HUMANE MOLECULAIRE GENETICA
HOOFDSTUK 1: HET HUMAAN GENOOM EN GENETISCHE VARIATIE
STRUCTURELE EN FUNCTIONELE BOUW VAN HET HUMAAN GENOOM
Centrale dogma: DNA à RNA à eiwit
- Om van DNA tot mRNA te komen, wordt eerst het splicingproces uitgevoerd
- Niet-coderend genoom heeft een belangrijke regulatorische functie in dit proces
ENCODE (2022) = encyclopedia of DNA elements
- Databank die regio’s van transcriptie, transcriptiefactor associatie, chromatine structuren en histonmodificaties
bevat en nieuwe inzichten in de organisatie en regulatie van het genoom en zijn genen kan bieden
GnomAD (2023) = genome aggregation database
- Database met aggregatie van exoom- en genoomdata uit grootschalige sequencingprojecten
- Gesequeneerd als onderdeel van ziektespecifieke en populatiegenetische studies
- Bevat SNVs en SVs
- Grootste deel van de data bestaat uit exomen (vroeger enkel genomen)
- Globale diversiteit: 77.07% van de genomen uit gnomAD zijn van Europese genetische afkomst
T2T (2022): telomere to telomere
- Laatste 8% van het genoom ontrafeld
GENOMISCHE VARIATIE
Genomen van twee individuen zijn 99.6% identiek
INDELING OP GROOTTE VAN VARIANTEN
SNV = single nucleotide variant
- Meest voorkomende variatie (5 miljoen per genoom)
- SNP: single nucleotide polymorfisme = SNV die bij minstens 1% van de bevolking voorkomt (veelvoorkomend)
- SNV is een algemene term: bevat zowel SNPs als zeldzame varianten
Indels = kleine genomische varianten
- Inserties + deleties
- Minder frequent dan SNVs
- Kunnen een grotere impact hebben op gezondheid en ziekte
- Tandem repeats = korte repeats van hetzelfde stuk recht achter elkaar (microsatellieten)
o Een van de meest voorkomende vormen van indels
o Zeer variabel tussen verschillende individuen (dus bv bruikbaar bij forensisch onderzoek)
SV = structurele variant
- Grote genomische varianten (> 50 bp)
- Inserties, deleties, traslocaties, inversies
- Tandem repeats van meer dan 50 nucleotiden
, - CNVs: copy number variants/ kopijveranderingen (subtype van SV, deletie of duplicatie)
o Het aantal kopijen verschilt tussen individuen
o Inserties, deleties, duplicaties of tandem repeats
o Vb: deletie en duplicatie van PMP22 regio (heterozygoot)
§ Duplicatie = ziekte van Charcot-Marie-Tooth Ia (CMT1A)
• Duplicatie van 1.5 Mb op 17p
• Gain-of-function: 150% van PMP22-eiwit geproduceerd
• Aandoening perifeer zenuwstelsel
§ Deletie = hereditaire drukneuropathie (HNPP)
• Deletie van 1.5 Mb op 17p
• Loss-of-function: 50% van PMP22-ewiti geproduceerd
• Druk op perifere ledematen kan niet verlaagt worden
§ Intragenische mutaties in PMP22 kunnen een activerende mutatie (CMTA1) of inactiverende
mutatie (HNPP) veroorzaken
- Gebalanceerd = geen verlies/ winst van genetische info, ongebalanceerd = wel verlies/ winst van DNA
- Kan bestaan uit complexe combinaties van deleties, inserties, inversies, translocaties, …
Variaties in genomen kunnen normale kenmerken beïnvloeden zoals huidskleur, lengte, haarkleur, …
Sommige variaties kunnen ziekte veroorzaken:
- Monogenische aandoeningen: één gen is aangetast, wat leidt tot ziektebeeld (geen invloed van
omgevingsfactoren, maar vooral van genetica)
o Vb. mucoviscidose, albinisme
- Polygenische aandoeningen: meerdere genen zijn aangetast en leiden hierdoor tot ziektebeeld
o Vb. gespleten lip
- Complexe aandoeningen: aandoeningen waarbij er sprake is van samenspel tussen genetische factoren en
