Embryologie en embryologie van hoofd en hals T. Voet
LES 1: Basisconcepten van erfelijk materiaal
1.1 DNA
1.1.1 Het menselijk genoom en de chromosomale basis van de erfelijkheid
-. DNA bevat de genetische info nodig voor:
- het aangeven van de verschillende aspecten van de embryogenese, de ontwikkeling,
groei, metabolisme
- het aangeven van alle aspecten van wat een mens een functioneel organisme maakt (op
het gebied van reproductie)
Elke cel met een kern draagt zijn eigen kopie van het menselijk genoom. Elk genoom telt ongeveer 25 000
genen.
Elk organisme heeft een kenmerkend karyogram in termen van aantal en morfologie van chromosomen. De
genen worden lineair geordend met elk een precieze plaats of locus.
Cytogenese = studie van chromosomen, structuur van chromosomen en erfelijkheid van chromosomen.
Kiemcellen = cellen die differentiëren tot gameten.
Somatische cellen = alle andere cellen (geen differentiatie tot gameten).
Het genoom in de kern van somatische cellen telt 46 lineaire chromosomen (23 paren):
- 22 paar autosomen (gelijk in mannen en vrouwen, in karyogram: gerangschikt van klein naar
groot)
- 1 paar geslachtschromosomen (vrouw: XX, man: XY)
Onderdelen van een chromosomenpaar (= homologe chromosomen) dragen overeenkomstige genetische
info (ze hebben dezelfde genen in dezelfde sequentie).
Chromosomen kunnen op een bepaalde plaats identieke of licht verschillende vormen hebben van
eenzelfde gen (= allelen).
Eén lid van elk chromosomenpaar is afkomstig van de vader, het ander is van de moeder.
Bij een man is het X-chromosoom afkomstig van de moeder en zal het doorgegeven worden aan zijn
dochter. Het Y-chromosoom wordt steeds van vader op zoon doorgegeven.
Naast het nucleair genoom is er een klein, maar belangrijk deel van het menselijk genoom dat zich in de
mitochondria bevindt.
1.1.2 DNA-structuur
DNA = fosfaatgroep, stikstofhoudende base, 5-suikermolecule.
Er zijn 2 typen basen: purines (adenine A en guanine G) en pyrimides (cytosine C en thymine T [en U bij
RNA]).
Nucleotiden (base, fosfaat en suikermolecule) polymeriseren tot een lange polynucleotideketen door 5'-3'-
fosfodiësterbindingen. 50-250 miljoen nucleotiden keten 16600 circulaire bij mitochondrion
De oorspronkelijke staat van DNA (> Watson en Crick) = dubbele helix.
Helixstructuur ≈ rechtsdraaiende spiraal waarbij de 2 polynucleotideketens in tegengestelde richting lopen.
De 2 strengen worden bij elkaar gehouden door H-bruggen tussen de basenparen (T - A / G - C).
Het karakter van de genetische informatie (gecodeerd in het genoom) ligt in de volgorde van de C, A, T, G
op de 2 strengen van de dubbele helix.
1
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
,Door complementariteit van de basen kan men uit de basensequentie van de ene streng de
basensequentie van de andere streng bepalen.
De dubbelstrengige structuur van DNA zorgt voor een precieze replicatie door het uit elkaar gaan van
beide strengen. Hierop volgt de synthese van de 2 nieuwe complementaire strengen. De
basencomplementariteit laat ook toe om beschadigde DNA-moleculen efficiënt en correct te herstellen.
1.1.3 Organisatie van menselijke chromosomen
Chromosomen ≠ naakt in DNA. Binnen elke cel is het genoom verpakt als chromatine, waarin DNA een
complex is van verschillende proteïnen.
Chromatine ligt verdeeld over de hele kern, behalve tijdens de celdeling.
Het DNA-molecule van een chromosoom bestaat uit een chromatinecomplex met chromosomale proteïnen
(= histonen) en met een heterogene groep niet-histonen. De niet-histonische proteïnen zijn nodig voor het
vaststellen van een goede omgeving om normale chromosoomgedrag en juiste genexpressie te verzekeren.
Er zijn 5 typen van histonen met een belangrijke rol in het verpakken van de chromatine.
