SAMENVATTING
PATHOGENETICA
2022-2023
1
,HOOFDSTUK 1 – ALGEMENE ASPECTEN VAN DE PATHOGENETICA EN POP. GEN.
1.1. NIVEAU VAN HET DNA
1.1.1. TERMINOLOGIE
Bij genetica is het essentieel dat een correcte terminologie gebruikt wordt. Het genoom is al
het erfelijke materiaal in een cel en dat is de optelsom van het DNA op de chromosomen en
daarnaast het mitochondriaal DNA. Dit is substantieel groot (hond ± 2,4 miljard basenparen,
mens en varken ± 3 miljard basenparen).
IS ER EEN LINK TUSSEN AANTAL (EIWIT-CODERENDE) GENEN EN COMPLEXITEIT VAN
HET ORGANISME?
Er is veel meer dan het aantal eiwit-coderende genen (veel complexer). Het idee bestond dat
eiwit-coderende genen de basis moest zijn en de complexiteit van het menselijk organisme
ging bepalen. Maar nu blijkt dat hier veel meer bij komt kijken. De expressieniveaus, hoe
veel of hoe weinig iets tot expressie wordt gebracht,
laat allemaal toe om het veel complexer te gaan
reguleren. Het gaat echter niet alleen over eiwit-
coderende genen, het verhaal is veel uitgebreider.
Naast eiwit-coderende genen zijn er namelijk ook
coderende genen die niet voor eiwitten coderen maar
effectief op expressie niveau tot RNA gaan leiden en
het veel complexer gaan reguleren. Eiwit-coderende
genen zijn essentieel, maar het zijn die regulatie
mechanismen die een zeer belangrijke rol gaan spelen
in hoe complex een mens of dier is.
IS DE CONTRIBUTIE VAN BEIDE OUDERS NAAR NAKOMELINGEN GELIJK? (DUS 50%
VAN VADER, 50% VAN MOEDER)?
Mitochondriaal DNA komt van moeders kant waardoor er een hogere contributie vanuit de
moeder is.
Een locus is een plaats op het genoom. Bijvoorbeeld een random plaats op chromosoom 16
bij de hond ziet er als volgt uit: NC_006598.3:g.59380814. Dit is chromosoom 16, deze heeft
een bepaalde standaard afkorting gekregen, en we zitten hier op het genoom te kijken op
die plaats. Op zo een locus op het genoom kunnen bepaalde nucleotiden zitten die variëren.
Het is heel belangrijk om het verschil te kennen tussen een variant, mutatie en
polymorfisme. Variant is eigenlijk overkoepelend, het is gewoon een verschil ten opzichte
van de referentie. Er is een referentiegenoom (bvb genoom van 2,4 miljard basenparen van
de hond), dat zijn allemaal nucleotiden achter elkaar, en dat wordt beschouwd als de
referentie. Als daar nu een verschil ten opzichte van is wordt gesproken over een variant.
Mutatie houdt eigenlijk in dat het een zeldzame variant is, een allelfrequentie onder de 1%.
Polymorfisme is een frequenter voorkomende variant, meer dan 1%.
2
,VAAK WORDT ER EEN ASSOCIATIE GEMAAKT TUSSEN “ZIEKTE” EN 1 VAN DEZE 3
TERMEN. WELKE VAN DEZE DRIE DENK JE OP BASIS VAN DE DEFINITIE?
Vaak wordt de associatie gelegd tussen mutatie en ziekte, een mutatie is verantwoordelijk
voor die aandoening. Maar eigenlijk is dit niet de meest optimale terminologie omdat hier
ook direct een allelfrequentie, een voorkomen aan wordt vastgehecht. En dat is iets dat zeer
arbitrair is en heel erg gaat afhangen van naar welke diersoort je aan het kijken bent.
Bij mensen is er relatief weinig inteelt. Bij de mens komen globaal genomen varianten
geassocieerd met aandoeningen relatief zeldzaam voor. Bij de huisdierensector zijn, omwille
van de manier waarop zij ontstaan zijn, de allelfrequenties veel hoger. Wanneer dan gezegd
wordt dat een mutatie ziekte veroorzakend is, dan klopt dit eigenlijk niet met die
allelfrequentie.
Allel zijn de verschillende “versies” van een locus en je kan dit op verschillende manieren
gaan benoemen. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen “normaal” of “wild type” vs
“abnormaal” of “mutant allele”. Aangeraden is om het woord “variant” en “allel” te
gebruiken, en gebruik het woord mutatie enkel als het echt gaat over het eigenlijke
veranderen van de sequentie. Dan gebeurd er namelijk een mutatie, er vindt een mutatie
plaats en het geheel muteert. Anders gebruik je best “variant” en “allel”.
