UM C {~} St Radboud o"fm~·~
Universitair Medisch Centrum Faculteit der Medische Wetenschappen
Bloktoets Datum Aanvang
5DT06 Medica! Genemies 23 november 2012 13.00 uur
Deze tentamenset kunt u na afloop meenemen Het ANDERE deel ingevuld inleveren bij uw surveillant(e) Het betreft een gesloten boek tentamen, het gebruik van een rekenmachine van het type CASIO fx-82MS is wel toegestaan.
ALGEMENE AANWIJZINGEN: • • • • • •
• • • • • •
Dit tentamen bestaat uit 18 open vragen. De beschikbare tijd is 2 uur. Controleer of uw tentamenset compleet is. Vermeld op het antwoordformulier duidelijk uw naam en studentnummer. Beantwoord de vragen op de antwoordformulieren in de daarvoor open gelaten ruimten. Omcirkel bij alle meerkeuzevragen alleen het juiste antwoord, vragen waarbij meerdere antwoorden zijn omcirkeld worden fout gerekend. Er zal bij de meerkeuzevragen geen correction for guessing worden toegepast. Lees de vragen zorgvuldig alvorens uw antwoord te formuleren. Beantwoord de vrágen volledig, maar zo beknopt mogelijk; vermijd onnodige uitweidingen. Voor beantwoording van de vragen eventueel de achterkant van het formulier gebruiken, niet het commentaarformulier! Schrijf duidelijk leesbaar en gebruik geen afkortingen, het gebruik van een potlood is ongewenst. Onleesbaar beantwoorde vragen worden fout gerekend. Het gebruik van alle audiovisuele en technische hulpmiddelen is niet toegestaan, tenzij expliciet vermeld elders op dit voorblad. Mocht u dergelijke apparatuur toch gebruiken, dan zal dit als fraude worden aangemerkt. Op uw tafel mogen uw studenten- en registratiekaart en los schrijfmateriaal liggen. Etui's moeten van tafel.
VEEL SUCCES!
LET OP 11 ZET EERST UW NAAM EN STUDENTNUMMER OP Voorbfad_ OV.dod26-10-20 12
ELK ANTWOORDFORMULIER!
Vragen Genetica (Diederik de Bruijn) Casus: In de familie waarvan de stamboom hiernaast staat afgebeeld zijn de personen 1-1 en 11-1 doof als gevolg van een mutatie in het GJB2 gen dat codeert voor het Connexine 26 eiwit. De penetrantie van deze aandoening is. niet volledig en de exacte mutatie is onbekend. 11-3 stierf op 38 jarige leeftijd bij een autoongeluk en toen waren er geen aanwijzingen dat haar gehoor achteruit ging. Haar nakomelingen willen nu weten of ze een verhoogde kans hebben om doof te worden. De resultaten van koppelingsonderzoek met een STR marker in het GJB2 gen staan in de stamboom vermeld. De vragen 1 Urn 3 gaan over deze casus.
11 AB
111
1.
Draagt één (of meerdere) persoon/personen uit generatie 111 de pathogene mutatie? (2 punten) a. Nee, geen van allen b. Ja, alleen 111-1 c. Ja, alleen 111-2 d. Ja, alleen 111-3 e. Ja, 111-1 en 111-2 f. Ja, 111-2 en 111-3 g. Ja, 111-1 en 111-3 h. Ja, 111-1, 111-2 en 111-3
2.
Wat was het genotype van 11-3 voor de geteste STR marker? (2 punten) a. AA b. BB
c.
cc
d.
AB AC BC
e. f. 3.