omgevingsfactoren (kleine bijdrage van genetica, grote bijdrage van omgeving: multifactorieel)
o Vb. ziekte van Crohn, obesitas
Indeling van variatie:
- Chromosomale afwijkingen: microscopisch zichtbaar, cytogenetica (vb. translocatie, interstitiële deletie)
- Genomische herschikking: submicroscopisch, moleculaire cytogenetica (vb. deletie, duplicatie)
- Sequentievariatie: nucleotieschaal, ‘puntmutaties’, moleculaire genetica (vb. SNVs)
Constitutionele/germinale varianten: in alle lichaamscellen, inclusief gameten, is de variant te vinden (erfelijk)
Somatische varianten: in enkele lichaamscellen, exclusief gameten, is de variant te vinden (niet erfelijk)
De novo varianten: varianten die niet bij ouders van een individu te vinden zijn, maar ontstaan zijn in de gameten
- Opgespoord in trio-analyse
- Elk individu heeft ongeveer 64 de novo varianten
BASISBEGRIPPEN IN DE GENETICA
- Gen locus = locatie van een gen op een chromosoom
- Allelen = verschillende DNA-sequenties van een gen
- Genotype = geheel van allelen aanwezig op een bepaalde gen locus
- Homozygoot = zelfde allelen voor de twee kopijen van een gen locus in een individu
- Heterozygoot = twee verschillende allelen voor een gen locus in een individu, wild type + variant
- Compound heterozygoot = twee verschillende allelen voor een gen locus in een individu, die allebei varianten zijn
,CATEGORIEËN VAN VARIANTEN
- Basepaarsubstituties
o Synonieme/ silent mutaties
o Missense mutaties
o Nonsens mutaties
o Splicing
- Deleties en inserties
o In-frame
o Out-of-frame, frameshift
o Grote herschikking
- Dynamische mutaties
o Triplet repeats expansies
BASEPAARSUBSITUTIES
= verandering van een base door een andere base
- Transitie: vervanging van een purine door een andere purine of pyrimidine door een
andere pyrimidine
- Transversie: vervanging van een purine door een pyrimidine of omgekeerd
Transities zijn frequenter dan transversie:
Heel frequente transitie = C>T: spontane deaminatie van gemethyleerde cytosines in CpG’s
De genetische code heeft een degenererend karakter: meerdere codons coderen voor eenzelfde aminozuur, waardoor
effecten van basepaarsubstituties kunnen verschillen (vaak is enkel het 3e basepaar van een codon variabel voor een AZ)
Gevolgen van basepaarsubsituties:
- Silent/synoniem: basepaarsubstitutie zorgt voor geen verandering van het aminozuur
o Geen effect op de polypeptideketen
o Mogelijks een effect bij splicing
- Missense: basepaarsubstitutie resulteert in een ander aminozuur
o Kan tot ziektebeeld leiden, maar kan ook niet significant zijn
- Nonsense: basepaarsubsitutie leidt tot een prematuur stopcodon (PTC)
o Polypeptideketens met een PTC worden meestal afgebroken door NMD (nonsense mediated decay)
o Nonsense mediated decay:
§ Na splicing zijn exonjunctiecomplexen (ECJs) aan de eiwitten gehecht aan de splicesites
§ De ECJs verwijderd door het eerste ribosoom
§ Roze regio: PTC’s hier zullen tot afbraak van het mRNA door NMD leiden
§ Groene regio: PTC’s binnen 50 nt van het laatste EDJ zullen niet tot NMD leiden
- Splice sites:
, o Splicedonor aan 5’ = GT
o Spliceacceptor aan 3’ = AG
o Afwijkingen in de splicing donor en acceptor of inductie van een alternatieve sequentie kunnen leiden tot
foutieve splicing (experimenteel checken met RT-qPCR of RNA-seq)
§ Donor loss: intronretentie (intron geïncludeerd) + alternatieve donor site
§ Acceptor loss: exonskipping
§ Donor gain: verlies van een deel van het exon (nieuwe exonische donor splice site)
