Samenvattende nota's van het vak 'humane moleculaire genetica' D013077A gegeven door professor Elfride de Baere. Nota's gebaseerd op powerpoint en lesnota's. Geslaagd in eerste zit.
HUMANE MOLECULAIRE GENETICA
1. Humaan genoom en genomische variatie .............................................................................2
1.1 Complexiteit en organisatie van het humaan genoom ......................................................2
1.2 Humane genetische variatie ...........................................................................................4
1.3 Klinische consequenties van varianten.......................................................................... 10
2. Technieken voor genoomanalyse ........................................................................................ 15
2.1 Inleiding ....................................................................................................................... 15
2.2 Materiaal voor moleculair genetisch onderzoek....................................................... 15
2.3 Technieken voor genetische testing en genoomanalyses ................................................ 16
3. Genetisch bepaalde ziekten: chromosomale afwijkingen + structurele varianten ................. 26
3.1 Cytogenetische/cytogenomische nomenclatuur en technologie .................................... 26
3.2 Klinische cytogenetica en chromosomale afwijkingen ................................................... 27
3.3 Moleculaire cytogenetica .............................................................................................. 32
3.4 Indicaties voor postnataal chromosomaal onderzoek – klinisch belang van cytogenetisch
onderzoek ......................................................................................................................... 35
4. Genetisch bepaalde ziekten: monogenische aandoeningen ................................................ 36
4.1 Inleiding ....................................................................................................................... 36
4.2 Mendeliaanse overervingsvormen ................................................................................. 37
4.3 Complicerende factoren ............................................................................................... 38
4.4 Niet-Mendeliaanse overervingsvormen ......................................................................... 39
5. Genetisch bepaalde aandoeningen: complexe (multifactoriële) aandoeningen .................... 47
5.1 Definitie en begrippen bij multifactoriële overerving ....................................................... 47
5.2 Opsporen van ziektegenen met genoomwijde associatie studies (GWAS) ....................... 48
5.3 Post-GWAS studies: hoe oefenen genetische varianten hun effect uit ............................. 51
6. Genetische basis van kanker .............................................................................................. 52
6.1 moleculaire basis van kanker ........................................................................................ 52
6.2 Familiale kankersyndromen .......................................................................................... 59
Besluit ............................................................................................................................... 67
7. Statistische genetica ......................................................................................................... 68
7.1 Humane populatiegenetica .......................................................................................... 68
7.2 Risicoberekening in monogenische ziekten ................................................................... 70
7.3 Mapping van genen....................................................................................................... 71
8. Klinische toepassingen van humane genetica ..................................................................... 75
8.1 Genetische testing in de klinische praktijk ..................................................................... 75
1
,1. Humaan genoom en genomische variatie
1.1 Complexiteit en organisatie van het humaan
genoom
Ontrafeling van de DNA structuur en de menselijke chromosomenkaart
− Watson en Crick
• Moleculaire structuur van DNA
= grondslag voor ontwikkeling van moleculaire genetica
− Tijo en Levan
• Humaan genoom = 46 chromosomen
= grondslag voor cytogenetica
− Humaan genoom project
• Gestart in 1990
• Technologie: sanger sequencing
• Versies genoom: 2000, 2003
• 13 jaar + 2.7 biljoen dollar + talrijke groepen ➔ 1 genoom
! anno 2024
o In enkele dagen + minder dan 1000 dollar + onder 1 operator ➔ 1 genoom
o Technologie: next-generation sequencing (NGS)
− 1000 genome project
• Cataloog van variaties in het humane genoom
• 2504 genomen van 26 verschillende populaties
• SNV + SV (inclusief CNV)
− ENCODE = encyclopedia of DNA elements
• Regio’s van transcriptie
• Transcriptiefactor associatie
• Chromatine structuur
• Histone modificaties
Nieuwe inzichten in de organisatie en regulatie van genen en genoom
2
, − gnomAD = genome aggregation database
• Aggregatie van exoom- en genoomdata uit grootschalige sequencingprojecten
• Versie 4 (november 2023): 5x groter dan versie 2 en 3
o Exoom data van 730.947 individuen
o Genoom data van 76.215 individuen
! Slechts 138.000 individuen van niet-Europese genetische afkomst
• Gesequeneerd voor ziektespecifieke en populatiegenetische studies
• SNV + SV
• Vrij beschikbaar voor biomedische gemeenschap