Tijdens uw vervolgonderzoek naar het GJB2 gen heeft u twee lijnen van genetisch gemanipuleerde muizen gemaakt. De eerste lijn mist het GJB2 gen volledig (GJB2-knockout), terwijl bij de tweede lijn het muizen GJB2 gen is vervangen door het humane GJB2 gen (GJB2human). Tijdens uw onderzoek blijkt dat alle GJB2-knockout muizen doof worden, maar de GJB2-human muizen niet. Wat is in dit geval de juiste conclusie? (2 punten) a. dat de DNA sequenties van het muizen en het humane GJB2 gen gelijk zijn b. dat de aminozuur sequenties van het muizen en het humane GJB2 gen gelijk zijn c. dat de functie van het muizen en het humane GJB2 eiwit gelijk zijn
4.
Het ADULT syndroom wordt veroorzaakt door een beperkt aantal specifieke missense mutaties in het p63 gen. Welk type muismodel zal naar verwachting het best geschikt zijn om een getrouw model te maken voor dit syndroom? (2 punten) a. Een conditionele knock-out b. Een knock-in c. Een transgen met het mulante allel d. Een transgen met het wildtype allel
5DT06 Medical Genomics tentamen 2012-2013
5.
Wat zijn de belangrijkste fenatypische kenmerken van p73-knockout muizen? (2 punten) a. Afwijkingen in ectodermale structuren b. Vroegtijdige veroudering c. Spontane tumorontwikkeling d. Hersenafwijkingen
6.
Welke van de volgende technieken voor het bepalen van eiwit-eiwit interacties is het meest geschikt om veranderingen in de directe interactie van twee eiwitten te identificeren? (2 punten) a. Tandem affinity purification (TAP) b. Far-western blotting (FWB) c. Stabie isotape labeling of amino acids in cel! culture (SILAC) d. Yeast two-hybrid (Y2H) e. Co-imunoprecipitatie (Co-lP)
7.
Ciliopathieên zijn meestal recessieve aandoeningen waarbij verschillende combinaties van mutaties (b.v. missense of nonsense mutaties) in één gen de ziekte veroorzaken. Wat is de reden dat er in sommige ciliopathieên nooit een nonsense mutatie op beide allelen van één gen wordt gevonden? (2 punten) a. Embryonic lethality van de nonsense mutaties b. Genetic drift van de missense mutaties c. Modifier effect van de nonsense mutaties d. Allel ie effect van de missense mutaties e. Incomplete penetrantie van de nonsense mutaties f. De nova effect van de missense mutaties
8.
Het Sensenbrenner syndroom heeft ook een alternatieve benaming die beter weergeeft wat er misgaat bij dit ziektebeeld, Welke is dat? (1 punt)
9.
Moleculaire technieken: Bij de onderstaande familie komt een zeldzame, erfelijke vorm van blindheid voor, maar het causale gen is nog niet geYdentificeerd.
9a. Welke overevingsvorm past het best bij deze stamboom? Licht uw antwoord kort toe. (1 punt)
9b. Wat is de beste (en meest efficiênte) werkwijze om, uitgaande van het overervingspatroon van vraag 9a, het gen met daarin de oorzakelijke mutatie te vinden? Geef hierbij duidelijk aan welke analyses u zou doen op welke personen uit de stamboom en waarom. (3 punten) 10. Hieronder staat de schematische structuur van het TP63 gen, met de zes bekende isovormen van het p63 eiwit en de vier belangrijkste eiwitdomeinen (gemarkeerd met A tlm D).
5DT06 Medica! Genemies tentamen 2012-2013
AN-p63
.. j(···
B x..,;._;_,;:;::q
C
TA-p63jl
D
~·-=====~-
'M'*'•'•-~--~-...