§ Acceptor gain: verlies van een deel van het exon (nieuwe exonische acceptor splice site)
DELETIES EN INSERTIES (INDELS)
= veranderingen van 1 of meer nucleotiden
- In-frame = indel in een veelvoud van 3 waardoor het leesraam niet verschuift
o Niet noodzakelijk pathogeen
o Vb. p.F508del in CFTR gen (mucoviscidose)
- Frameshift = indel niet in een veelvoud van 3, waardoor het leesraam wel verschuift voor alle nucleotiden
downstream van de variant
o Resulteert meestal in een PTC
o Deletie out-of-frame is meestal pathogeen
- Grote herschikkingen
o NAHR: non-allelische homologe recombinantie tussen twee low copy repeats (LCRs)
§ Recombinantie tussen twee LCRs die heel hard op elkaar lijken, maar eigenlijk niet
met elkaar horen de paren, waardoor mispairing plaatsvindt
§ LCRs zijn homoloog waardoor die fout kan plaatsvinden
§ Gevolg: deletie, duplicatie (translocatie, inversie)
Gendosage gevoeligheid (vb. CMTA1 en HNPP) = zowel toename als reductie van PMP22-gen veroorzaken ziektebeeld
DYNAMISCHE MUTATIES
Triplet repeats expansies = bij elke generatie vergroot (expandeert) een bepaalde repeat
- Normaal = kleine aantal repeats op specifieke locaties (5’ UTR, 3’ UTR)
- Vanaf een bepaalde drempelwaarde tot waar de expansie uitbreidt wel ziektebeeld
- Gekenmerkt door anticipatie: age of onset daal + ernst van ziekte stijgt doorheen de generaties doordat de
expansie blijft toenemen tijdens de meiose
- Vb. ziekte van Steinert: repeats stijgen bij opeenvolgende generaties
NOMENCLATUUR VAN VARIANTEN
- Op nucleotideniveau (C.) en proteïne niveau (p.)
- De A van het startcodon staat op positie +1
- De base net voor het startcodon staat op positie -1
- Er is geen positie 0
- Duplicatie = dup
- Deletie = del
- Substitutie = >
- Insertie = ins
HOOFDSTUK 1: HET HUMAAN GENOOM EN GENETISCHE VARIATIE
STRUCTURELE EN FUNCTIONELE BOUW VAN HET HUMAAN GENOOM
Centrale dogma: DNA à RNA à eiwit
- Om van DNA tot mRNA te komen, wordt eerst het splicingproces uitgevoerd
- Niet-coderend genoom heeft een belangrijke regulatorische functie in dit proces
ENCODE (2022) = encyclopedia of DNA elements
- Databank die regio’s van transcriptie, transcriptiefactor associatie, chromatine structuren en histonmodificaties
bevat en nieuwe inzichten in de organisatie en regulatie van het genoom en zijn genen kan bieden
GnomAD (2023) = genome aggregation database
- Database met aggregatie van exoom- en genoomdata uit grootschalige sequencingprojecten
- Gesequeneerd als onderdeel van ziektespecifieke en populatiegenetische studies
- Bevat SNVs en SVs
- Grootste deel van de data bestaat uit exomen (vroeger enkel genomen)
- Globale diversiteit: 77.07% van de genomen uit gnomAD zijn van Europese genetische afkomst
T2T (2022): telomere to telomere
- Laatste 8% van het genoom ontrafeld
GENOMISCHE VARIATIE
Genomen van twee individuen zijn 99.6% identiek
INDELING OP GROOTTE VAN VARIANTEN
SNV = single nucleotide variant
- Meest voorkomende variatie (5 miljoen per genoom)
- SNP: single nucleotide polymorfisme = SNV die bij minstens 1% van de bevolking voorkomt (veelvoorkomend)
- SNV is een algemene term: bevat zowel SNPs als zeldzame varianten
Indels = kleine genomische varianten
- Inserties + deleties
- Minder frequent dan SNVs
- Kunnen een grotere impact hebben op gezondheid en ziekte
- Tandem repeats = korte repeats van hetzelfde stuk recht achter elkaar (microsatellieten)
o Een van de meest voorkomende vormen van indels
