en je bekomt het genoom Op elk balletje: DNA -> in gaatjes, per gaatje 1 sequentiereactie -> op einde al het DNA is gesynthetiseerd -> DNA wordt gelezen en genoom kan worden afgelezen Exoom sequencing (!) alle coderende exonen van ons genoom -> dus maar 1,5% -> DNA is gefragmenteerd -> alle 30000 genen gaan
nakijken. Hybridisatie met de chip -> gaan hun complement vinden. Dna in stukjes geknipt -> dna uit elkaar gehaald -> hybridisatie -> complement vinden op de chip -> alles wat geen complement heeft -> valt weg en is dus geen coderend materiaal -> daarna de hele sequentie gaan bepalen -> in 1 keer alle 30000 genen kunnen we gaan bekijken -> nog heel veel filteren om te weten te komen waar de mutatie zich bevindt Klonen Niet-bevruchte eicel -> celkern gaan verwijderen om het genetisch materiaal eruit te halen, er zit ook nog genetisch materiaal in mitochondriën, maar celkern kan niet zonder dat om te kunnen werken. Je neem cel van iemand -> lichaamscel -> volledige genoom eruit halen -> gevolg: je krijgt een kloon dat identiek is aan de donor -> deze techniek is gebruikt bij Dolly Identieke tweelingen zijn elkaars klonen. Reproductief klonen, feit of fictie? Klonen is heel moeilijk -> van de vele eicellen die ze hebben gemanipuleerd -> maar heel klein aantal dat zich ontw tot een bevruchte eicel -> loopt meestal fout: abnormale groei van placenta of foetus. In vergelijking met natuurlijke reproductie bij die dieren -> klonen gaan veel sneller overlijden, want je begint met een genoom dat al volwassen is -> doorheen ons leven stapelen we mutaties op -> dus hoe ouder, hoe meer kans op ziekte -> daarom heeft Dolly niet lang geleefd. Oorzaken wrm kloon niet lang overleeft 1. Somatisch mosaicisme 2. Onvolledige herprogrammering 3. Chromosomen zijn al verouderd -> worden per celdeling korter -> telomeren, uiteinden verkorten en dat geeft het versneld verouderen weer Andere reden van klonen is dat je donor zoekt voor iemand die ziek is waarbij je iemand zou kunnen genezen door een donor met juist beenmerg. Stamcelonderzoek: als een eicel wordt bevrucht ga je de eerste dagen de eerste cellen krijgen -> blastocyst-> deze cellen kunnen nog vanalles worden, differentiatie is nog niet opgetreden. Embryonale stamcellen: kunnen uitgroeien tot elk weefsel in ons lichaam, uitgezonderd placenta Transplantatie: bep orgaansysteem zoals bvb lever kan je maken in een schaaltje in het labo -> zou oplossing zijn voor verschillende ziekten, maar je moet wel zorgen dat die stamcellen hetzelfde beenmerg heeft -> anders kan het afgestoten worden -> daarom levenslang medicatie nemen om die afweer te onderdrukken. Kan niet voor hersenen -> gwn hoopje neuronen maar dit gaat nooit zo complex functie kunnen uitvoeren. Huid, verschillende bloedcellen, … kunnen wel aangemaakt worden. Via IVF alleen embryo’s kiezen waarvan het immuunsysteem lijkt op dat van het zusje > discussie rond deze technieken Geïnduceerde pluripotente stamcellen =Stamcellen maken van lichaamscellen -> we nemen wat huid weg van een bep pers -> kunnen we reprogrammeren naar stamcellen -> lijken heel erg op embryonale stamcellen die we opnieuw kunnen laten ontwikkelen in een bep weefseltype. Is handig om bep ziektes te gaan bestuderen -> vb onderzoek naar verstandelijke handicap -> je weet wel welk gen het is in de hersenen, maar je weet niet wat er fout loopt in de hersenen -> je kunt geen stuk wegsnijden -> daarom deze techniek toepassen -> je maakt van model om de ziekte van je patiënt te gaan onderzoeken in het labo Voordeel: geen nieuwe embryo’s opofferen + je kan de cellen gaan manipuleren -> dus je kunt nieuw weefsel maken en er een correctie in doen en dan inplanten in patiënt -> zal niet afgestoot worden want komt van de patiënt zelf (van zijn huid)