~-
====::::========::====
t.ll-p63jl t.N-p63y
1Oa. Benoem de vier eiwitdomeinen A Um D en geef een korte beschrijving van hun functie. (4 punten) 1Ob. Welk van deze 6 isovormen lijkt in vorm en activiteit het meest op het p53 eiwit en waarom? (2 punten) 11. Farmacogenetica: Patiênten met hepatitis C worden veelal behandeld met ribavirin, maar helaas reageert maar een deel van hen goed op deze medicatie. Een genoom-wijde associatie studie (GWAS) heeft aangetoond dat SNP variant rs12979860, 3 kB upstream van het start codon van het 1128B gen, is betrokken bij de respons op ribavirin. Patiênten met het CC genotype van deze SNP variant reageren beter op ribavirin waardoor het hepatitis C virus makkelijker uit het lichaam wordt verwijderd. Het IL28B gen codeert voor het IFN-À eiwit, een cytokine dat een belangrijke rol speelt bij het afweren van infecties. Bij een uitgebreide sequentie analyse van de IL28B regio zijn twee additionele SN Ps gevonden die eveneens geassocieerd zijn met de ribavirin respons: rs28416813: Een G>C variant, 37 baseparen upstream van de IL28B translatie start site. Patiênten met het CC genotype reageren beter op ribavirin. rs8103142: Een variant in de coderende sequentie van IL28B die resulteert in een aminozuur verandering (serine naar tryptofaan). Patiênten met een tryplofaan residu op deze positie reageren beter op ribavirin. 11a. Beschrijf een mechanisme dat zou kunnen verklaren waarom dragers van het rs28416813 CC genotype het hepatitis C virus beter uit hun lichaam kunnen verwijderen na behandeling met ribavirin. (3 punten) 11 b. Gebruik het onderstaande cirkeldiagram van de genetische code en bepaal zowel de nucleotide verandering als de codon verandering die wordt veroorzaakt door variant rs1803142. (1 punt)
5DT06 Medical Genemies tentamen 2012-2013
11c. Variant rs1803142 leidt tot een aminozuur verandering (serine > tryptofaan) in het IFN-À eiwit. De structuurformules van beide aminozuren hieronder laten zien dat ze nogal van elkaar verschillen, benoem de twee belangrijkste verschillen. (2 punten) H
H
I, I I I
#0
H-N-C-C H
1"1
'-o·
OH
Serine
H
H
H
1:~.
0
H-A!.-!-cf I I '-o·
b
Tryplofaan
11d. Moet, met alle bovenstaande informatie, de variant rs1803142 gekenschetst worden als een SNP of als een mutatie? Licht uw antwoord toe. (2 punten)
Vragen Epidemiologie (Sita Vermeulen) 12. Populatiegenetica van rs4988235, een variant geassocieerd met lactose intolerantie. Lactose-intolerantie (het onvermogen om de melksuiker lactose te verteren) in de volwassen levensfase is een eigenschap die in frequentie sterk varieert tussen verschillende populaties. Zo is het een veelvoorkomende eigenschap onder de Aziatische en Arikaanse bevolking maar ligt de frequentie veel lager in de Europese bevolking. De onderstaande samenvatting is afkomstig van Enattah et al. (ldentification of a variant associated with adult-type hypolactasia, Nature Genetics, 2002). Adult-type hypolactasla, also known as lactase non-persistenee (lactose intolerance), is a common autosomal recessîve condition rasuiting from the physiologlcal decllne In activity of the lactasephlorlzln hydrolase (lPH) in intestinal cells aner weaning. LPH hydrolyzes lactose into glucose and galactose. Sequence analyses ofthecoding and promoter regionsof LCT, the gene encodlng LPH, has revealed no DNA variations correlatlng wlth lactase nonperslstence 1•2• An assoclated haplotypespanning LCT, as wellas a distinct dirterenee In the transcript levels of 'non-persistente' and 'perslstence' alleles in heterozygotes, suggest that a cis-acling element contributes to the lactase non-persistenee phenotype3.4. Using linkage disequilibrium (LD) and ha plotype analysis of nine
extended Finnlsh families, we restrlcted the locustoa 47-kb lnterval on 2q21. Sequence analysis of the complete region and subsequent association analyses revealed that a DNA variant. C/L1391 0o roughly 14 kb upstream from the LCTiocus, completely associates with biochemically verifled lactase non-persistenee in flnnish families and a sample set of 236 Individuals from four different populations. A second variant, G/A..22018, 8 kb te Iomeric to C/L 1391 o. is also assoclated wlth the tralt In 229 of 236 cases. Prevalenee of the CIT_13910 variant in 1,047 DNA samples is consistent with the reported prevalenee of adult-type hypolactasla In four different populatlons. That the variant (CIT_ 1391 ol occurs in dlstantly related populations indicates that it is very old.
