HF1: Het humane genoom en genetische variatie
1.1 Complexiteit en organisatie van het humane genoom
Basisbegrippen
Het humane genoom = de som van alle erfelijke/ genetische info die onder de vorm van DNA aanwezig is in een
menselijke cel
➔ Nucleair DNA: in celkern, kan condenseren tot 46chr. (meerderheid v/h genoom)
➔ Mitochondriaal DNA: in mitochondriën (0,0005%)
Coderend DNA = DNA dat codeert voor EW’s (1,22%) Toch is >80% v/h genoom
Niet coderend DNA = DNA dat niet codeert voor EW’s (>98%) functioneel!
Het centrale dogma
1) Transcriptie van DNA → pre-mRNA
2) Splicing van pre-mRNA: Introns worden weggeknipt → mRNA
3) Translatie van mRNA → polypeptide keten
4) Opvouwing/ verdere modificaties → functioneel eiwit
OPM: naast coderend mRNA, bestaat er ook niet-coderend mRNA
(ncRNA) dat niet tot eiwit vertaald wordt, maar eerder regulatorische
functies heeft.
Structuur van genen & regulatorische elementen
• Core/ basale promotor = (intragenisch) bindingsplaats voor RNA polymerase II en algemene
transcriptiefactoren om zo transcriptie te initiëren.
→ Zorgt voor minimale expressie v/e gen zodat de cel een basisniveau van RNA-productie behoudt.
• Proximale promotor = Bevat additionele Cis-regulerende elementen (CREs) en Transcriptiefactor
bindingsplaatsen (TFBSs) (Tot 1000bp upstream gelegen t.o.v. de core promotor)
→ Modulatie v/d efficiëntie van transcriptie-initiatie door RNA-polymerase II
, • Distale promotors & CREs = Bevat enhancer- /silencer- elementen die de genexpressie vanop afstand
kunnen reguleren. (1000den bp up- / downstream gelegen t.o.v. de core promotor, inter- /intra-genisch)
→ Silencers = elementen die de transcriptie negatief beïnvloeden
→ Enhancers = elementen die de transcriptie positief beïnvloeden
OPM: Cis-regulerende elementen (CREs) = DNA sequenties met bindingsplaatsen vr TRANS-factoren en
andere regulerende eiwitten.
Transcriptiefactor bindingsplaatsen (TFBSs) = sequenties binnin CREs waar TRANS-factoren (eiwitten)
effectief op binden.
• 5’-untranslated region (5’UTR) = Exonisch, bevat CREs die nodig zijn om translatie te reguleren.
• 3’-untranslated region (3’UTR) = Exonisch, bevat CREs die nodig zijn voor de stabiliteit, polyadenylatie
en correcte localisatie v/h mRNA beïnvloeden.
+ Bindingsplaatsen voor microRNAs (miRNA) = Kleine, niet-coderende RNAs nodig voor vorming van de
poly(A) staart die essentieel is voor de stabiliteit van het mRNA
• Transcriptie eenheid = het deel stroomafwaards v/d 5’UTR
• Startcodon = Tri-nucleotide bindingsplaats voor ribosomen voor start van translatie
AUG
• Stopcodon = Tri-nucleotide herkenningsplaats voor ribosomen om los te komen voor stop van translatie
UGA UAG UAA
Topologically associated domains (TADs) = chromosomale regio’s die structureel van elkaar gescheiden
worden door loops (lussen). Ze bevatten genetische elementen die functioneel in contact staan met elkaar.
(bv. genen met hun enhancers/ silencers)
Cohesine +
CTCF (CCCTC
binding factor)
TAD
,1.2 Humane genetische variatie
Basisbegrippen
Monogenische aandoeningen = aandoeningen die worden veroorzaakt door mutaties in één enkel gen
( Eiwit defect/ afwezig)
Genetische varianten = verschillen/ veranderingen in DNA v/e individu in vergelijking met DNA van anderen
Mutatie = het proces waarbij een genetische variant ontstaat
Pathogeen/ causaal variant = een mutatie die aanleiding geeft tot een aandoening met aangetast fenotype
Benigne variant/ polymorfisme = wanneer een variant niet geassocieerd is met een fenotype en dus
onopgemerkt blijft
Germinale/ constitutionele variant = Varianten die voorkomen in alle lichaamscellen, inclusief de gameten
→ Kan worden doorgegeven aan volgende generaties!
Somatische variant = varianten die enkel voorkomen in de lichaamscellen en niet in de gameten
→ Ontstaan post-zygotisch en worden niet doorgegeven aan volgende generaties!