o Zeer variabel tussen verschillende individuen (dus bv bruikbaar bij forensisch onderzoek)
SV = structurele variant
- Grote genomische varianten (> 50 bp)
- Inserties, deleties, traslocaties, inversies
- Tandem repeats van meer dan 50 nucleotiden
, - CNVs: copy number variants/ kopijveranderingen (subtype van SV, deletie of duplicatie)
o Het aantal kopijen verschilt tussen individuen
o Inserties, deleties, duplicaties of tandem repeats
o Vb: deletie en duplicatie van PMP22 regio (heterozygoot)
§ Duplicatie = ziekte van Charcot-Marie-Tooth Ia (CMT1A)
• Duplicatie van 1.5 Mb op 17p
• Gain-of-function: 150% van PMP22-eiwit geproduceerd
• Aandoening perifeer zenuwstelsel
§ Deletie = hereditaire drukneuropathie (HNPP)
• Deletie van 1.5 Mb op 17p
• Loss-of-function: 50% van PMP22-ewiti geproduceerd
• Druk op perifere ledematen kan niet verlaagt worden
§ Intragenische mutaties in PMP22 kunnen een activerende mutatie (CMTA1) of inactiverende
mutatie (HNPP) veroorzaken
- Gebalanceerd = geen verlies/ winst van genetische info, ongebalanceerd = wel verlies/ winst van DNA
- Kan bestaan uit complexe combinaties van deleties, inserties, inversies, translocaties, …
Variaties in genomen kunnen normale kenmerken beïnvloeden zoals huidskleur, lengte, haarkleur, …
Sommige variaties kunnen ziekte veroorzaken:
- Monogenische aandoeningen: één gen is aangetast, wat leidt tot ziektebeeld (geen invloed van
omgevingsfactoren, maar vooral van genetica)
o Vb. mucoviscidose, albinisme
- Polygenische aandoeningen: meerdere genen zijn aangetast en leiden hierdoor tot ziektebeeld
o Vb. gespleten lip
- Complexe aandoeningen: aandoeningen waarbij er sprake is van samenspel tussen genetische factoren en
omgevingsfactoren (kleine bijdrage van genetica, grote bijdrage van omgeving: multifactorieel)
o Vb. ziekte van Crohn, obesitas
Indeling van variatie:
- Chromosomale afwijkingen: microscopisch zichtbaar, cytogenetica (vb. translocatie, interstitiële deletie)
- Genomische herschikking: submicroscopisch, moleculaire cytogenetica (vb. deletie, duplicatie)
- Sequentievariatie: nucleotieschaal, ‘puntmutaties’, moleculaire genetica (vb. SNVs)
Constitutionele/germinale varianten: in alle lichaamscellen, inclusief gameten, is de variant te vinden (erfelijk)
Somatische varianten: in enkele lichaamscellen, exclusief gameten, is de variant te vinden (niet erfelijk)
De novo varianten: varianten die niet bij ouders van een individu te vinden zijn, maar ontstaan zijn in de gameten
- Opgespoord in trio-analyse
- Elk individu heeft ongeveer 64 de novo varianten
BASISBEGRIPPEN IN DE GENETICA
- Gen locus = locatie van een gen op een chromosoom
- Allelen = verschillende DNA-sequenties van een gen
- Genotype = geheel van allelen aanwezig op een bepaalde gen locus
- Homozygoot = zelfde allelen voor de twee kopijen van een gen locus in een individu
- Heterozygoot = twee verschillende allelen voor een gen locus in een individu, wild type + variant
- Compound heterozygoot = twee verschillende allelen voor een gen locus in een individu, die allebei varianten zijn
,CATEGORIEËN VAN VARIANTEN
- Basepaarsubstituties
o Synonieme/ silent mutaties
o Missense mutaties
o Nonsens mutaties
o Splicing
- Deleties en inserties
o In-frame
o Out-of-frame, frameshift
o Grote herschikking
- Dynamische mutaties
o Triplet repeats expansies
BASEPAARSUBSITUTIES
= verandering van een base door een andere base
- Transitie: vervanging van een purine door een andere purine of pyrimidine door een