5DT06 Medical Genomics tentamen 2012-2013
Uit dit abstract is af te leiden dat een single nucleotide polymorphism (SNP) (-13910C>T; rs4988235) in MCM6, een gen dat naast LCT ligt, mogelijk verantwoordelijk is voor lactose tolerantie. De data laten zien dat LeTexpressie behouden blijft bij aanwezigheid van het -13910 T allel, maar niet bij het -13910 CC genotype. De rs4988235 genotype frequenties uit het HapMap project zijn hieronder weergegeven: efSNP rs49BB235 with alleles in dbSNP (dbSNP report I Ensemlll SNPvlew) chr2:136325116 .. 136325116. {·)strand relativa to the human raferenee sequence
Allale frequencies
Genotype frequencies
Ref-allele
Popuiatien
genotype freq countgenotype freq countgenotype freq countTotal
CEU CHB JPT
CIC CIC CIC CIC
YRI
0.051 1.000 1.000 1.000
3 45 45 58
crr 0.390 crr
crr crr
nla nla nla
23 0 0 0
Tff Tff TfT
Tff
0.559 0 0 0
33 0 0 0
59 45 45 58
Other-al!ele
allale freq countaHele freq countTolal
c
0.246
29 90 1.000 90 1.000 116
c 1.000
c c
T T T T
0 754 0 0 0
89 0 0 0
118 90 90 116
retrleve genetypes retrieve genetypes
retrieve genetypes retrleve genetypes
Nota: the 'reference' allale is the base obsefVSd in the raferenee genome sequence at this location
Popuiatien descrlptors: YRI: Yoruba in lbadan. Nigeria PT: Japanase in Tokyo, Japan cHB: Han Chinese in Beijing. China EU: CEPH (Utah rasidanis with ancestry from northern and western Europa)
12a. Laat zien dat u bovenstaande tabel kunt interpreteren door de genotype aantallen en allel aantallen voor rs4988235 voor de Caucasische (CEU) en Afrikaanse (YRI) populatie in onderstaande tabellen in te vullen (2 punten). CEU populatie: Genotype
cc
TT
CT
Totaal
N
c
Allel
T
Totaal
N YRI populatie: Genotype
cc
TT
CT
Totaal
N
Allel
c
T
Totaal
N Hieronder staat de output weergegeven van de HWE test voor rs4988235 voor de CEU populatie. De afkortingen obs en exp staan voor "geobserveerde" en "verwachte".
5DT06 Medica! Genomics tentamen 2012-2013
I I
UTILITY PROGRru4S FOR ANALYSIS OF GENETIC LINKAGE Copyright (C) 1988 J. Ott
Program
HWE
Computes chi-square test for deviations from Hardy-Weinberg equilibrium. Nuffiber of alleles? 2
Enter obs. numbers of genetypes ordered
1 1
1 2
2 2
3 23 33
Genotypes, obs and exp frequencies: 1 1 1 2 2 2 3 3.6
23
21.9 Chi-square "' Chi-sq./n "'
33 33.6
'0,157 0,003
1 df,
p"' 0.692260
12b.ls deze populatie in HWE voor de gemeten SNP? Gebruik een p-waarde van 0.05 als afkappunt voor statistische significantie. Licht uw antwoord toe en gebruik daarbij de woorden "geobserveerde" en "verwachte" (3 punten). De onderstaande tekst staat in de discussie sectie van het artikel. 'Persistence allele' slaat op het allel met hetTallel voor variant -13910 I rs4988235 in MCM6. A shared haplotype, the extent of LD in Finnish alleles and the presence of the same DNA varianis in non-persistenee alleles in different, distantly related populations logether suggest that the persistenee variant is old, occurring long befere the differentiation of these populations. This is consistent with the hypothesis that adult lactase persistenee has become more prevalent since the introduetion of dairy culture in around 10,000-8,000 BC 14 • A selection power of 3-5% would be sufficient to explain the present frequency of the lactase persistenee allele in northern Europe 15 , assuming it arose around the advent of dairy culture.