VOORBEELD VAN EEN VARIANT:
NC_006598.3:g.59380814C>A Je kan kijken op genomisch niveau, maar ook op
ENSCAFT00000068700.1:c.1575G>T andere niveaus
ENSCAFP00000051488.1:p.Arg525Ser Bv: op coderende en eiwit niveau
- c = coderend op eiwitniveau
- p = protein op eiwitniveau
De correcte notatie is belangrijk
Er zijn een aantal standaard structuren in een variant. Op het einde is zichtbaar wat er
eigenlijk verandert. De locatie is altijd met daaraan voorafgaand een G, C, P of nog iets
anders, er zijn nog andere opties. Wat eigenlijk weergeeft op welk niveau je aan het kijken
bent. Gevolgd door, helemaal in het begin, op welk niveau gekeken wordt, naar welke
molecule. Dat is zeer relevant, correcte notatie en terminologie is essentieel!
Een genotype is “the version of a DNA sequence that an individual has at a specific place”.
Op een bepaalde plaats in het genoom, zijn er bepaalde allelen/varianten die aanwezig zijn,
en hoe dat het DNA op die plaats exact in elkaar steekt is het genotype.
VOORBEELD VAN DE VERSCHILLENDE NIVEAUS:
NC_006598.3:g.59380814C>A
Dit is een variant, op die positie is er zowel een C als A in de populatie. Er zijn dus twee
allelen, C en A (groen). Het gehele rode deel is de eigenlijk locus, de eigenlijke plaats op het
genoom. Als er twee allelen zijn, zijn er verschillende mogelijkheden als diploïd organisme:
homozygoot C (CC), homozygoot A (AA) en heterozygoot CA.
3
,1.1.2. HOE BESCHRIJVEN WE NU EEN VARIANT?
In dit voorbeeld is de SOD1 mutatie zichtbaar. Degeneratieve myopathie is zowel een
algemene variant voor die wijd verspreid is als een specifiek voor de Berner Sennen. Op basis
van hoe het hier genoteerd staat is het onmogelijk te bepalen om welke variant het gaat.
Daarnaast zijn er een hoop markers voor wat Adult-onset Deafness bij de Border Collie
wordt genoemd in deze specifieke setting. Maar welke marker is het nu eigenlijk? Is de
eerste, tweede of derde het belangrijkste? En als naar de literatuur gekeken wordt, welke
komt dan overeen met deze op de test? Deze notatie is incorrect en maakt het heel moeilijk
om te gaan bepalen welke van de verschillende varianten nu eigenlijk getest is en hoe je dan
advies moet gaan geven.
1.1.3.1 IS DIT DEZELFDE VARIANT?
Chromosome 16:8789496G>A
NC_006598.3:g.8789496G>A
ENSCAFT00000006395.4:c.944G>A
ENSCAFP00000005920.3:p.Arg315Lys
ENSCAFT00000068554.1:c.860G>A
ENSCAFP00000047755.1:p.Arg287Lys
rs8948574
Op het einde komt G naar A heel frequent voor, de kans bestaat dat het effectief dezelfde
variant is. Maar het wordt niet altijd gezien, soms wordt geen G naar een A gezien. Maar
soms ook dat van arginine naar lysine gegaan wordt, met andere woorden dat er een
aminozuur verandert. Om dan te zeggen dat het nog dezelfde zijn is moeilijk te zetten.
Bij de bovenste twee notaties komt wel dezelfde genomische locatie voor (geel: 8789496).
Arginine naar lysine komt verschillende keren voor.
4
,De zes varianten hierboven, zijn allemaal verschillende manieren om een variant te gaan
noteren. Het rs nummer (laatste) verwijst bijvoorbeeld naar een uniek nummer dat elke
variant krijgt in een databank. Dat is gewoon bij wijze van spreken een optellend iets, als je
dit nummer gebruikt en je zoekt dat op in een databank zul je direct ook op de verschillende
manieren de correcte notatie van een variant kan terugvinden.