Twee kopies van elk van de 4 histonen (H2A, H2B, H3, H4) vormen een octameer, waarrond een deel van
de DNA dubbele helix windt.
1.1.4 Genotype heeft een invloed op fenotype
= fentotype-genotype correlatie
Chain terminator methode: maakt gebruik van deoxynucleotides (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) en van
dideoxynucleotides (ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP), enkelstrengig DNA, DNA primer, DNA polymerase
Dit was een internationaal-indistrueel proces
HUMAAN GENOOM
Evolutionaire is er 1.1% sterk bewarend = de exonen voor de proteine-genen , 4% exonen voor RNA-genen
45% transpsoson repeats, 44% weten we niet wat ze doen en6% is heterochromatine
in het mitochondrion is er 66% voor proteine-genen en 32% voor rna-genen en 2% weten we niet.
GENEXPRESSIE
2 strengen: coding/sense streng= streng die info bevat om die we willen
antisense/ noncording streng= diegene die we gebruiken om RNA (via transcriptie) te maken
die het info bevat van coding steng (dit via RNA-P II)
op 5’ is er een CAP, nadien gebeurt en de splicing, transport en translatie ervan bij de ribosomen en
assemblage
SPLICING = introns weghalen
2
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
,MUTATIES
= wijziging in basesequentie, zorgt voor genetische variatie.
Humane genetische variatie
Dit zorgt voor het verschil tussen mensen en tot het identificieren van genen/varianten (rol bij ziekte en
gezondheid)
Dit kan zijn door * wijziging die # nucleotiden niet veranderen
- Single nucleotide variatie
- Kleine inseties / insertie
* structurele variatie (Deleties, duplicaties, amplificaties, translocatie en retrotranspositie)
- Kopij nummer variatie
Die kunnen neutraal, normaal of voor ziekte zorgen.
Die DNA-varianten zijn alternatieve vormen v DNA ten gevolge van mutaties
Vroeger: polymorfisme= variant met een freq >0.01 in populatie
zeldzaam vari. = variant met een freq <0.01 in populatie
Common SNP >0.05
IN kliniek : polymorfisme = DNA variant dat geen ziekte veroorzaakt
Mutatie= wel ziekte veroorzaakt
NU Common DNA variant >0.05
Lage 0.005-0.05 in pop
Zeldzaam <0.005
HUMAAN GENOME project vb 1000 genomes project=
verandering van 1-50 nucleotiden werden geclassigficeerd als kleinschallig
grotere werden als structurele variatie
Substitutie= verandering van 1 nucleotide in een andere
Deletie = er gaan 1 of meerdere nucleotiden verwijderen
Inversie= stukje nucleotiden verdwijnen, en er komt complement reverse van het origineel op die plaats
Duplicatie er gaan 1 of meerdere nucleotiden gedupliceerd worden, ( je krijgt een kopie om de 3’ van het
originele)
Inserties er komen nieuwe basen in
Conversie= er zullen # nucleotiden weg en in komt in de plaats een kopie van ergens anders in het genoom
Deletie/insertie (dellins/indel)= nucleotide verdwijnen en er komen anderen in de plaats; maar gn van de
vorige
TRANSITIES is van A naar G of C naar T en omgekeerd = 4 mogelijkheden (meer frequent)
TRANSVERSIES hier ga je van purine naar pyrimidine en omgekeerd =8 mogelijkheden A kan C of T worden
Verschillende regio’s & DNA-seq hebben verschillende mutaties freq
Mitochondriaal DNA heeft hogere mutatie freq dan nucleaire DNA
Open = euchromatine wordt eerder gerepliceerd, et hogere nauwkeurigheid, dan gebieden van
gecondenseerd chromatine, die de neiging hebben om later en onder strakkere tijdsbeperkingen te
repliceren (de gecondenseerde structuur kan mogelijks ook verlaagde toegang tot DNA-mismatch
herstelmachinerie verlenen, waardoor replicatiefouten vaker voorkomen)
Functionele DNA-sequentie zijn onderhevig aan natuurlijke selectie
SOORTEN SUBSTITUTIES
3
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
, Silent : geeft zelfde AZ en proteine
Missense geeft verkeerde AZ, dus foute proteine
Nonsense Geeft STOP codon (prematur)
Splice mutatie wanneer er een splice donor of acceptor gaat veranderen, bv dat er een exon
geskipt wordt, je verliest dan deel functioneel domein
Kan ook zijn dat criptische splice acceptor site meer geactiveerd wordt.
