Samenvatting Moleculaire Biologie (1e master farmacie) - Prof. Yann Sterckx
49 vues 4 fois vendu
Cours
Moleculaire Biologie
Établissement
Universiteit Antwerpen (UA)
Samenvatting van het vak moleculaire biologie gedoceerd door Yann Sterckx aan de UA in de 1e master farmacie: geneesmiddelenontwikkeling. Samenvatting per hoofdstuk.
Behaalde score: 17/20
Deze samenvatting is een nederlandse vertaling van informatie uit de slides van Prof. Yann Sterckx aangevul...
Hoofdstuk 2: moleculaire basis van genetische afwijkingen
1. Het centrale dogma van moleculaire biologie en ziekte
A. Inleiding
Mutatie = erfelijke verandering van de
nucleotidesequentie in een chromosoom.
o Sommige mutaties zijn heel subtiel
(verandering in 1 enkele basepaar) en
sommige zijn eerder groot (inversie,
deletie, insertie van grotere segmenten
in het genetisch materiaal).
o Mutaties die volledige genen
dupliceren zorgen voor vorming van
volledig nieuwe proteïnen met
verschillende functies.
o Mutaties die voordelig zijn voor de cel
zijn eerder zeldzaam, meestal heeft een
mutatie een negatief effect voor het
organisme, zoals bv. een ziekte.
Mutaties kunnen leiden tot:
o Loss of function: meestal recessief in
een diploïd organisme (mens)
o Gain of function: meestal dominant in een wild-type allel.
B. Algemene werking
o DNA replicatie: kopiëren van DNA om dochtermoleculen te vormen met de identieke
nucleotide sequentie.
o Transcriptie: delen van de genetische code in DNA worden gekopieerd naar RNA.
o Translatie: de genetische code in mRNA wordt vertaald op het ribosoom om een
proteïne te vormen met een specifieke aminozuursequentie.
Wat als 1 van deze componenten wordt beschadigd?
➔ Beschadiging van de translatie of op eiwitniveau is geen probleem. Het eiwit wordt
afgebroken en een nieuw eiwit wordt gesynthetiseerd.
➔ Beschadiging van de transcriptie of op RNA niveau is geen probleem.
➔ Beschadiging van de replicatie of op DNA-niveau is wel een probleem.
Mutaties in DNA kunnen leiden naar mutaties in proteïnen wat zorgt dat deze niet juist meer
opvouwen en dit kan dan zorgen voor ziekte.
Proteïnen worden gesynthetiseerd door ribosomen. Vervolgens worden ze opgevouwd naar
hun standaardconformatie. Dit kan spontaan gebeuren of met behulp van speciale enzymen
‘chaperonnes’. Er is een balans tussen opgevouwen en niet opgevouwen toestand.
1
, Anita Bierinckx
1e master geneesmiddelenontwikkeling, Academiejaar 2020-2021
Proteïnen die niet juist opvouwen bevatten hydrofobe delen aan het oppervlak die ‘plakkerig’
zijn. Dit zorgt dan voor vorming van inactieve aggregaten. -> alle cellen hebben speciale
mechanismen om fout opgevouwen proteïnen te verwijderen.
Soms kan foute opvouwing van proteïnen ook
leiden tot stabiele aggregaten die aan de basis
liggen van bepaalde aandoeningen zoals:
o Type 2 diabetes
o Ziekte van Alzheimer
o Ziekte van Parkinson
o Huntington’s disease
o Creutzfeldt-Jakob disease
➔ Deze ziektes worden amyloidoses
genoemd omdat de vorming van amyloïd
fibrillen aan de basis ligt van deze ziekte.
Mensen zijn diploïd = organismen waarvan de
cellen steeds 2 kopijen van elke chromosoom
bevatten.
De mens heeft 46 chromosomen (2 x 22
autosomale en 2 sex chromosomen) = 2 meter
DNA per cel.
C. Het genoom
Naast de DNA sequencing is ook de genoom annotatie
belangrijk: informatie over de locatie en functie van
genen.
o De meerderheid van het humane genoom bevat
niet-coderende sequenties (slechts 1,5%
codeert voor proteïnen).
o 50% van het humane genoom bevat
transposons (mobiele DNA-segmenten die
bewegen van de ene kant van het genoom naar
de andere kant van het genoom). Veel van deze
transposons bevatten genen die coderen voor
transposases (enzymen die het transpositie
proces katalyseren). Voorbeeld:
retrotransposons kunnen in ons genoom komen
te zitten na blootstelling aan een retrovirus.
o 3% van het genoom bestaat uit simple-
sequence repeats (SSR’s) en short-tandem repeats (STR’s).