andere pyrimidine
- Transversie: vervanging van een purine door een pyrimidine of omgekeerd
Transities zijn frequenter dan transversie:
Heel frequente transitie = C>T: spontane deaminatie van gemethyleerde cytosines in CpG’s
De genetische code heeft een degenererend karakter: meerdere codons coderen voor eenzelfde aminozuur, waardoor
effecten van basepaarsubstituties kunnen verschillen (vaak is enkel het 3e basepaar van een codon variabel voor een AZ)
Gevolgen van basepaarsubsituties:
- Silent/synoniem: basepaarsubstitutie zorgt voor geen verandering van het aminozuur
o Geen effect op de polypeptideketen
o Mogelijks een effect bij splicing
- Missense: basepaarsubstitutie resulteert in een ander aminozuur
o Kan tot ziektebeeld leiden, maar kan ook niet significant zijn
- Nonsense: basepaarsubsitutie leidt tot een prematuur stopcodon (PTC)
o Polypeptideketens met een PTC worden meestal afgebroken door NMD (nonsense mediated decay)
o Nonsense mediated decay:
§ Na splicing zijn exonjunctiecomplexen (ECJs) aan de eiwitten gehecht aan de splicesites
§ De ECJs verwijderd door het eerste ribosoom
§ Roze regio: PTC’s hier zullen tot afbraak van het mRNA door NMD leiden
§ Groene regio: PTC’s binnen 50 nt van het laatste EDJ zullen niet tot NMD leiden
- Splice sites:
, o Splicedonor aan 5’ = GT
o Spliceacceptor aan 3’ = AG
o Afwijkingen in de splicing donor en acceptor of inductie van een alternatieve sequentie kunnen leiden tot
foutieve splicing (experimenteel checken met RT-qPCR of RNA-seq)
§ Donor loss: intronretentie (intron geïncludeerd) + alternatieve donor site
§ Acceptor loss: exonskipping
§ Donor gain: verlies van een deel van het exon (nieuwe exonische donor splice site)
§ Acceptor gain: verlies van een deel van het exon (nieuwe exonische acceptor splice site)
DELETIES EN INSERTIES (INDELS)
= veranderingen van 1 of meer nucleotiden
- In-frame = indel in een veelvoud van 3 waardoor het leesraam niet verschuift
o Niet noodzakelijk pathogeen
o Vb. p.F508del in CFTR gen (mucoviscidose)
- Frameshift = indel niet in een veelvoud van 3, waardoor het leesraam wel verschuift voor alle nucleotiden
downstream van de variant
o Resulteert meestal in een PTC
o Deletie out-of-frame is meestal pathogeen
- Grote herschikkingen
o NAHR: non-allelische homologe recombinantie tussen twee low copy repeats (LCRs)
§ Recombinantie tussen twee LCRs die heel hard op elkaar lijken, maar eigenlijk niet
met elkaar horen de paren, waardoor mispairing plaatsvindt
§ LCRs zijn homoloog waardoor die fout kan plaatsvinden
§ Gevolg: deletie, duplicatie (translocatie, inversie)
Gendosage gevoeligheid (vb. CMTA1 en HNPP) = zowel toename als reductie van PMP22-gen veroorzaken ziektebeeld
DYNAMISCHE MUTATIES
Triplet repeats expansies = bij elke generatie vergroot (expandeert) een bepaalde repeat
- Normaal = kleine aantal repeats op specifieke locaties (5’ UTR, 3’ UTR)
- Vanaf een bepaalde drempelwaarde tot waar de expansie uitbreidt wel ziektebeeld
- Gekenmerkt door anticipatie: age of onset daal + ernst van ziekte stijgt doorheen de generaties doordat de
expansie blijft toenemen tijdens de meiose
- Vb. ziekte van Steinert: repeats stijgen bij opeenvolgende generaties
NOMENCLATUUR VAN VARIANTEN
- Op nucleotideniveau (C.) en proteïne niveau (p.)
- De A van het startcodon staat op positie +1
- De base net voor het startcodon staat op positie -1
- Er is geen positie 0
- Duplicatie = dup
- Deletie = del
- Substitutie = >
- Insertie = ins