Multifactoriële erfelijkheid LES 7 Kan ook terugvallen op de wetten van Mendel, met dat verschil dat multifactoriële erfelijkheid bepaald wordt door verschillende genen! Complexe kenmerken en aandoeningen Multifactoriële erfelijkheid: wordt veroorzaakt door interactie van verschillende genen met omgevingsfacoren. Polygeen: niet zoveel omgevingsfactoren als bij multifactoriële aandoeningen Multifactoriële aandoeningen = complexe aandoeningen. Is niet monogeen, want gaat over verschillende genen, maar elk gen gedraagt zich wel volgens de wetten van Mendel. Omgevingsfactoren: opvoeding, voeding, stress, … -> afhankelijk van welk potentieel je hebt van genen, gaat het een andere uitwerking hebben. Je moet juist die combinatie hebben van variaties van genen die samen een puzzel vormen + die bepaalde omgevingsinvloeden -> leidt tot ontw van ziekte Multifactoriële kenmerken: Vb: bloeddruk ~ later hypertensie of niet, lengte (bep door verschillende genen, maar ook door voeding), IQ ~ er is niet zoiets al 1 IQ-gen -> verschillende genen spelen een rol. Multifactoriële aandoeningen Vaak mee geconfronteerd als we al op een bep leeftijd zijn. Zijn veel frequenter dan al de monogene aandoeningen die we al in de vorige lessen hebben besproken. Kwantitatieve meetbare eigenschappen door additieve polygenie Hardy-Weinberg evenwicht: populatie is stabiel want dat beide allelen dezelfde zijn komt even vaak voor. Altijd dubbel zoveel personen die een verschillend allel hebben dan als ze 2 dezelfde hebben. = hardy-Weinberg evenwicht. Mensen met twee verschillende allelen -> komen vaker voor -> uiteindelijk: ontstaan van Gauss-curve. Meeste van die kenmerken kan je meten (vb huidskleur, bloeddruk, … meten – meestal variatie in bevolking -> bekomt Gauss-curve (door additieve polygenie= optelling van genen)-> komt doordat er verschillende genen een rol spelen) Hoe meer verschillende genen er instaan voor bvb lengte -> hoe groter de Gauss-curve wordt. Gaat verschil in generatie en populatie gaan verklaren: vb: mensen worden groter, kan te wijten zijn aan betere voeding. Additieve polygenie gaat het fenotype gaan bepalen. Continue variabelen Meeste van die kenmerken zijn continu -> vb: lengte meten -> je bekomt een Gauss-curve -> twee standaarddeviaties als cut-of -> dan is iets echt wel afwijkend. Ook zo bij IQ -> 2 SD’s onder gemiddelde = 70 -> wordt gezien als verstandelijke beperking. Het gaat over een continu spectrum van te klein naar te groot, van dom naar slim, … Gespleten lip, gespleten gehemelte: is niet continu: je hebt het, of je hebt het niet. Deze zijn dus DISCONTINUE! Drempelpolygenie: discontinue variabelen: JA/NEEN Drempelpolygenie: Je hebt verschillende genen, als je er een slechte variant van hebt, bereik je een soort van drempel en als deze overschreden is, dan heb je de aandoening. Op gegeven moment heb je voldoende ongunstige genen. Verschillende genen spelen een rol -> teveel ongunstige allelen -> aandoening. Vb: gespleten lip -> ~ 100 genen -> teveel genen aangetast -> je krijgt kind met gespleten lip. Risico verschuift in families die al veel van die aandoeningen hebben -> al veel allelen met ongunstige variant aanwezig -> drempel wordt verlaagd. SNP Je moet een combinatie hebben van verschillende ongunstige allelen en elke ongunstige variant gaat op zichzelf geen ziekte met zich meebrengen. Interactie met nog andere aangetaste allelen en omgeving zorgen tot het ontstaan van de aandoening.