2
, Anita Bierinckx
1e master geneesmiddelenontwikkeling, Academiejaar 2020-2021
80% van het DNA (inclusief transposons) in het humane genoom wordt overgeschreven naar
RNA in minstens 1 celtype of is belangrijk voor de functionele aspecten van de
chromatinestructuur.
De overgebleven 20% van het DNA bevat niet-overgeschreven, niet-coderend DNA die vooral
regulatie-elementen bevat die de expressie van proteïnen en RNA-coderende genen
veroorzaakt.
➔ Veel ziekte-veroorzakende mutaties liggen in deze regulerende regio’s.
D. Humane variabiliteit
De volledige populaties bevat een brede range van subtiele verschillen in DNA van individuen.
Dit zijn deleties, inserties of kleine reorganisaties.
Veel variabiliteit komt ook van single nucleotide polymorphisms (SNPs) = veranderingen in
specifieke genoom baseparen in het DNA van homologe chromosomen. -> elk individu heeft
om de 1000 baseparen een SNP dus 3 x 106 verschillen tussen 2 mensen.
Deze SNP’s worden meestal
ingebouwd tijdens de meiose.
Sommige SNP’s zijn zo dicht naast
elkaar dat ze meestal samen
overgeërfd worden.
Haplotype: groep van SNP’s die
bijna altijd samen overgeërfd
worden.
Men weet dat bepaalde SNP’s
samen een haplotype vormen.
Deze SNP’s die samen een
haplotype vormen worden tag
SNP’s genoemd.
Door deze tag SNP’s te sequencen in genoomsamples kunnen wetenschappers makkelijk
identificeren welke haplotypes aanwezig zijn in een bepaald individu. Er zijn zeer stabiele
haplotypes aanwezig in het mitochondriaal DNA (doorgegeven via de moeder) en de y-
chromosoom (doorgegeven via de vader). Zo kan men veel ontdekken over de migratie van
mannen en vrouwen.
De meeste mutaties ziet men in de exons van de proteïne-coderende regio’s in het genoom.
Men hoeft dus niet persé heel het genoom te sequencen, men kan enkel deze exon-regio’s
sequencen om te zien of er bepaalde mutaties aanwezig zijn.
➔ Zo kan men zien welke SNP’s, op welke positie deze zitten, welke haplotypes en welke
genoomvariaties kunnen leiden tot bepaalde aandoeningen.
➔ Voorbeeld: polymorfisme in CYP2D6, sommige mensen kunnen een geneesmiddel
niet goed metaboliseren doordat ze een polymorfisme hebben. Als men de
3
, Anita Bierinckx
1e master geneesmiddelenontwikkeling, Academiejaar 2020-2021
genoomsequentie op voorhand analyseren kan men zien dat deze persoon dit
polymorfisme heeft en hierop anticiperen.
➔ Voorbeeld: glucose-6-fosfaat-dehydrogenase deficiëntie, mensen met deze
deficiëntie mag je niet behandelen met primaquine (tegen malaria) vermits deze dan
een ernstige anemie crisis krijgen. Als men dit op voorhand zou weten zou er veel
minder mortaliteit zijn.
2. Soorten mutaties in DNA
A. Puntmutaties
Puntmutaties: een mutatie waarvan 1 enkele basepaar veranderd is. = SNP
2 categorieën:
o Transitie: puntmutaties waarvan een purine-pyrimidine basepaar vervangen wordt
door een ander purine-pyrimidine basepaar. (A <-> G en C <-> T)
o Transversie: puntmutaties waarvan een purine-pyrimidine basepaar vervangen wordt
door een pyrimidine-purine basepaar of vice versa. (A <-> T, A <-> C, G <-> T en G <->
C)
➔ A of G wordt T of C en T of C wordt A of G
➔ Transities gebeuren iets vaker omdat basen van de zelfde grootte uitgewisseld worden
waardoor het polymerase makkelijker kan werken.
Puntmutaties in proteïne coderende regio’s kunnen resulteren in een gewijzigd proteïne met
partieel of volledig verlies van functie. Dit kan leiden tot ziekte of dood.