INSERTIES/DELETIES zijn vaak gevolg van replicatiefouten
Dit kan voor verschijving/ shifts, vaak zal er snel een stopcodon tegenkomen
DYNAMISCHE mutaties; ten gevolge van replicatie slijpage (als je te veel replicatie heb van bepaalde codon
dan kan je ziekte hebben)
Mechanischme is ongekend
PREMUTATIES= herhaling die niet groot genoeg is om zelf ziekte te veroorzaken, maar wel groot
genoeg is om onstabiel te worden bij gametogenese (waardoor kinderen ziek worden)
ANTICIPATIE= de symptomen hebben de neiging om ernstiger te worden of voor te komen op
jongere leeftijd in opeenvolgende generaties of wordt erger in volgende generaties. (dus ziekte
wordt steeds erger en steeds op vroegere leeftijd) vb huntington
3 mechanisme waardoor die dynamische mutaties voor pathogeen kunnen zijn
Loss-of-function gn transcriptie
Gain-of-function veel transctriptie
Gain-of-function hier protein is toxisxhe voor neuronen
STRUCTURELE VARIANTIE (meer dan 50 nucleotiden veranderen) inversie, translocatie en *
- Balanced structural variate
- Variatie in kopij nummer *
Vb:VCF (velocardiofaviaal syndroom) = door micodeletie
Ongebalanceerde structurele varianten= deletie/duplicatie v/e deel/volledig gen of meerdere genen
Gebalanceerde structurele variantie= inversie, translocatie
ANDERE structurele variantie= insertie-mutatie door retrotranspositie
- Door retrotransposons= doen copy-paste
- DNA transposons= cut-paste, weghalen en ergens anders zetten
Line’s : LINE-1 =17% van het humane genoom
Kinderen vertonen vaak 30-80 novo mutaties, waarbij het # afh is van de leeftijd van de vader en in
mindere mate die van de moeder.
4
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
LES 1: Basisconcepten van erfelijk materiaal
1.1 DNA
1.1.1 Het menselijk genoom en de chromosomale basis van de erfelijkheid
-. DNA bevat de genetische info nodig voor:
- het aangeven van de verschillende aspecten van de embryogenese, de ontwikkeling,
groei, metabolisme
- het aangeven van alle aspecten van wat een mens een functioneel organisme maakt (op
het gebied van reproductie)
Elke cel met een kern draagt zijn eigen kopie van het menselijk genoom. Elk genoom telt ongeveer 25 000
genen.
Elk organisme heeft een kenmerkend karyogram in termen van aantal en morfologie van chromosomen. De
genen worden lineair geordend met elk een precieze plaats of locus.
Cytogenese = studie van chromosomen, structuur van chromosomen en erfelijkheid van chromosomen.
Kiemcellen = cellen die differentiëren tot gameten.
Somatische cellen = alle andere cellen (geen differentiatie tot gameten).
Het genoom in de kern van somatische cellen telt 46 lineaire chromosomen (23 paren):
- 22 paar autosomen (gelijk in mannen en vrouwen, in karyogram: gerangschikt van klein naar
groot)
- 1 paar geslachtschromosomen (vrouw: XX, man: XY)
Onderdelen van een chromosomenpaar (= homologe chromosomen) dragen overeenkomstige genetische
info (ze hebben dezelfde genen in dezelfde sequentie).
Chromosomen kunnen op een bepaalde plaats identieke of licht verschillende vormen hebben van
eenzelfde gen (= allelen).
Eén lid van elk chromosomenpaar is afkomstig van de vader, het ander is van de moeder.
Bij een man is het X-chromosoom afkomstig van de moeder en zal het doorgegeven worden aan zijn
dochter. Het Y-chromosoom wordt steeds van vader op zoon doorgegeven.
Naast het nucleair genoom is er een klein, maar belangrijk deel van het menselijk genoom dat zich in de
mitochondria bevindt.
1.1.2 DNA-structuur
DNA = fosfaatgroep, stikstofhoudende base, 5-suikermolecule.
