Samenvatting Medische genetica
Inhoudsopgave
Thema 1 DNA structuur, genexpressie en mutaties......................................................................................... 2
ZSO 1: DNA-structuur genexpressie en mutatie...................................................................................................2
Thema 2 Cytogenetica.................................................................................................................................... 5
HC: cytogenetica deel 1........................................................................................................................................5
HC: cytogenetica deel 2........................................................................................................................................8
Thema 3 Overervingspatronen..................................................................................................................... 12
ZSO 5: Mendeliaanse en multifactoriële genetica..............................................................................................12
ZSO 6: Populatiegenetica....................................................................................................................................16
Thema 4 Biochemische genetica................................................................................................................... 17
ZSO 7: Hemoglobinepathieën.............................................................................................................................17
ZSO 8: Moleculaire pathologie...........................................................................................................................20
ZSO 9: Gentherapie.............................................................................................................................................23
Thema 5 Klinische genetica.......................................................................................................................... 25
ZSO 10: Genetische diagnostiek.........................................................................................................................25
HC: Klinische genetica.........................................................................................................................................27
ZSO 12: erfelijkheidsadvisering...........................................................................................................................28
Thema 6 DNA schade en kanker................................................................................................................... 28
ZSO 14: DNA schade en herstel..........................................................................................................................28
ZSO 15: kankergenetica......................................................................................................................................33
,Samenvatting Medische genetica
Thema 1 DNA structuur, genexpressie en mutaties
ZSO 1: DNA-structuur genexpressie en mutatie
DNA-structuur
DNA bevat twee type sequenties:
- Single-copy/unique DNA sequenties: sequenties waarvan de volgorde maar een enkele
keer voorkomt in het DNA. De meeste eiwit-coderende sequenties zijn single copy
sequences
- Repetitive sequences: sequenties die meerdere keren voorkomen in clusters (tandem
repeats) of afgewisseld door single-copy sequenties (Alu/LINE)
Genexpressie
Er zijn ongeveer 20,000 protein-coding genes maar er kunnen totaal veel meer eiwitten
gevormd worden. Dit komt omdat (1) genen meerdere eiwit-producten kunnen vormen en (2)
omdat eiwitten vaak in groepen functioneren.
Non-coding RNA is RNA dat niet codeert voor eiwitten maar het RNA is functioneel als
enzym, structureel en/of regulatoir component (tRNA, rRNA, miRNA).
Non-functionele genen die sterk lijken op wel functionerende genen worden pseudogenes
genoemd en kunnen op twee manieren ontstaan:
- Nonprocessed pseudogenes: zijn door de evolutie non-functioneel geworden en
worden beschouwt als bijproducten van evolutie
- Processed pseudogenes: zijn ontstaan door het proces van retrotansposition waarbij
vanuit mRNA, cDNA wordt gevormd middels reverse transcription. Dit cDNA
intergreerd vervolgens in het gen waardoor er een pseudogen ontstaat > omdat het
gevormd is vanuit mRNA bevat het geen intronen.
Een gen bevat gewoonlijk de volgende structuren:
- Promotor: DNA-transcriptie begint bij een promotor sequentie > vaak TATA/CAT
box. Deze sequenties worden herkend door transcriptie factoren die contact kunnen
maken zijkante van deze base paren aan de buitenkant van de dubbele helix waardoor
RNA-polymerase kan binden en de transcriptie geinitieerd wordt.
- UTR: De eerste en laatste exonen van een coderend DNA-fragment bevatten
respectivelijk 5’ en 3’ untranslated regions (UTR’s). Deze sequenties worden wel
getranscribeerd maar niet getransleerd en zorgen voor stabiliteit. 3’ UTR bevat de
sequentie voor de additie van de polyA staart.
- Exonen en intronen: een gen bevat zowel coderende stukken (exons) als niet-
coderende stukken (intronen).
- Start- en stopcodon: codons die translatie initiëren en termineren.