12c. Leg uit wat de auteurs bedoelen met "selection power of 3-5%". Gebruik in uw antwoord de woorden 'relatieve fitness', 'kinderen', 'CC', 'CT', 'TT' (5 punten). 12d. De 1000Genomes data (niet getoond) laten zien dat de frequentie van allel T van rs4988235 in West Europa op dit moment 52% bedraagt. Wat zal er gebeuren met deze frequentie indien deze populatie massaal overstapt van gebruik van koemelk naar lactose-vrije sojamelk? Licht uw antwoord toe (5 punten). 13. Genetische epidemiologie van het plaveiselcelcarcinoom in het hoofd-hals gebied Hieronder ziet u een figuur uit een artikel van Foulkes et al. (BMJ 1996; 313). Deze auteurs hebben onderzoek gedaan naar het familiaire risico voor het ontstaan van een plaveiselcarcinoom in het hoofd-hals gebied. Bekijk de figuur en lees het onderschrift (spouse = partner).
5DT06 Medical Genemies tentamen 2012-2013
0.025
Relatlves of cases
1
0.020
., 0.015
i
0.010
~ ::1 u 0.005
Relatlves of spouses 0 30
35
40
45
50 Age (years)
ss
60
65
70
Cumuialive incidence of squamous cel/ carcinomas of the head and neck in relafives of cases and controts
13a. Wat is de specifieke naam van het studiedesign dat is toegepast door Foulkes et al. (3 punten)? 13b. Wat kunt u concluderen over de rol van erfelijke, genetische factoren in het ontstaan van een plaveiselcarcinoom in het hoofd-hals gebied op basis van deze figuur? Trek daarbij de studie zelf niet in twijfel, m.a.w., ga er van uit dat de studie op een correcte manier is uitgevoerd, en licht uw antwoord toe (4 punten). 14. In een recente patiênt-controle studie van Yu et al. (Pios Genetics 2012) is de associatie tussen 4 SNPs in het ERCC4 gen en plaveiselcelcarcinoom van het hoofd-hals gebied onderzocht. ERCC4 is betrokken bij het DNA herstelproces en vandaar een kandidaatgen voor kanker. De 4 SNPs zijn geselecteerd vanwege hun waarschijnlijke functionele effect op het ERCC4 gen product. De 4 SNPs zijn gemeten in 1040 Caucasische cases en 1046 Caucasische controles. Twee van de 4 SNPs lieten een statistisch significante associatie zien. In onderstaande tabel zijn de resultaten voor deze 2 SNPs weergegeven. A/Iele frequencies, genotype frequencies, and OR and 95% Cl tor association between ERCC4 polymotphisms and SCCHN risk
5DT06 Medica! Genemies tentamen 2012-2013
Cau~s
G1motypa
Controls (No . . . : 1046)
{No,"' 1040)
P-Value
Cru do OR (9S%CI)
o.3!17'
~ft~èfKe
No.
%
No.
cc
S22
502
529
50~
CG
443
42h
412
19.4
1.09 (0,91-131)
G
7S
72
lOS
10.0
0.72 (053-1.00)
29.7
038s"
·~ 7S
92B
941
90.0
omi'
7.2
lOS
10.0
%
1$2276466
G alek! ftequency
285
CC/CG
GG
1\lfetent:e 0]0 {051-0.951
t$3136038
cc
452
435
458
43B
CT
483
<óA
452
432
1.09 (0.91-131}
TT
lOS
10.1
136
ll.O
0.72 {053-1.00)
0379'
344
OJ7':P
CC/CT
935
89B
910
87.0
O.Olff'
rr
lOS
10.1
136
13.0
T \lllcle freqwncy
~cochtall'Armltage
33J
Referente
Re(eumce 0.70 (0.51-MSJ
tiend lelt for genotype dh!riblAiom under an addilive genetJe model between case.s arrl controls. c1 recru.slve Qenetlc model between ca.ses and controls.