De novo variant = varianten die voorkomen in een individu, maar niet bij de ouders
→ Nieuw ontstane mutaties (in bv. de geslachtscellen van één v/d ouders)
→ +/- 64 de novo mutaties per genoom
Genlocus = plaats van een gen op een chormosoom, met telkens 2 allelen
Allelen = de verschillende mogelijke DNA sequenties van een gen(locus)
→ Vormen het genotype voor een bepaalde genlocus
→ Homozygoot = 2x hetzelfde allel
→ Heterozygoot = 2 ≠ allelen
Genotype-fenotype correlatie = maar van verbondenheid van een genotype met een fenotype
→ Bv. een genotype zorgt voor een mild/ ernstig fenotype
Classificatie genetische variatie
Puntmutaties = Single nucleotide variants (SNVs) = basenpaarsubstituties, veranderingen in 1nt
→ Meerst voorkomende genomische variatie
→ Transitie = verandering v/e purine naar purine of v/e pyrimidine naar pyrimidine
→ Transversie = verandering van purine pyrimidine
OPM: Transities komen vaker voor dan transversies
Bv) C>T transities: door spontante deanymatie van gemethyleerde
cytosines
, Substituties kunnen ingedeeld worden o.b.v. hun gevolgen op eiwitniveau:
Silencieuze/ synonieme varianten = mutatie zonder AZ verandering tot gevolg
→ Gevolg van degeneratie v/d genetische code waardoor meerdere codon voor 1 AZ coderen
Missense / niet-synonieme varianten = mutatie met verandering van 1 AZ
→ nonstop variant = missense mutatie in stopcodon waardoor een abnormaal lang EW gevormd wordt
Nonsense variant = mutatie in een coderende codon waardoor er een prematuur stopcodon (PTC, premature
termination codon).
→ Deze mRNAs zijn onstabiel en worden gedegradeerd door nonsense-mediated decay (NMD)
*NMD gebeurt onder de voorwaarde dat de PTC >50bp stroomopwaarts v/h finale exon gelegen is
**NMD treedt niet op in genen die uit 1 exon bestaan (NMD escape) → verkort eiwit
Splice(-site) varianten = mutaties in de splice donor (consensussequentie: GT) of splice acceptor
(consensussequentie: AG) waardoor splicing abnormal gebeurt
→ Donor/ acceptor loss = mutatie waardoor de donor/ acceptor consensussequentie verandert en de
donor/acceptor plaatsen niet meer herkend worden
>> intron retentie = intron niet verwijderd
>> exon skipping = exon verwijderd
→ Donor/ acceptor gain = mutatie waardoor nieuwe splice sites gevormd worden
>> Verwijderen stukken van het normale 5’ of 3’ gelegen exon
1.1 Complexiteit en organisatie van het humane genoom
Basisbegrippen
Het humane genoom = de som van alle erfelijke/ genetische info die onder de vorm van DNA aanwezig is in een
menselijke cel
➔ Nucleair DNA: in celkern, kan condenseren tot 46chr. (meerderheid v/h genoom)
➔ Mitochondriaal DNA: in mitochondriën (0,0005%)
Coderend DNA = DNA dat codeert voor EW’s (1,22%) Toch is >80% v/h genoom
Niet coderend DNA = DNA dat niet codeert voor EW’s (>98%) functioneel!
Het centrale dogma
1) Transcriptie van DNA → pre-mRNA
2) Splicing van pre-mRNA: Introns worden weggeknipt → mRNA
3) Translatie van mRNA → polypeptide keten
4) Opvouwing/ verdere modificaties → functioneel eiwit
OPM: naast coderend mRNA, bestaat er ook niet-coderend mRNA
(ncRNA) dat niet tot eiwit vertaald wordt, maar eerder regulatorische
functies heeft.
Structuur van genen & regulatorische elementen
• Core/ basale promotor = (intragenisch) bindingsplaats voor RNA polymerase II en algemene
transcriptiefactoren om zo transcriptie te initiëren.
→ Zorgt voor minimale expressie v/e gen zodat de cel een basisniveau van RNA-productie behoudt.
• Proximale promotor = Bevat additionele Cis-regulerende elementen (CREs) en Transcriptiefactor
bindingsplaatsen (TFBSs) (Tot 1000bp upstream gelegen t.o.v. de core promotor)
→ Modulatie v/d efficiëntie van transcriptie-initiatie door RNA-polymerase II
, • Distale promotors & CREs = Bevat enhancer- /silencer- elementen die de genexpressie vanop afstand
kunnen reguleren. (1000den bp up- / downstream gelegen t.o.v. de core promotor, inter- /intra-genisch)
→ Silencers = elementen die de transcriptie negatief beïnvloeden
→ Enhancers = elementen die de transcriptie positief beïnvloeden
OPM: Cis-regulerende elementen (CREs) = DNA sequenties met bindingsplaatsen vr TRANS-factoren en
andere regulerende eiwitten.
Transcriptiefactor bindingsplaatsen (TFBSs) = sequenties binnin CREs waar TRANS-factoren (eiwitten)
effectief op binden.