- Locus control regio (LCR): sequentie en bijbehorende factoren die chromatine
structuur regelt
- Enhancer sequence: binden activerende eiwitten aan waardoor transcriptie wordt
gestimuleerd
De synthese richting van transcriptie is van 5’ naar 3’
Modificatie
Na transcriptie volgen er verschillende modificaties in eukaryoten:
,Samenvatting Medische genetica
1. Capping on 5’ end: 1 van de 3 fosfaatgroepen wordt verwijderd op de laatste
nucleotide > guanosinemonofosfaat wordt gekoppeld aan laatste nucleotide met
reverse linkage (5’ to 5’) > methylgroep wordt aangebracht op guanosine. Functies
zijn:
o Bescherming van 5’-3’ exonuclease
o Transport van kern naar cytoplasma
o Mogelijk maken van splicing
o Binding van ribosoom aan mRNA
2. Splicing: het verwijderen van de intronen uit het pre-mRNA gebeurd in 3 stappen. i)
Knippen van de 5'splice site, ii) vorming van de lassovormige structuur, knippen van
de 3'splice site, iii) vrijkomen van intron RNA als lasso, splicing van de exonen. Uit 1
pre-mRNA molecuul kunnen verschillende matrure mRNA moleculen ontstaan
doordat het splicing proces op verschillende manieren plaats kan vinden door
bijvoorbeeld een exon over te slaan tijdens het splicen. Hierdoor worden verschillende
eiwitten gesynthetiseerd maar deze eiwitten hebben nog wel hetzelfde leesraam.
3. Cleavage and poly-A addition on 3’ end: door een AAUAAA sequentie in de 3’UTR
binden bepaalde enzymen aan het RNA waardoor deze gecleaved wordt en dus los
komt van de RNA polymerase. Vervolgens gaat poly-A polymerase A nucleotide aan
3’ eind plakken waardoor poly-A binding proteins zich gaan situeren op het 3’ eind.
o Transport van mRNA naar cytoplasma
o Stabilisering van mRNA in cytoplasma
o Draagt bij aan herkenning van mRNA door ribosomen
Epigenetica
Genexpressie kan beïnvloed worden door invloeden van buitenaf die niet het DNA zelf
beïnvloeden maar de chromatine structuur waardoor genexpressie wordt beïnvloed. Dit gaat
hoofdzakelijk via DNA methylering. DNA methylering houdt in dat op de 5 positie van
cytosine, in CpG sequenties, een methylgroep wordt toegevoegd. Dit zorgt voor de
recruitering van eiwitten die de chromatine structuur aanpassen waardoor transcriptie geremd
wordt. DNA methylatie van bepaalde genen kan leiden tot ziekte:
- Hypermethylering van promotor leidt tot tumorgenese
- Hypomethylering kan leiden tot activeren proto-oncogen
- Afwijkingen in methyleringspatroon van geimprinte gebieden kan leiden tot afwijkende
expressie (Angelman, Prader-Willi)
Ongelijke allelische expressie
De twee allelen van een gen komen niet altijd in dezelfde mate tot expressie (allelic
imbalance) door bijv methylering. Er zijn zelfs situaties waarbij maar 1 enkel allel tot
expressie komt (monoallelic expression). Verschillende mechanisme kunnen hier de oorzaak
van zijn:
- Somatische rearrangement: veranderingen in de DNA organisatie waardoor er 1 allel
maar functioneel is (immunoglobulin genes & T-cell receptors)
- Random inactivatie
- Parent-of-origin imprinting
- X-chromosoom inactivatie
Vrouwen en mannen verschillen in hun seks chromosomen: mannen hebben een X en Y-
chromosoom vrouwen hebben twee X-chromosomen. Y-chromosomen verschillen heel erg
van X-chromosomen > X-chromosomen bevatten veel meer genen en dus genetische
, Samenvatting Medische genetica
informatie. Om deze ‘extra’ informatie te compenseren (dosage compensation) wordt 1 van de
twee X-chromosomen bij vrouwen tijdens embryonale ontwikkeling per cel (random) 1 X-
chromosoom geïnactiveerd via DNA-methylatie, dit geïnactiveerde chromosoom noem je de
barr body. Deze inactieve X-chromosoom blijft ook inactief in dochtercellen na mitose.
Omdat ‘de eerste’ inactivatie pas plaats vind nadat er al (+/-) 100 cellen zijn ontstaan zijn dus
groepen cellen waarbij de paternale X-chromosoom inactief is en celgroepen waarbij het
maternale X-chromosoom inactief is > mozaicisme. Wanneer er naar 1 kolonie wordt gekeken
is wel hetzelfde X-chromosoom constant inactief
Inactivatie komt tot stand door expressie van het XIST gen op het inactieve allel. Het product
is een lange ncRNA dat in de kern blijft en geassocieerd is met het inactieve X-chromosoom
Polymorfisme
Polymorfisme: als een allel verschillende verschijningsvormen heeft (>1%)
Er zijn verschillende type polymorfisme afhankelijk van hoe de DNA sequenties van elkaar
verschillen
- Single nucleotide polymorfisms (SNPs): verschil van 1 nucleotide paar
o Synonymous: veranderen aminozuur sequentie niet.