Deze puntmutaties in proteïne coderende regio’s kunnen onderverdeeld worden volgens het
effect op de proteïnesequentie:
o Silent mutaties: nucleotideveranderingen die een codon vormen voor hetzelfde
aminozuur
o Missense mutaties: nucleotideveranderingen die resulteren in een verschillend
aminozuur
o Nonsense mutaties: nucleotideveranderingen die resulteren in een stopcodon,
hierdoor gaat de translatie vroegtijdig beëindigd worden.
Hoe worden deze puntmutaties ingebouwd?
1. Een DNA polymerase gaat een fout nucleotide inbouwen tijdens de replicatie
➔ Dit is een ‘mismatch’, nog geen mutatie omdat deze fout nog gedetecteerd en
gerepareerd kan worden door DNA repair mechanismen.
2. Als de ‘mismatch’ niet hersteld wordt dan wordt het een mutatie tijdens de tweede
stap van de replicatie. Hierdoor wordt de mismatch ingebouwd in de DNA streng.
➔ Deze nieuwe basepaar kan niet meer gedetecteerd worden door repair enzymen, het
wijzigt de originele sequentie en hierdoor is het een overerfbare mutatie.
Deze puntmutaties kunnen ook worden veroorzaakt door mutagenen.
4
, Anita Bierinckx
1e master geneesmiddelenontwikkeling, Academiejaar 2020-2021
B. Inserties en deleties
o Insertie: 1 of meer basen
worden ingebouwd in DNA -
> leesraamverschuiving
o Deletie: 1 of meerdere
nucleotiden worden
verwijderd uit het gen of
chromosoom.
➔ Inserties en deleties noemen
we algemeen = Indels
Hoe worden deze indels veroorzaakt?
o Overdreven recombinatie
o ‘slippage’ van het DNA-polymerase op de DNA streng tijdens replicatie
Indels in proteïne coderende regio’s leiden tot frameshift mutaties. Het leesraam gaat
veranderen en zo wordt er meestal een codon gevormd dat codeert voor een niet-functioneel
eiwit.
De meest voorkomende indel is een insertie van drie nucleotiden door slippage tijdens
replicatie. Er wordt een nieuw proteïne gevormd dat groter is dan het origineel proteïne maar
toch nog een bepaalde functie heeft. Het aantal triplet repeats correleert met de ernst en de
start van de ziekte.
Veel ziektes worden veroorzaakt door inserties van tripletten en de meeste zijn polyQ-
diseases en polyR-diseases (expansie van CAG en CGG codons wat leidt tot vorming van
glutamine en arginine).
Voorbeelden: Huntington’s disease (polyQ) en fragile X syndrome (polyR)
5
, Anita Bierinckx
1e master geneesmiddelenontwikkeling, Academiejaar 2020-2021
C. Grote mutaties in chromosomen
Sommige mutaties zorgen voor veranderingen in DNA-
sequenties door te veel recombinatie. Deze mutaties
kunnen niet hersteld worden en veroorzaken ziekte.
o Indels: mutaties door insertie of deletie van 1 of
meerdere nucleotiden in een gen of chromosoom
o Duplicaties: duplicatie van een groot deel DNA leidt
tot meerdere genen
o Inversie: een groot deel van een DNA sequentie in
een chromosoom wordt omgekeerd
o Translocatie: grote delen van het DNA tussen niet-
homologe chromosomen wordt uitgewisseld.
D. Wijzigingen in aantal chromosomen
o Euploidy: genoom heeft een normaal aantal chromosomen
o Aneuploidy: genoom heeft een abnormaal aantal chromosomen
Mens = diploïd organisme, een aantal dingen kunnen misgaan:
o Trisomy (2n+1): een organisme is diploïd maar heeft van een bepaald chromosoom 3
kopijen ipv 2 kopijen. Voorbeeld: syndroom van down, kans op syndroom van down
neemt toe naarmate de leeftijd van de moeder ook toeneemt.
o Monosomy (2n-1): een organisme is diploïd maar heeft van een bepaald chromosoom
maar 1 kopij. Voorbeeld: turner syndrome
o Nullisomy (2n-2): een organisme met een bepaald type chromosoom paar afwezig.
Chromosoom mutaties komen frequent voor bij de voortplanting. 15% van de bevruchtingen
resulteren in spontane abortus. Bij de helft van deze abortussen ligt een chromosomale
abnormaliteit aan de basis. 0,6% van de nakomelingen die effectief geboren worden hebben
een chromosomale afwijking.
6
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur anitabierinckx. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour $14.56. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