Een enkele nucleotide verandert -> sommige van die SNP’s liggen in het gen -> kunnen AZ veranderen -> kan pos of neg effect hebben. Vb: verschillende SNP’s bij deze die instaan voor vorming mond en gehemelte -> kan leiden tot gespleten lip of gehemelte. Het gaat dus over kleine variaties in ons genoom, de meeste zijn de SNP’s. We kunnen die SNP’s gaan lezen, bepalen. Vb: rode SNP: ongunstig, groene= gunstig -> allemaal verschillende combinaties van SNP’s en omgevingsfactoren leiden tot andere uitkomsten voor het fenotype. Dat bepaalt dus de grote variatie tss mensen. Bvb op gebied van lengte. Identificatie van genen betrokken in complexe kwantitatieve aandoeningen/kenmerken Nog moeilijker om te achterhalen dan bij monogene aandoeningen. Elk gen waarvoor je verschillende allelen hebt en dus instaat voor een complexe aandoening -> ligt op bep locus van een bep gen -> QUANTATIVE TRAIT LOCUS (=QTL) Die QTL’s volgen wel individueel de wetten van Mendel!! Maar interactie met zoveel verschillende genen (soms onduidelijk hoeveel en welke) en omgeving (is vr iedereen anders) -> heel moeilijk predictie te doen Elk hebben ze een klein effect -> maar door optelling -> uiteindelijk groot effect. Een mutatie heeft hier maar een klein effect -> additieve polygenie = optelling Bij monogeen, heeft een mutatie juist een heel groot effect, hier niet, alleen combinaties van een aantal mutaties. Twee mogelijkheden om tot identificatie te komen: Whole Genome Association Studies Diermodellen (want kan je veel makkelijker genetisch en omgeving manipuleren Diermodellen: huidskleur Genen van huidskleur -> onderzoek bij zebravissen. Mutatie in golden-gen -> leidt tot lichtere kleur van vis -> bij mens: SLC24A5-gen -> studie: oorspronkelijke allel is zeer sterk aanwezig bij Afrikaanse, en Oost-Aziatische bevolking. Variant allel -> gefixeerd (komt al heel veel generaties voor ) (!) Je moet niet weten dat het het SLC…-gen is, maar wel dat men zo van een diermodel een terugkoppeling doet naar de mens!! Diermodellen: gedrag Kruisen van honden -> gebruik maken van hun karaktereigenschappen welke genen ervoor instaan -> kijken of dit bij de mens ook zo is. Whole Genome Association Studies Al de SNP’s gaan we analyseren -> in enerzijds zeer goed gefenotypeerde groep, en een groep die de aandoening niet heeft -> pijnpunt: je moet echt een heel grote groep hebben met duidelijk exact dezelfde aandoening. En je hebt dan ook nog eens controles nodig met dezelfde genetische achtergrond. Zo identificatie van SNP’s/Qtl die een aandeel hebben in de betreffende complexe ziekte. Alle SNP’s die gekend zijn, ga je nakijken op hele grote groepen. Van SNP’s: verschillende combinatie: ga je nakijken bij alle aangetaste en controlepersonen. -> je krijgt puntjes en kleurtjes die gaan zeggen waar het allemaal ligt. Voorbeeld: Associatie van SNP rs2236639 met ontstaan van ziekte van P Personen dat P ontw zijn er 50 -> je 950 controles -> in 10 van de 50 is SNP aanwezig, bij controle 70 aanwezig, bij 80 afwezig. 10 van de 80 personen waar SNP aanwezig is krijgen Parkingson. Relatieve risico = 2.9 Pijnpunten Heel wat van die studies zijn populatiespecifiek! Kan zijn dat in China dat gen ervoor instaat, terwijl in Europa niet. Klinische toepasbaarheid is eigenlijk minimaal. Wel is het zo dat je kan kijken naar het effect van medicatie voor bep ziekte -> zo hebben ze bvb ontdekt dat SNP A veel beter reageert op chemo dan SNP B -> wel heel interessant Voorbeelden van multifactoriële aandoeningen