o Nonsynonymous: veranderen aminozuur sequentie
- Insertie-deletie polymorfisme
o Simple: indel van twee vormen: presence/absence
o Microsatellite (short tandem repeats – STRs): nucleotide sequentie unit repeats
> DNA fingerprinting
o Mobile element insertion: repetitive element insert via retrotransposition
(RNA-reverse transcription-DNA-insertion)
- Copy number variants (CNVs): grotere indel segments
- Inversion polymorfismes: verschillende oriëntatie van segmenten
Mutatie
Mutatie: permanente verandering de nucleotide sequentie/arragement van het DNA
Er zijn verschillende type mutaties:
1. Silent mutaties: mutatie die niet leidt tot een aminozuurverandering. Kunnen toch
invloed hebben door invloed te hebben op sec. structuur van mRNA en stabiliteit
hiervan of door het splicing proces te beïnvloeden (cryptische splice sites)
2. Missense mutaties: mutatie die de coderende streng veranderd waardoor er een ander
aminozuur wordt getransleerd
3. Nonsense mutaties: mutatie die leiden tot een vervoegd stop codon. Dit resulteert vaak
in een onstabiel mRNA wat wordt gedegradeerd (=non-sense mediated decay) of een
onstabiel eiwit
4. Mutaties die RNA transcriptie, processing en translatie beinvloeden
5. Frameshifts: nieuw leesraam
6. In-frame: zelfde leesraam
7. Dynamische mutaties: amplificatie van een nucleotide repeat
8. Loss of heterozygosity: verlies van heterzygositeit door bijvoorbeeld mitotische
recombinatie
Mutaties hebben verschillende effecten op eiwit niveau
1. Loss of function: verlies van functie van een eiwit door een mutatie
2. Gain of function: verbetering van functie van een eiwit (door 1. toename in aantal
eiwitten of 2. verbetering functie an sich).
3. Novel property: mutatie zorgt voor een alternatieve functie naast reguliere functie
Inhoudsopgave
Thema 1 DNA structuur, genexpressie en mutaties......................................................................................... 2
ZSO 1: DNA-structuur genexpressie en mutatie...................................................................................................2
Thema 2 Cytogenetica.................................................................................................................................... 5
HC: cytogenetica deel 1........................................................................................................................................5
HC: cytogenetica deel 2........................................................................................................................................8
Thema 3 Overervingspatronen..................................................................................................................... 12
ZSO 5: Mendeliaanse en multifactoriële genetica..............................................................................................12
ZSO 6: Populatiegenetica....................................................................................................................................16
Thema 4 Biochemische genetica................................................................................................................... 17
ZSO 7: Hemoglobinepathieën.............................................................................................................................17
ZSO 8: Moleculaire pathologie...........................................................................................................................20
ZSO 9: Gentherapie.............................................................................................................................................23
Thema 5 Klinische genetica.......................................................................................................................... 25
ZSO 10: Genetische diagnostiek.........................................................................................................................25
HC: Klinische genetica.........................................................................................................................................27
ZSO 12: erfelijkheidsadvisering...........................................................................................................................28
Thema 6 DNA schade en kanker................................................................................................................... 28
ZSO 14: DNA schade en herstel..........................................................................................................................28
ZSO 15: kankergenetica......................................................................................................................................33
,Samenvatting Medische genetica
Thema 1 DNA structuur, genexpressie en mutaties
ZSO 1: DNA-structuur genexpressie en mutatie
DNA-structuur
DNA bevat twee type sequenties:
- Single-copy/unique DNA sequenties: sequenties waarvan de volgorde maar een enkele
keer voorkomt in het DNA. De meeste eiwit-coderende sequenties zijn single copy
sequences
- Repetitive sequences: sequenties die meerdere keren voorkomen in clusters (tandem
repeats) of afgewisseld door single-copy sequenties (Alu/LINE)
Genexpressie
Er zijn ongeveer 20,000 protein-coding genes maar er kunnen totaal veel meer eiwitten
gevormd worden. Dit komt omdat (1) genen meerdere eiwit-producten kunnen vormen en (2)
omdat eiwitten vaak in groepen functioneren.