• 5’-untranslated region (5’UTR) = Exonisch, bevat CREs die nodig zijn om translatie te reguleren.
• 3’-untranslated region (3’UTR) = Exonisch, bevat CREs die nodig zijn voor de stabiliteit, polyadenylatie
en correcte localisatie v/h mRNA beïnvloeden.
+ Bindingsplaatsen voor microRNAs (miRNA) = Kleine, niet-coderende RNAs nodig voor vorming van de
poly(A) staart die essentieel is voor de stabiliteit van het mRNA
• Transcriptie eenheid = het deel stroomafwaards v/d 5’UTR
• Startcodon = Tri-nucleotide bindingsplaats voor ribosomen voor start van translatie
AUG
• Stopcodon = Tri-nucleotide herkenningsplaats voor ribosomen om los te komen voor stop van translatie
UGA UAG UAA
Topologically associated domains (TADs) = chromosomale regio’s die structureel van elkaar gescheiden
worden door loops (lussen). Ze bevatten genetische elementen die functioneel in contact staan met elkaar.
(bv. genen met hun enhancers/ silencers)
Cohesine +
CTCF (CCCTC
binding factor)
TAD
,1.2 Humane genetische variatie
Basisbegrippen
Monogenische aandoeningen = aandoeningen die worden veroorzaakt door mutaties in één enkel gen
( Eiwit defect/ afwezig)
Genetische varianten = verschillen/ veranderingen in DNA v/e individu in vergelijking met DNA van anderen
Mutatie = het proces waarbij een genetische variant ontstaat
Pathogeen/ causaal variant = een mutatie die aanleiding geeft tot een aandoening met aangetast fenotype
Benigne variant/ polymorfisme = wanneer een variant niet geassocieerd is met een fenotype en dus
onopgemerkt blijft
Germinale/ constitutionele variant = Varianten die voorkomen in alle lichaamscellen, inclusief de gameten
→ Kan worden doorgegeven aan volgende generaties!
Somatische variant = varianten die enkel voorkomen in de lichaamscellen en niet in de gameten
→ Ontstaan post-zygotisch en worden niet doorgegeven aan volgende generaties!
De novo variant = varianten die voorkomen in een individu, maar niet bij de ouders
→ Nieuw ontstane mutaties (in bv. de geslachtscellen van één v/d ouders)
→ +/- 64 de novo mutaties per genoom
Genlocus = plaats van een gen op een chormosoom, met telkens 2 allelen
Allelen = de verschillende mogelijke DNA sequenties van een gen(locus)
→ Vormen het genotype voor een bepaalde genlocus
→ Homozygoot = 2x hetzelfde allel
→ Heterozygoot = 2 ≠ allelen
Genotype-fenotype correlatie = maar van verbondenheid van een genotype met een fenotype
→ Bv. een genotype zorgt voor een mild/ ernstig fenotype
Classificatie genetische variatie
Puntmutaties = Single nucleotide variants (SNVs) = basenpaarsubstituties, veranderingen in 1nt
→ Meerst voorkomende genomische variatie
→ Transitie = verandering v/e purine naar purine of v/e pyrimidine naar pyrimidine
→ Transversie = verandering van purine pyrimidine
OPM: Transities komen vaker voor dan transversies
Bv) C>T transities: door spontante deanymatie van gemethyleerde
cytosines
, Substituties kunnen ingedeeld worden o.b.v. hun gevolgen op eiwitniveau:
Silencieuze/ synonieme varianten = mutatie zonder AZ verandering tot gevolg
→ Gevolg van degeneratie v/d genetische code waardoor meerdere codon voor 1 AZ coderen
Missense / niet-synonieme varianten = mutatie met verandering van 1 AZ
→ nonstop variant = missense mutatie in stopcodon waardoor een abnormaal lang EW gevormd wordt
Nonsense variant = mutatie in een coderende codon waardoor er een prematuur stopcodon (PTC, premature
termination codon).
→ Deze mRNAs zijn onstabiel en worden gedegradeerd door nonsense-mediated decay (NMD)
*NMD gebeurt onder de voorwaarde dat de PTC >50bp stroomopwaarts v/h finale exon gelegen is
**NMD treedt niet op in genen die uit 1 exon bestaan (NMD escape) → verkort eiwit
Splice(-site) varianten = mutaties in de splice donor (consensussequentie: GT) of splice acceptor
(consensussequentie: AG) waardoor splicing abnormal gebeurt
→ Donor/ acceptor loss = mutatie waardoor de donor/ acceptor consensussequentie verandert en de
donor/acceptor plaatsen niet meer herkend worden
>> intron retentie = intron niet verwijderd
>> exon skipping = exon verwijderd
→ Donor/ acceptor gain = mutatie waardoor nieuwe splice sites gevormd worden
>> Verwijderen stukken van het normale 5’ of 3’ gelegen exon