Er zijn 2 typen basen: purines (adenine A en guanine G) en pyrimides (cytosine C en thymine T [en U bij
RNA]).
Nucleotiden (base, fosfaat en suikermolecule) polymeriseren tot een lange polynucleotideketen door 5'-3'-
fosfodiësterbindingen. 50-250 miljoen nucleotiden keten 16600 circulaire bij mitochondrion
De oorspronkelijke staat van DNA (> Watson en Crick) = dubbele helix.
Helixstructuur ≈ rechtsdraaiende spiraal waarbij de 2 polynucleotideketens in tegengestelde richting lopen.
De 2 strengen worden bij elkaar gehouden door H-bruggen tussen de basenparen (T - A / G - C).
Het karakter van de genetische informatie (gecodeerd in het genoom) ligt in de volgorde van de C, A, T, G
op de 2 strengen van de dubbele helix.
1
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
,Door complementariteit van de basen kan men uit de basensequentie van de ene streng de
basensequentie van de andere streng bepalen.
De dubbelstrengige structuur van DNA zorgt voor een precieze replicatie door het uit elkaar gaan van
beide strengen. Hierop volgt de synthese van de 2 nieuwe complementaire strengen. De
basencomplementariteit laat ook toe om beschadigde DNA-moleculen efficiënt en correct te herstellen.
1.1.3 Organisatie van menselijke chromosomen
Chromosomen ≠ naakt in DNA. Binnen elke cel is het genoom verpakt als chromatine, waarin DNA een
complex is van verschillende proteïnen.
Chromatine ligt verdeeld over de hele kern, behalve tijdens de celdeling.
Het DNA-molecule van een chromosoom bestaat uit een chromatinecomplex met chromosomale proteïnen
(= histonen) en met een heterogene groep niet-histonen. De niet-histonische proteïnen zijn nodig voor het
vaststellen van een goede omgeving om normale chromosoomgedrag en juiste genexpressie te verzekeren.
Er zijn 5 typen van histonen met een belangrijke rol in het verpakken van de chromatine.
Twee kopies van elk van de 4 histonen (H2A, H2B, H3, H4) vormen een octameer, waarrond een deel van
de DNA dubbele helix windt.
1.1.4 Genotype heeft een invloed op fenotype
= fentotype-genotype correlatie
Chain terminator methode: maakt gebruik van deoxynucleotides (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) en van
dideoxynucleotides (ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP), enkelstrengig DNA, DNA primer, DNA polymerase
Dit was een internationaal-indistrueel proces
HUMAAN GENOOM
Evolutionaire is er 1.1% sterk bewarend = de exonen voor de proteine-genen , 4% exonen voor RNA-genen
45% transpsoson repeats, 44% weten we niet wat ze doen en6% is heterochromatine
in het mitochondrion is er 66% voor proteine-genen en 32% voor rna-genen en 2% weten we niet.
GENEXPRESSIE
2 strengen: coding/sense streng= streng die info bevat om die we willen
antisense/ noncording streng= diegene die we gebruiken om RNA (via transcriptie) te maken
die het info bevat van coding steng (dit via RNA-P II)
op 5’ is er een CAP, nadien gebeurt en de splicing, transport en translatie ervan bij de ribosomen en
assemblage
SPLICING = introns weghalen
2
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
,MUTATIES
= wijziging in basesequentie, zorgt voor genetische variatie.
Humane genetische variatie
Dit zorgt voor het verschil tussen mensen en tot het identificieren van genen/varianten (rol bij ziekte en
gezondheid)
Dit kan zijn door * wijziging die # nucleotiden niet veranderen
- Single nucleotide variatie
- Kleine inseties / insertie
* structurele variatie (Deleties, duplicaties, amplificaties, translocatie en retrotranspositie)
- Kopij nummer variatie
Die kunnen neutraal, normaal of voor ziekte zorgen.