Non-coding RNA is RNA dat niet codeert voor eiwitten maar het RNA is functioneel als
enzym, structureel en/of regulatoir component (tRNA, rRNA, miRNA).
Non-functionele genen die sterk lijken op wel functionerende genen worden pseudogenes
genoemd en kunnen op twee manieren ontstaan:
- Nonprocessed pseudogenes: zijn door de evolutie non-functioneel geworden en
worden beschouwt als bijproducten van evolutie
- Processed pseudogenes: zijn ontstaan door het proces van retrotansposition waarbij
vanuit mRNA, cDNA wordt gevormd middels reverse transcription. Dit cDNA
intergreerd vervolgens in het gen waardoor er een pseudogen ontstaat > omdat het
gevormd is vanuit mRNA bevat het geen intronen.
Een gen bevat gewoonlijk de volgende structuren:
- Promotor: DNA-transcriptie begint bij een promotor sequentie > vaak TATA/CAT
box. Deze sequenties worden herkend door transcriptie factoren die contact kunnen
maken zijkante van deze base paren aan de buitenkant van de dubbele helix waardoor
RNA-polymerase kan binden en de transcriptie geinitieerd wordt.
- UTR: De eerste en laatste exonen van een coderend DNA-fragment bevatten
respectivelijk 5’ en 3’ untranslated regions (UTR’s). Deze sequenties worden wel
getranscribeerd maar niet getransleerd en zorgen voor stabiliteit. 3’ UTR bevat de
sequentie voor de additie van de polyA staart.
- Exonen en intronen: een gen bevat zowel coderende stukken (exons) als niet-
coderende stukken (intronen).
- Start- en stopcodon: codons die translatie initiëren en termineren.
- Locus control regio (LCR): sequentie en bijbehorende factoren die chromatine
structuur regelt
- Enhancer sequence: binden activerende eiwitten aan waardoor transcriptie wordt
gestimuleerd
De synthese richting van transcriptie is van 5’ naar 3’
Modificatie
Na transcriptie volgen er verschillende modificaties in eukaryoten:
,Samenvatting Medische genetica
1. Capping on 5’ end: 1 van de 3 fosfaatgroepen wordt verwijderd op de laatste
nucleotide > guanosinemonofosfaat wordt gekoppeld aan laatste nucleotide met
reverse linkage (5’ to 5’) > methylgroep wordt aangebracht op guanosine. Functies
zijn:
o Bescherming van 5’-3’ exonuclease
o Transport van kern naar cytoplasma
o Mogelijk maken van splicing
o Binding van ribosoom aan mRNA
2. Splicing: het verwijderen van de intronen uit het pre-mRNA gebeurd in 3 stappen. i)
Knippen van de 5'splice site, ii) vorming van de lassovormige structuur, knippen van
de 3'splice site, iii) vrijkomen van intron RNA als lasso, splicing van de exonen. Uit 1
pre-mRNA molecuul kunnen verschillende matrure mRNA moleculen ontstaan
doordat het splicing proces op verschillende manieren plaats kan vinden door
bijvoorbeeld een exon over te slaan tijdens het splicen. Hierdoor worden verschillende
eiwitten gesynthetiseerd maar deze eiwitten hebben nog wel hetzelfde leesraam.
3. Cleavage and poly-A addition on 3’ end: door een AAUAAA sequentie in de 3’UTR
binden bepaalde enzymen aan het RNA waardoor deze gecleaved wordt en dus los
komt van de RNA polymerase. Vervolgens gaat poly-A polymerase A nucleotide aan
3’ eind plakken waardoor poly-A binding proteins zich gaan situeren op het 3’ eind.