WAT ERVOOR KAN ZORGEN DAT DEZELFDE VARIANT ER ANDERS UIT ZIET:
1. Nieuwe referentie (bvb nieuwe genoomversie of annotatie)
– Bijvoorbeeld: NC_006598.3:g.8789496G>A → NC_006598.4:g.9633435G>A, we zitten
hier nog altijd op hetzelfde chromosoom, maar de versie is net verhoogd (van een .3
naar een .4). Dat heeft als gevolg dat ook de locatie een klein beetje geswitcht is. We
hebben allemaal bepaalde varianten die ervoor kunnen zorgen dat het chromosoom
net iets groter of net iets kleiner is. Maar hetgeen dat ook een onderliggend
potentieel probleem kan zijn is dat bepaalde stukken van bepaalde chromosomen
niet volledig gesequenteerd zijn. Sommige stukken zijn moeilijker te sequeneren, dus
effectief de DNA-nucleotide volgorde te gaan bepalen. Omdat dat bijvoorbeeld
stukken zijn die heel homogeen zijn, dus dat er echt repeats zitten, waardoor het
heel moeilijk kan zijn om exact te gaan zeggen of er nu 1 ATG staat, of 10, of 20, …
Het verschil tussen bijvoorbeeld 19 en 21 ATG’s achter elkaar op een bepaalde plaats
in het genoom, het is niet zo evident om dat te gaan bepalen. Als je dat zou lezen op
zich wel, maar het feit dat de technieken dat moeten kunnen gaan achterhalen is niet
altijd zo evident. Vandaar dat het kan zijn dat als er een nieuwe referentie is dat er
een switch is in positie, hoewel het over identiek dezelfde nucleotiden gaat.
2. Andere referentie (gen/transcript/proteïne/…)
– Bijvoorbeeld: wanneer gekeken naar het Duchenne Muscular Dystrofie (DMD) gen.
Duchenne is een spieraandoening, een zeer ernstige aandoening die voorkomt bij
mensen en dieren. Er is recent nog een nieuwe mutatie bij de kat ontdekt die
verantwoordelijk is voor een Duchenne achtige aandoening. Dia 58: dit zijn allemaal
voorbeelden, we kijken hier naar ENSCAF T (T staat voor transcript voor deze
databank). Er zijn verschillende transcripten, dus afhankelijk van wat jouw referentie
is vind jij dat bijvoorbeeld de referentie transcript of juist de eerste de referentie. Het
eerste is een heel stuk langer, dit bevat een
aantal exonen die niet in de onderste zitten.
Afhankelijk van welke referentie gebruikt
wordt gaat de positie dus kunnen switchen.
5
, 3. Forward vs reverse strand
– DNA is een helix, deze dubbele helix draait rond elkaar en afhankelijk van op welke
strand wordt naar het forward of reverse gekeken die daar rond elkaar draaien. Dan
ga je ook steeds complementair DNA hebben. Maar dit gaat ook je notatie
beïnvloeden.
– Bijvoorbeeld: NC_006621.4:g.32690178G>A en ENSCAFT00000036277.6:c.1730C>T,
kan dit dezelfde variant zijn? Ja, want:
o Niet dezelfde referentie, er wordt links op genomisch niveau en rechts op
coderende niveau gesproken, noch hetzelfde referentie type
o G is complement van C, A is complement van T
o → potentieel wél dus (maar honderd procent zeker zijn we het niet)
o Dit was een variant dat gelokaliseerd zit in het DMD gen, het Dystrofine gen,
verantwoordelijk voor Duchenne Muscular Dystrofie, als je daar bepaalde
allelen hebt die met de ziekte geassocieerd zijn. En dat gen is gelokaliseerd op
de reverse strand, maw op de niet-referentie strand eigenlijk want eigenlijk is
de forward strand altijd de referentie. Maar deze zit op de reverse strand en
gaat in de andere richting gelezen worden. Vandaar de complementariteit en
als je op coderend niveau gaat zitten gaan het de complementaire
nucleotiden zijn.
1.1.3.2 KAN DIT DEZELFDE VARIANT ZIJN?
NC_006621.4:g.32690178G>A
NC_006621.4:g.32650143G>A
Nee, want: er wordt hier op hetzelfde niveau gepraat. Er is hier dezelfde referentie, versie,
er wordt gepraat over de g., de locatie is echter anders. Een deel is nog wel hetzelfde, ze
hebben alle twee 32.600.000, maar dan zitten ze 40.000 basenparen van elkaar verwijdert.
Het feit dat het allebei een G en een A is maakt niet uit, er is namelijk op meerdere plaatsen
een G die naar een A kan gaan veranderen. In deze specifieke situatie weet men 100% zeker
dat het niet dezelfde variant is.