behi wuare b!lt for alelt! and Qeootvpe dlitributlom under
14a. Kijk naar de resultaten voor rs2276466. Wat is de juiste interpretatie van de OR van 0.72 (niet het Cl) en de OR van 0.70 (niet het Cl) die bij deze SNP genoemd staan? Wees volledig in uw formulering (3 punten).
De LD plot (gecreëerd in Haploview) voor de 4 gemeten SNPs uit dit artikel is hieronder afgebeeld. Bestudeer het figuur en lees het bijschrift. Chromosame 16 Promoter El El
EIO
E3 E4 EH6 E7 E8 E9
3
EU
ERCC4 gene sfrucfure, locafions of fhe tour pofential/y funcfional single nucleotide polymorphisms (SNP), and linkage disequilibrium (LD) plof tor these SNPs. The color of each square represenls fhe paitwise I; the darker, fhe sfronger I, with dark black representing I = 1 and pure whife represenfing I = 0.
4 10
14b. Wat is de juiste interpretatie van het getal '61' in de onderste ruit van het bovenstaande figuur. Gebruik in uw antwoord de woorden 'LD', 'correlatie', 'rs3136038' (4 punten). 14c. Leg uit waarom het van belang is om te weten dat zowel de patiënten als controles een Caucasische achtergrond hebben. Gebruik in uw antwoord de woorden 'stratificatie' en 'confounding'. (4 punten)
5DT06 Medical Genemies tentamen 2012-2013
Vragen Bioinformatica (Martijn Huynen) 15. Bij het zoeken naar homologe eiwitten met Blast geven verschillende waarden iets aan over hoeveel het Query eiwit lijkt op het eiwit dat is gevonden. Voorbeelden hiervan zijn de "identity", de "similarity" en de "Expectation value". 15a. Wat is de betekenis van de "ldentity"? (2 punten) 15b. Wat is de betekenis van de "Expectation value"? Betrek in uw antwoord of de Expectation value groter kan zijn dan 1, en waarom. (5 punten) 15c. Bij welke "Expectation value" wordt er over het algemeen vanuit gegaan dat de eiwitten inderdaad homoloog aan elkaar zijn? (2 punten) 16. Het humane genoom codeert, behalve voor eiwitten, ook voor andere functionele elementen. Mutaties in die elementen kunnen, net als mutaties in eiwit-coderende genen, ziektes veroorzaken. Noem 3 andere (onderling duidelijk verschillende) functionele elementen van het humane genoom behalve de eerder genoemde eiwit coderende genen. (6 punten) 17. Een missense mutatie in een eiwit-coderend gen kan een zodanige verandering aanbrengen in de 3-dimensionale structuur van dat eiwit dat er functieverlies optreedt. Geef 3 manieren waarop dit kan gebeuren. (9 punten) 18. Hieronder staat het resultaat van een cluster analyse van 36 bottumoren aan de hand van de gen expressie van alle humane genen. Tumoren die zijn gemerkt met "N" reageerden niet (No response) op chemotherapie, terwijl tumoren gemerkt met "pCR" dat wel deden (gathological çomplete remission).
zz 18a. Aan de hand van deze resultaten meenden de betrokken onderzoekers dat genexpressie van alle genen samen geen goede indicatie is of dit soort bottumoren reageren op chemotherapie. Wat in de resultaten van de cluster analyse leidde tot deze conclusie? (3 punten) 18b. Op welke manier zouden deze gen expressie gegevens moeten worden bewerkt om ze wel bruikbaar te maken voor een voorspelling of dit soort bottumoren wel/niet zullen reageren op chemotherapie? (6 punten) 5DT06 Medical Genemies tentamen 2012-2013