o Transport van mRNA naar cytoplasma
o Stabilisering van mRNA in cytoplasma
o Draagt bij aan herkenning van mRNA door ribosomen
Epigenetica
Genexpressie kan beïnvloed worden door invloeden van buitenaf die niet het DNA zelf
beïnvloeden maar de chromatine structuur waardoor genexpressie wordt beïnvloed. Dit gaat
hoofdzakelijk via DNA methylering. DNA methylering houdt in dat op de 5 positie van
cytosine, in CpG sequenties, een methylgroep wordt toegevoegd. Dit zorgt voor de
recruitering van eiwitten die de chromatine structuur aanpassen waardoor transcriptie geremd
wordt. DNA methylatie van bepaalde genen kan leiden tot ziekte:
- Hypermethylering van promotor leidt tot tumorgenese
- Hypomethylering kan leiden tot activeren proto-oncogen
- Afwijkingen in methyleringspatroon van geimprinte gebieden kan leiden tot afwijkende
expressie (Angelman, Prader-Willi)
Ongelijke allelische expressie
De twee allelen van een gen komen niet altijd in dezelfde mate tot expressie (allelic
imbalance) door bijv methylering. Er zijn zelfs situaties waarbij maar 1 enkel allel tot
expressie komt (monoallelic expression). Verschillende mechanisme kunnen hier de oorzaak
van zijn:
- Somatische rearrangement: veranderingen in de DNA organisatie waardoor er 1 allel
maar functioneel is (immunoglobulin genes & T-cell receptors)
- Random inactivatie
- Parent-of-origin imprinting
- X-chromosoom inactivatie
Vrouwen en mannen verschillen in hun seks chromosomen: mannen hebben een X en Y-
chromosoom vrouwen hebben twee X-chromosomen. Y-chromosomen verschillen heel erg
van X-chromosomen > X-chromosomen bevatten veel meer genen en dus genetische
, Samenvatting Medische genetica
informatie. Om deze ‘extra’ informatie te compenseren (dosage compensation) wordt 1 van de
twee X-chromosomen bij vrouwen tijdens embryonale ontwikkeling per cel (random) 1 X-
chromosoom geïnactiveerd via DNA-methylatie, dit geïnactiveerde chromosoom noem je de
barr body. Deze inactieve X-chromosoom blijft ook inactief in dochtercellen na mitose.
Omdat ‘de eerste’ inactivatie pas plaats vind nadat er al (+/-) 100 cellen zijn ontstaan zijn dus
groepen cellen waarbij de paternale X-chromosoom inactief is en celgroepen waarbij het
maternale X-chromosoom inactief is > mozaicisme. Wanneer er naar 1 kolonie wordt gekeken
is wel hetzelfde X-chromosoom constant inactief
Inactivatie komt tot stand door expressie van het XIST gen op het inactieve allel. Het product
is een lange ncRNA dat in de kern blijft en geassocieerd is met het inactieve X-chromosoom
Polymorfisme
Polymorfisme: als een allel verschillende verschijningsvormen heeft (>1%)
Er zijn verschillende type polymorfisme afhankelijk van hoe de DNA sequenties van elkaar
verschillen
- Single nucleotide polymorfisms (SNPs): verschil van 1 nucleotide paar
o Synonymous: veranderen aminozuur sequentie niet.
o Nonsynonymous: veranderen aminozuur sequentie
- Insertie-deletie polymorfisme
o Simple: indel van twee vormen: presence/absence
o Microsatellite (short tandem repeats – STRs): nucleotide sequentie unit repeats
> DNA fingerprinting
o Mobile element insertion: repetitive element insert via retrotransposition
(RNA-reverse transcription-DNA-insertion)
- Copy number variants (CNVs): grotere indel segments
- Inversion polymorfismes: verschillende oriëntatie van segmenten
Mutatie
Mutatie: permanente verandering de nucleotide sequentie/arragement van het DNA
Er zijn verschillende type mutaties:
1. Silent mutaties: mutatie die niet leidt tot een aminozuurverandering. Kunnen toch
invloed hebben door invloed te hebben op sec. structuur van mRNA en stabiliteit
hiervan of door het splicing proces te beïnvloeden (cryptische splice sites)
2. Missense mutaties: mutatie die de coderende streng veranderd waardoor er een ander
aminozuur wordt getransleerd
3. Nonsense mutaties: mutatie die leiden tot een vervoegd stop codon. Dit resulteert vaak
in een onstabiel mRNA wat wordt gedegradeerd (=non-sense mediated decay) of een
onstabiel eiwit
4. Mutaties die RNA transcriptie, processing en translatie beinvloeden
5. Frameshifts: nieuw leesraam
6. In-frame: zelfde leesraam
7. Dynamische mutaties: amplificatie van een nucleotide repeat
8. Loss of heterozygosity: verlies van heterzygositeit door bijvoorbeeld mitotische
recombinatie
Mutaties hebben verschillende effecten op eiwit niveau
1. Loss of function: verlies van functie van een eiwit door een mutatie
2. Gain of function: verbetering van functie van een eiwit (door 1. toename in aantal
eiwitten of 2. verbetering functie an sich).
3. Novel property: mutatie zorgt voor een alternatieve functie naast reguliere functie