1.1.3.3 ONDERDELEN VARIANT DESCRIPTIE
NC_006598.3:g.8789496G>A
ENSCAFT00000006395.4:c.944G>A
Dissectie:
referentie versie “type referentie” locatie allelen
De onderdelen van een correctie variant descriptie zijn de referentie, een versie (afhankelijk
van de kennis op dat moment kan het zijn dat de huidige versie niet meer volstaat en er een
nieuwere/uitgebreidere/meer up-to-date versie moet gaan komen en dan gaat het versie
nummer omhoog (1,2,3, …), het type referentie (op welke niveau zijn we aan het kijken), de
eigenlijke locatie en de allelen.
Het type referentie (g of c in voorbeeld) kan op verschillende niveaus gedaan worden (g,c,p
maar er zijn er nog meer). Dit kan genomisch (g), coding part (c), RNA (r) en proteïne (p)
niveau beschreven worden. Op deze verschillende niveaus kan beschreven worden en de
6
,meest optimale is de genomische. Naarmate er meer informatie wordt toegevoegd gaat
meer en meer specifiek gezegd kunnen worden wat het is. Maar de genomische, als je daar
een correcte notatie van doet weet je altijd welke variant het is.
– Referentie:
o DNA:
▪ Genomisch, g.: “ linear genomic reference sequences are indicated using a
g. prefix”
▪ Coderend, c.: “a coding DNA reference sequence is a DNA reference
sequence, based on a protein-coding transcript of a gene, which can be
used for nucleotide numbering using the c. prefix. Such a reference
sequence includes the coding DNA sequence (CDS) and the 5’ and 3’ UTR
regions.” Het is een coderende DNA referentie sequentie, gebaseerd op
het eiwit coderende deel van het gen. Het bevat de coding-sequences, de
5’ en 3’ UTR = untranslated regions, die zitten wel in de coding sequence,
ze gaan niet naar het eiwit (bvb Poly A staart op het eind), maar de
coderende DNA referentie sequenties (CDS) die bevatten de intronen niet.
Met andere woorden, intronen worden niet met een c. beschreven.
▪ De g. en c. is de notatie die het meest courant gebruikt wordt, met de
voorkeur voor de g.
▪ Het verschil tussen een c. en een r.? Beide zijn coderend (transcript,
mRNA is vanzelfsprekend coderend), maar het verschil tussen c. en r. is de
U. De U gaat niet gebruikt worden in het gewoon DNA (bij r.).
o Transcript, r.:
o Eiwit, p.: de aminozuren: er zijn verschillende manieren qua notatie, een one-
letter code maar ook een three-letter code bijvoorbeeld. Ze worden beide relatief
courant gebruikt en soms is het heel duidelijk wat de alanine is, maar dat is zeker
niet altijd het geval. Bijvoorbeeld “r” = arginine (er zit wel een r in arginine maar
het is niet de eerste letter dus verwarrend).
1.1.4 HOE GAAN WE VARIANTEN CLASSIFICEREN?
Dit kan op heel veel verschillende manieren en een van de voorbeelden is op basis van de
grootte. Die grootte kan gaan van klein, wat wil zeggen 1 basenpaar het kleinste
organisatorische niveau waarop veranderingen beschreven kunnen worden op DNA niveau,
of zeer groot, volledige chromosomen (bvb trisomie) of anderzijds echt op genoom niveau
(bvb triploïdie)(er zijn organismen die effectief drie kopieën hebben van alles of zelfs nog
meer). Dit laatste is natuurlijk het grootste niveau van varianten. De cutoff in grootte, wat is
klein en wat is groot, is zeer subjectief. De cutoff van 50 baseparen (bp) is wat op dit
moment in de literatuur wordt aanvaard. Daarboven wordt gesproken over structurele
varianten en als het kleiner is dan dat zijn het kleine varianten. Maar dit blijft echter zeer
subjectief en de exacte cutoff is veel minder relevant. Het is gewoon belangrijk om te weten
dat het van zeer klein tot echt substantieel grote verschillen gaat gaan.
Varianten kunnen ook geclassificeerd worden op basis van de eigenlijke DNA-verandering,
een deletie. Een deletie is de verwijdering van één, enkele tot grote aantal nucleotiden en
hoe groter hoe meer gekomen wordt tot de structurele varianten, de grote veranderingen.
Een insertie is de additie van één, enkele tot grote aantallen nucleotiden. Een substitutie is
7
,een vervanging van één tot enkele nucleotiden. Een puntmutatie is een deletie, insertie of
substitutie van 1 nucleotide. Er wordt bij een puntmutatie echt op het individuele niveau
gekeken.