Voorkomen van neurale buis effecten Met drempelpolygenie: discontinue variabele = spina bifida (= open rug) Voorkomen: komt vaker voor bij Spaanse populatie dan in zwarte populatie. In verloop van tijd -> bep afname omdat we weten welk allel ervoor instaat. Foliumzuur metabolisme -> belangrijk bij zwangerschap, is een soort van vitamine. Twee allelen zijn verantwoordelijk voor afbraak foliumzuur -> C-allel of T-allel: verminderde activiteit van enzymen. In groep van personen met spina bifida: meer mensen met twee T allel Roken kan ook leiden tot spina bifida -> is één van de varianten die een rol spelen. Is zo dat als je twee C-allelen hebt, je ook spina bifida hebben -> is dus één van de varianten die een rol spelen tot het voorkomen. Foliumzuur houdt spina bifida tegen -> daarom extra hoge inname bij families waar open rug vaak voorkomt. Het gaat om functioneel polymorfisme: op zich geen effect, maar in bep context van omgevingsfactoren of andere nog aangetaste genen, gaat het wel een effect hebben. Hoe wordt bij multifactoriële aandoening de herhalingskans berekend worden? a) Ernst van de aandoening Je moet de cijfers zelf opzoeken op een doen, want je weet niet welke genen er allemaal een rol spelen -> daarom ervan uitgaan van empirische cijfers. Het gaat over familiestudies die wereldwijd zijn gehouden. Daarom cijfers niet kennen voor examen. Als fenotype iets minder ernstig is, dan is de kans ook kleiner dat het volgende kind het zal hebben. Daardoor: curve gaat verschuiven en drempel verlaagt omdat het bij uiting is gekomen dat in de familie verschillende aandoeningen aanwezig zijn. b) Aantal aangedane verwanten Hoeveel personen in de familie hebben de aandoening al? Als er al twee kinderen het hebben dan is de kans hoger dan als het maar 1 kind in de familie het heeft. Cijfers op slide zijn voor lipverhemeltespleet. c)
Graad van verwantschap Hoe dichter de graad -> hoe groter het risico. Tweedegraads: 0.6%, derdegraads:0.3%, en vierdegraads: populatierisico: voor iedereen dezelfde kans (0.1%)
d) Geslacht van aangedane persoon Voor sommige aandoeningen komt het vaker voor bij jongens dan meisjes. Bij gespleten lipgehemelte: komt vaker voor bij jongens dan meisjes -> drempel voor meisjes ligt hoger dan voor jongens. Dus als meisjes het heeft moeten er al heel wat ongunstige factoren zijn, en is de kan dus groter dat het volgende kind het krijgt dan wnr een jongen het heeft. Maar algemeen voor jongens is kans groter dan voor meisje -> is algemeen, maar als er al een kind is -> bij meisje aandoening, volgende kind meer kans, want wil zeggen dat ze heel wat ongunstige factoren al aanwezig zijn. e)
Populatiefrequentie Spina-bifida: zeldzamer in zwarte populatie dan in blanke.
Kwantitatieve genetica LES 8 Debat: nature <-> nurture. Sommige kenmerken en gedragingen zijn echt wel nurture -> Vb: Ndl praten: komt door opvoeding. Heel wat dingen liggen op de balans: deel door genetische andere deel door opvoeding. Vb: criminaliteit Aangangers van nurture: komt door opvoeding, vroeger zelf geslagen, … aanhangers van nature: zit in de genen,natuur van iemand Kan je een topsporter worden door intensief te trainen, of spelen er ook genetische factoren een rol? Kwantitatieve genetica Welke verschillende omgevingsfactoren of genetische factoren zorgen voor verschillen tss mensen? Heratibiliteit = in welke mate wordt iets bepaald door genetische verschillen? Percentage van fenotypische variatie kan verklaard worden door genotypische variatie. Formule kennen! Meestal genetische verschillen op een verschillend aantal vlakken, complex! Aandeel van elk bepalen? Hoe kunnen we de heratibiliteit gaan achterhalen? -> Door zowel omgeving als genetische kenmerken te gaan manipuleren. Diermodellen: heel lang fokken van honden voor bep gedragskenmerk. Selectie studies: van elke roedel de tamste vos -> kruisen met tamste vos van andere roedel -> en zo verder -> uiteindelijk een vos die zo tam is dat je hem als huisdier kan gebruiken. Door kruisen kan je bep kenmerken meer naar boven halen -> toont aan dat er een invloed is van nature. Open field test Experiment met muizen: Open field test -> lege ruimte, sommige muizen zijn exploratief, anderen blijven meer aan de