De functionele en structurele opbouw van het humane genoom
− Humaan genoom: som van alle erfelijke/genetische informatie onder de vorm van DNA
aanwezig in een menselijke cel
• DNA in elke celkern
! klein aandeel in mitochondriaal DNA
• 3 miljard nucleotiden (2 kopijen/diploïd)
• Kopij van moeder (maternaal) en vader (paterneel)
• 20.000 genen < 2% van het genoom
• Niet coderend DNA > 98% van het genoom
! wel functionele rol
• Repeats/herhalingen > 50% van het genoom
− Lineaire structuur van een gen en regulatorische elementen
• Sequenties met een invloed op splicing
o Spliceosoom (=RNP-complex) herkent genetische sequenties
o Vatbaar voor fouten ➔ genetische aandoening
• Cis-regulatorische sequenties
= intergenische + intragenische elementen
o Promotoren
- Core = basale promotor: minimum nodig voor transcriptie
- Proximale promotor
▪ Kan tot 1000 bp up- of downstream liggen
▪ Additionele cis-regulatorische elementen = CRE
▪ Transcriptiefactor bindingsplaatsen = TFBS
- Distale promotor
3
, o UTR
- 5’ UTR CRE: regulatie translatie
- 3’ UTR
▪ Beïnvloeden van stabiliteit, polyadenylatie en localisatie
van mRNA
▪ Bindingsplaats voor microRNA
= enhancers en silencers
! Zitten samen met transcriptionele eenheid in topological
associated domain (TAD, 100 kb – 5Mb) + sub-TAD’s (185 kb)
1.2 Humane genetische variatie
− Vergelijking met referentiegenoom
Genoom van 2 individuen: 99.6% identiek aan referentie
− Gevolgen
• Normale kenmerken
• Veroorzaken soms ziekte
o Zeldzame ziekten – monogenetisch: mutatie in 1 gen
o Frequente ziekten – multifactorieel
Basisbegrippen
− Varianten
• Genetische variant: verandering in DNA sequentie
o Germinale = constitutionele variant: alle lichaamscellen
! Kan doorgegeven worden naar volgende generatie
o Somatische variant: lichaamscellen exclusief germinale
! Wordt niet doorgegeven naar volgende generatie
• De novo variant
o Niet bij ouders van een individu aanwezig
o Opgespoord met trio-analyse: kind en ouders
o Humaan genoom: gemiddelde 64 varianten
• Polymorfisme = benigne variant: geen associatie met fenotype
• Causale of pathogene variant: verandering in fenotype
− Genlocus: locatie van gen op chromosoom
− Allelen: verschillende DNA sequenties van een gen
− Genotype: geheel van allelen aanwezig op een bepaalde gen locus
− Zygositeit
• Homozygoot: zelfde allelen voor twee kopijen van genlocus – V1/V1
• Samengesteld heterozygoot: 2 verschillende allelen voor genlocus – V1/V2
• Heterozygoot: 2 verschillende allelen voor genlocus – V1/WT
4
,Classificatie genetische variatie
− Historische indeling
• Chromosomale afwijkingen
o Microscopisch zichtbaar
o Cytogenetica
Bv. interstitiële deletie, translocatie
• Genomische herschikkingen
o Submicroscopisch
o Moleculaire cytogenetica
Bv. deletie, duplicatie
• Sequentievariaties
o Nucleotide-schaal (puntmutaties)
o Moleculaire genetica
Meerdere soorten varianten: kleine (SNV, indel, …) tot grote verschillen (SV)
Basepaarsubstitutie
= SNV’s = single nucleotide variant (met SNP = single nucleotide polymorfisme)
− 5 miljoen per genoom – meest voorkomend
− Vervangen base door een andere base
• Transitie: tussen purines of pyrimidines onderling
• Transversie: van purine naar pyrimidine of omgekeerd
− Transities frequenter dan transversies
− Hoge frequentie C > T: spontane deaminatie van gemethyleerde cytosines (CpG hotspot)
− Genetische code is gedegenereerd ➔ gevolgen vaak beperkt
• Silentieus = synoniem: geen AZ-verandering
• Missense: AZ-verandering
• Nonsense: prematuur stop-codon (PTC)
! onstabiel dus verwijderd door NMD van mRNA
o Normale situatie: na splicing zijn EJC aangehecht aan elke splice site
➔ worden verwijderd door eerste ribosoom tot aan stopcodon
o PTC
- Ribosoom bereikt PTC en wordt verwijderd: EJC blijven ter plaatse
- PTC in rode zone: NMD – afbraak van mRNA – geen eiwitproductie
- PTC in groene zone: NMD escape – productie getrunceerd eiwit
5
, − Splice variant: mutatie in splice donor (GT) of acceptor (AG) site
• Donor- of acceptor splice sites inactiveren: donor/acceptor loss
o Donor splice site: (deel van) intron blijft in matuur mRNA = intron retentie
o Acceptor splice site: verlies kan leiden tot exon skipping
• Nieuwe splice site creëren: donor/acceptor gain
o Donor splice site: verlies deel exon
o Acceptor splice site: verlies deel exon
Kopijveranderingen (CNV) en structurele variaties (SV)
= gebalanceerd of ongebalanceerd
− SV’s: 20.000 per genoom (inclusief CNV’s)
• Grote genomische varianten: 50 – duizenden nucleotiden
= tandem repeats van +50 nucleotiden per reeks
• Complexe combinaties mogelijk
= inserties/deleties/inversies/translocaties/ …
• 4 – 11.2% van coderende pathogene allelen
➔ 17.2% van zeldzame, ziekteveroorzakende allelen
− Kopijverandering = CNV: > 1 kb
= deleties/insertie, duplicaties, triplicaties, …
• NAHR: niet-allelische homologe recombinatie tussen 2 low copy repeats (LCR)
• Reciproke deleties en duplicaties
Bv. duplicatie van 1.5 Mb op 17p = 3 i.p.v. 2 genkopijen PMP22 ➔ CMT1
o 150% genproductie van peripheral myelin protein = PMP22
= toegenomen gendosage: gain of function
o Charcot-Marie-Tooth: aandoening van PZS
o. a. progressieve atrofie van distale ledemaatspieren (1/2.500)
AKA holvoet en erg gekrulde vingerkootjes
Bv. deletie van 1.5 Mb op 179 = 1 i.p.v. 2 kopijen ➔ HNPP (drukneuropathie)
o 50% genproductie van PMP22
= verminderde gendosage: loss of function
6
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller emmapot. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $9.66. You're not tied to anything after your purchase.