→ Single nucleotide polymorphism of single nucleotide variant: substitutie van 1
nucleotide. Single nucleotide variant is hier correct. Polymorfismen is effectief de term die
zeer frequent wordt gebruikt, maar polymorfisme verwijst naar een frequentie die hieraan
wordt gekoppeld. Om correcter en algemener te zijn kan beter single nucleotide variant
gebruikt worden. Inversie is een stukje DNA dat wordt omgedraaid. Duplicatie is een stukje
DNA dat wordt herhaald. Translocatie is een stuk DNA dat wordt verplaatst.
Dit zijn structurele varianten. Structurele varianten, de grotere varianten, zijn varianten die
groter zijn dan 1000 basenparen (1 kB)(in dit figuur). Maar omdat er nu technieken ter
beschikking zijn om te sequeneren kunnen ook kleinere varianten gedetecteerd worden.
Misschien is 50 basenparen hier dus ook wel een optimale cutoff. Hier zijn er een aantal
zaken die kunnen gebeuren: een deletie, een duplicatie, … Duplicaties kunnen in tandem
voorkomen, waarbij vlak achter elkaar twee keer hetzelfde stuk voorkomen. Maar ook
interspersed, waarbij ertussen iets anders zit maar op verschillende plaatsen in het genoom
al dan niet dicht bij elkaar dezelfde sequentie voorkomt. Een inversie waarbij het is
omgedraaid. Een translocatie waarbij het van de ene naar de andere plaats is gegaan.
Een mobile-element insertion, een nieuw stuk dat er is bij gekomen, wat ook gerelateerd
kan zijn aan de interspersed duplications, waarbij dat er bepaalde stukken in een keer ergens
gaan inkomen en een of meerdere keren geïncorporeerd kunnen worden.
Omdat men heel vaak geïnteresseerd is in wat de variant nu eigenlijk gaat doen, kunnen ook
op het niveau van het eiwit bepaalde classificaties gehanteerd worden: silent – missense –
nonsense – frameshift – …
8
,1.1.4.1 EFFECT OP NIVEAU EIWIT
Een Silent of synonymous mutatie heeft geen effect op de aminozuursamenstelling. Er
wordt hier gekeken op RNA niveau. De U is hier een C geworden en toch blijven hier
hetzelfde aminozuur aan het glycine zitten.
Hoe kan het dat soms ondanks een mutatie, een verandering, een variant, toch hetzelfde
aminozuur kan hebben? Dit heeft te maken met de redundancy in de codes. Zeer vaak
wanneer het eerste nucleotide van een codon gekend is en het tweede, wordt vaak gezien
dat het laatste nucleotide er eigenlijk niet meer toe doet. In deze specifieke setting, waarbij
de vier mogelijkheden U of T, C, A en G, kunnen eigenlijk alle vier in daar staan in het codon
zonder dat het een effect gaat hebben op het aminozuur. Dit is de reden waarom bepaalde
varianten of mutaties toch kunnen leiden tot een zelfde aminozuur en dus geen verandering
op het niveau van het eiwit hebben.
9
, Bij missense mutaties wordt een aminozuur vervangen voor een ander aminozuur
(bijvoorbeeld arginine door cystine).
Bij nonsense mutaties wordt het codon voor een aminozuur vervangen door een stopcodon.
Daar stopt dan eigenlijk het verder opbouwen van het eiwit. Bijvoorbeeld in onderstaand
voorbeeld: dit is een typisch stopcodon, de C wordt hier vervangen voor een T met
uiteindelijk geen verdere incorporatie meer.
Frameshift mutaties zijn mutaties die vaak een substantieel effect hebben op de eiwitten,
op de aminozuursamenstelling, en waarvan deze potentieel geassocieerd kunnen zijn met
erge veranderingen op eiwitniveau en dus ook op fenotypisch niveau. Een frameshift is
eigenlijk een deletie of insertie die niet van dezelfde lengte is als 3. Dit kan 2 zijn, 4, 1, 5,
enzovoort. Maar doordat deze mutatie er is zal het leesraam verschuiven bij het vertalen en
effectief creëren van het eiwit. In onderstaand voorbeeld is er een deletie geweest van de C
met als gevolg dat al de aminozuren die daarna komen allemaal gemuteerd zijn, ze zijn
allemaal verandert. De kans dat dit nog een functioneel eiwit is zal een stuk kleiner zijn.
10