zijkant. Uitersten met elkaar gaan kruisen -> deze die meest exploratief zijn gaan kruisen met andere exploratieven, andere niet exploratieven gekruist met andere niet-exploratieven -> uiteindelijk muizen die meer en meer exploratief of niet-exploratief werden -> gaan kweken op ene eigenschap. Genetisch factoren spelen duidelijk een rol. Maar aangezien het zo traag gaat dat ze meer en meer exploratief of niet-exploratief worden toont aan dat er veel genen mee gemoeid zijn. Mens: natuurlijk ontstane experimenten A) Adoptiestudies Je kan verschillende dingen nakijken: vb biologische ouders hebben vier kinderen, twee ervan worden afgestaan voor adoptie -> vergelijken met biologische ouders (nature) en ook gaan vergelijken met adoptieouders (=nurture, omgevingsverwantschap) ->Kinderen die niet genetisch aan elkaar verwant zijn vergelijken ->Kinderen met deel zelfde genetisch materiaal vergelijken (blauwe pijl op slides) Adoptiestudies en cognitieve ontwikkeling -Kinderen die opgroeien bij hun ouders -> hoge correlatie tss ouder en kind, correlatie nog groter voor broers en zussen die in zelfde omgeving opgroeien (delen groot deel van genen en ook van omgeving) -Vergelijking van broers en zussen, genetisch materiaal deels hetzelfde, verschillende omgeving -> correlatie al lager dan bij vorige -Verschillende genen -> adoptiekinderen met biologische kinderen, redelijk hoge correlatie, maar minder dan genetisch + omgeving => beiden zijn (!) op jonge leeftijd, als ze ouder worden: genetisch materiaal neemt de bovenhand en invloed van omgeving wordt veel kleiner, kinderen beginnen meer te gelijken op hun biologische
ouders Adoptiestudies en psychopathologie vb schizofrenie Teruggaan naar kinderen die afgestaan waren voor adoptie, gekeken naar biologische ouders -> als een van de biologische ouders schizofrenie heeft en in ander gezin is opgegroeid -> 7% ontw van schizofrenie Andere studie: eerste naar kind gaan kijken -> als adoptiekind schizofrenie had -> geen van adoptieouders had het, maar wel 5% van de biologische ouders. Genen spelen een rol bij schizofrenie! B) Studies met tweelingen 1-eiige tweeling: 100% genetisch materiaal -> dus verschillen zijn te wijten aan omgevingsfactoren 2-eiige tweeling: 50% ~ broer en zus Volledig genetisch bep: vb Huntington: 100% concordantie: als een het heeft, het de andere het ook Volledig door omgeving bep: concordantie: wisselend, even groot bij identieke als niet-identieke tweelingen -> vb been breken Multifactorieel: genetische factoren en omgeving spelen een rol -> mate dat concordantie gelijk is -> bij identieke tweeling groter dan niet-identieke Tweeling en adoptie Monozygote tweeling uit elkaar en apart opgegroeid. Meest ideale experiment -> zijn volledig concordant wil dan zeggen dat het door de genen komt, en de verschillen zijn dan bepaald door de omgeving. Bij dizygote tweelingen: ook veel omgevingsfactoren dezelfde want hebben zelfde leeftijd, … Verschil tss concordantie tss MZ en DZ -> door genen bepaald, maar is eigenlijk niet helemaal correct, want stuk gemeenschappelijke omgeving bij DZ toch nog een beetje kleiner dan MZ -> toch nog meer verschillende omgeving hebben en er minder met elkaar delen. Lichtblauw stuk van de taart op de slide is eigenlijk te groot. Dus verschil in concordantie komt niet alleen door genen, maar ook door verschil van omgeving Concordantie: mate waarin de ene het heeft, dat de ander het dan ook heeft. Concordantie spraak-taalstoornissen: Heratibiliteitsfactor: voor spraak-taalstoornissen: 70% Autisme: concordantie bij MZ heel hoog, bij DZ niet hoog -> hoge heratibiliteit Genen EN omgeving: interactie Ene beïnvloedt het andere, en het andere beïnvloedt het ene. Vb: goed in sport -> je gaat vrienden hebben die ook graag sporten -> je zoekt diebepaalde omgeving op. Genen en omgeving zijn heel sterk met elkaar verwoven.