Die DNA-varianten zijn alternatieve vormen v DNA ten gevolge van mutaties
Vroeger: polymorfisme= variant met een freq >0.01 in populatie
zeldzaam vari. = variant met een freq <0.01 in populatie
Common SNP >0.05
IN kliniek : polymorfisme = DNA variant dat geen ziekte veroorzaakt
Mutatie= wel ziekte veroorzaakt
NU Common DNA variant >0.05
Lage 0.005-0.05 in pop
Zeldzaam <0.005
HUMAAN GENOME project vb 1000 genomes project=
verandering van 1-50 nucleotiden werden geclassigficeerd als kleinschallig
grotere werden als structurele variatie
Substitutie= verandering van 1 nucleotide in een andere
Deletie = er gaan 1 of meerdere nucleotiden verwijderen
Inversie= stukje nucleotiden verdwijnen, en er komt complement reverse van het origineel op die plaats
Duplicatie er gaan 1 of meerdere nucleotiden gedupliceerd worden, ( je krijgt een kopie om de 3’ van het
originele)
Inserties er komen nieuwe basen in
Conversie= er zullen # nucleotiden weg en in komt in de plaats een kopie van ergens anders in het genoom
Deletie/insertie (dellins/indel)= nucleotide verdwijnen en er komen anderen in de plaats; maar gn van de
vorige
TRANSITIES is van A naar G of C naar T en omgekeerd = 4 mogelijkheden (meer frequent)
TRANSVERSIES hier ga je van purine naar pyrimidine en omgekeerd =8 mogelijkheden A kan C of T worden
Verschillende regio’s & DNA-seq hebben verschillende mutaties freq
Mitochondriaal DNA heeft hogere mutatie freq dan nucleaire DNA
Open = euchromatine wordt eerder gerepliceerd, et hogere nauwkeurigheid, dan gebieden van
gecondenseerd chromatine, die de neiging hebben om later en onder strakkere tijdsbeperkingen te
repliceren (de gecondenseerde structuur kan mogelijks ook verlaagde toegang tot DNA-mismatch
herstelmachinerie verlenen, waardoor replicatiefouten vaker voorkomen)
Functionele DNA-sequentie zijn onderhevig aan natuurlijke selectie
SOORTEN SUBSTITUTIES
3
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
, Silent : geeft zelfde AZ en proteine
Missense geeft verkeerde AZ, dus foute proteine
Nonsense Geeft STOP codon (prematur)
Splice mutatie wanneer er een splice donor of acceptor gaat veranderen, bv dat er een exon
geskipt wordt, je verliest dan deel functioneel domein
Kan ook zijn dat criptische splice acceptor site meer geactiveerd wordt.
INSERTIES/DELETIES zijn vaak gevolg van replicatiefouten
Dit kan voor verschijving/ shifts, vaak zal er snel een stopcodon tegenkomen
DYNAMISCHE mutaties; ten gevolge van replicatie slijpage (als je te veel replicatie heb van bepaalde codon
dan kan je ziekte hebben)
Mechanischme is ongekend
PREMUTATIES= herhaling die niet groot genoeg is om zelf ziekte te veroorzaken, maar wel groot
genoeg is om onstabiel te worden bij gametogenese (waardoor kinderen ziek worden)
ANTICIPATIE= de symptomen hebben de neiging om ernstiger te worden of voor te komen op
jongere leeftijd in opeenvolgende generaties of wordt erger in volgende generaties. (dus ziekte
wordt steeds erger en steeds op vroegere leeftijd) vb huntington
3 mechanisme waardoor die dynamische mutaties voor pathogeen kunnen zijn
Loss-of-function gn transcriptie
Gain-of-function veel transctriptie
Gain-of-function hier protein is toxisxhe voor neuronen
STRUCTURELE VARIANTIE (meer dan 50 nucleotiden veranderen) inversie, translocatie en *
- Balanced structural variate
- Variatie in kopij nummer *
Vb:VCF (velocardiofaviaal syndroom) = door micodeletie
Ongebalanceerde structurele varianten= deletie/duplicatie v/e deel/volledig gen of meerdere genen
Gebalanceerde structurele variantie= inversie, translocatie
ANDERE structurele variantie= insertie-mutatie door retrotranspositie
- Door retrotransposons= doen copy-paste
- DNA transposons= cut-paste, weghalen en ergens anders zetten
Line’s : LINE-1 =17% van het humane genoom
Kinderen vertonen vaak 30-80 novo mutaties, waarbij het # afh is van de leeftijd van de vader en in
mindere mate die van de moeder.
4
Chloë Wuyts/Mathias Masure 2011-2012/2016-2017