ADHD en dopamine metabolisme Receptors die neurotransmitters opvangen. Verschillende vormen van dopaminereceptoren -> SNP: sommigen hebben receptoren die heel sensibel zijn, anderen in mindere mate. Als het minder goed dopamine oppikt -> minder goed signaal -> veel dopamine blijft zitten in de synaptische spleet ~ zou rol spelen bij ADHD. Hebben veel meer het abnormaal allel. Rilatine: zorgt ervoor dat er voldoende dopamine aanwezig blijft om receptor actief te laten blijven. Opname van dopamine wordt tegengehouden, en zo blijvende activatie van receptor. Antisociaal gedrag MAOA-enzym: mensen met lagere productie en slecht omgeving -> grotere kans tot slecht gedrag. Je hebt een
zeker potentieel, maar als je in gunstige omgeving opgroeit zullen ze nooit antisociaal gedrag stellen. Maar als de omgeving slecht is en dingen uitlokt, zullen ze dat wel doen. Variatie van gestalte in de normale bevolking Ong 70% van onze genen gaan een rol spelen, maar ook 30% omgeving ~ voeding Mate waarin genen en omgeving gaan bijdragen tot een bepaald kenmerk kan verandert naar de tijd -> dynamisch gegeven, komt doordat voeding en gezondheidszorg beter en beter wordt. Heritabiliteit Kan ook verschillen in functie van omstandigheden ~ tijd -> mensen worden groter en groter. Wie wordt zwaarlijvig? Vroeger fenotypische verschillen werden door omgeving werden bepaald, dan was er niet zo een goede voeding, sommigen hadden geen geld. NU: iedereen kan aan eten geraken -> genetisch potentieel kan tot uiting komen. In verschillende omstandigheden gaat de mate en bijdrage van genen en omgeving gaan verschillen. Intelligentie Verschillen tss mensen worden meer door omgeving bep -> als je geen geld hebt om naar school te gaan, kan je die eigenschappen ook niet gaan ontwikkelen. Gedragsproblemen Heel veel van ons gedrag wordt zowel erfelijk als door omgeving bep. Gedragsproblemen komen vaak voor bij mensen met verstandelijke beperking. Hebben zelfde psychologische en biologische behoefte, maar kunnen dit moeilijk uiten -> dus moeten op andere manier duidelijk maken dat ze aandacht willen, … Gedragsfenotype: sommige gedragspatronen zijn specifiek voor een bep syndroom. Gedragsstoornis puur op metabole eigenschappen. Voorbeelden van gedragsfenotype: Smith-Magenis Syndroom: vrij grof gezicht, hoog voorhoofd, tentmondje, scheel zien, lage hese stem. Deletie op korte arm van chromosoom 12. Meestal IQ onder de 50, heel agressief, … Self-ugging, vaak op volwassen leeftijd= seksuele agressie. Heel veel slaapproblemen (!) diagnose vroeg te stellen Prader-Willi syndroom: heel slap -> kunnen nauwelijks iets drinken, maar later ongecontroleerde drang naar voedsel, kleine genitaliën, verstandelijke beperking, extreme psychosen. Ook hier vroege diagnose (!) Fragiele X syndroom (heel goed kennen!!) Nog steeds de meest frequente vorm van verstandelijke handicap, vooral bij jongens. Heel specifiek gedrag. Door expansie in repeat onderaan X-chromosoom kan dit stukje niet goed opvouwen en lijkt het eraf te vallen. Meisjes met dit syndroom -> minder erg door X-inactivatie. Vooral het gedrag zet onderzoekers op het spoor voor de diagnose van fragiele X. Typisch cognitief profiel: matige mentale handicap: onder de 50. Hebben problemen met inzicht. Executive functioning: planning opmaken -> alle stappen die je moet doen kunnen ze niet. Hebben kenmerken van zowel ADHD als autisme. Kunnen zich heel moeilijk afsluiten voor verschillende stimuli. Hebben geen inhibitie -> alle stimuli komen binnen -> nerveus Als man allel doorgeeft, blijft het meestal stabiel, via moeder heeft het onstabiele allel kans om groter te worden.
