Samenvatting mechanisme van genetische aandoeningen
10 views 0 purchase
Course
Mechanismen van ziekte
Institution
Universiteit Gent (UGent)
Deze samenvatting bevat een combinatie van de informatie uit de slides, de inhoud van de les en de kennisclips. Achteraan vind je de vragen en antwoorden van het werkcollege. Mocht er iets mis zijn met de samenvatting of wat geld wilt besparen, aarzel dan niet om me te contacteren. Heel veel succes!
samenvatting mechanisme van genetische aandoeninge
mechanisme van genetische aandoeningen
Written for
Universiteit Gent (UGent)
Geneeskunde
Mechanismen van ziekte
All documents for this subject (18)
Seller
Follow
mgrtgeneeskunde
Reviews received
Content preview
Mechanisme van
2024-2025
gene-sche
aandoeningen
Mechanismen van ziekte
Emma Degroote
3DE BACH GENEESKUNDE
,Inhoudsopgave
Inleiding.......................................................................................................................................................... 3
Waarom zijn gene-sche aandoeningen belangrijk? ........................................................................................... 3
Single gene aandoeningen .............................................................................................................................. 3
Muta-es: monogenisch ...................................................................................................................................... 3
OORZAKEN VAN MUTATIES ............................................................................................................................ 4
Spontane muta?es vs geïnduceerde muta?es .......................................................................................... 4
CAUSALITEIT VAN MUTATIES .......................................................................................................................... 5
Classifica?e van gene?sche varianten....................................................................................................... 5
Predic?e van func?oneel effect ................................................................................................................ 5
Karakteris?eken van nt/AA ................................................................................................................... 5
Database gnomAD ........................................................................................................................... 6
Segrega?e-analyse ............................................................................................................................... 6
In silico tools ......................................................................................................................................... 7
De zebravis ........................................................................................................................................... 7
Humane mRNA rescue experimenten ............................................................................................. 7
CRISPR-Cas9..................................................................................................................................... 7
Muta?es hebben soms uniek epigene?sch profiel .............................................................................. 8
Gevolgen van muta?e ............................................................................................................................... 8
Silent muta?es ..................................................................................................................................... 8
Missense muta?e ................................................................................................................................. 9
Splice site muta?es .............................................................................................................................. 9
Muta?es in niet-coderende regio’s .................................................................................................... 10
5’ untranslated region van een gen ............................................................................................... 10
effecten van muta?es en allel-specifieke gentherapie ................................................................................ 10
Effecten van muta?es.............................................................................................................................. 10
Allel-specifieke gentherapie .................................................................................................................... 11
Pseudoxanthoma elas?cum ............................................................................................................... 11
mozaïcisme voor muta?es: soma?sch vs. germinaal mozaïcisme ............................................................... 11
Soma?sche mozaïcisme .......................................................................................................................... 11
Ziekten veroorzaakt door mozaïcisme ............................................................................................... 12
X-gebonden paradoxale overerving.................................................................................................... 12
Craniofrontonasale dysplasie ........................................................................................................ 12
Germinaal mozaïcisme ............................................................................................................................ 12
Secundaire Effecten Van Muta?es ............................................................................................................... 12
dynamische muta?es ................................................................................................................................... 13
Werkingsmechanisme van dynamische muta?es ................................................................................... 13
Principe van dynamische muta?es ......................................................................................................... 13
Ziekte van Hun?ngton ........................................................................................................................ 14
Mechanisme van fenotypische variabiliteit ...................................................................................................... 15
genotype-fenotype correla?e en dissocia?e .............................................................................................. 15
Genotype-fenotype correla?e................................................................................................................. 15
Genotype-fenotype dissocia?e ............................................................................................................... 15
oorzaken van fenotypische variabiliteit van een ziekte ............................................................................... 15
modifier genen en hun bijdrage aan variabiliteit......................................................................................... 15
Copy number varia-es: chromosomaal ............................................................................................................ 16
Hoe leidt een CNV tot ziekte? ...................................................................................................................... 16
Varia?e van een CNV............................................................................................................................... 16
De UCSC genome browser ................................................................................................................. 16
Interac?es van structurele chromosoom varianten ................................................................................ 17
Monogenische aandoening ................................................................................................................ 17
Genen omvat door structurele variant .......................................................................................... 17
1
, Genen overlappen met structurele variant ................................................................................... 17
Gen dat structurele variant flankeren ........................................................................................... 17
Complexe aandoeningen .................................................................................................................... 18
CNV en monogenische aandoeningen .................................................................................................... 18
Long-range elementen en topologie-geassocieerde domeinen ......................................................... 18
Mechanisme van complexe aandoeningen .................................................................................................... 19
Defini-e van een complexe aandoening ........................................................................................................... 19
oorzaak van complexe aandoeningen.......................................................................................................... 19
Kenmerken van mul-factoriële aandoeningen ................................................................................................. 19
mul?factoriële overerving ........................................................................................................................... 19
suscep?biliteit- en modifiergenen ............................................................................................................... 19
Suscep?biliteit: drempelmodel ............................................................................................................... 20
Prak?sch nut van suscep?biliteitsfactoren......................................................................................... 20
Gen-omgeving interac?es ............................................................................................................................ 20
Epigene9sche mechanismen ......................................................................................................................... 21
Basisprincipe van de epigene-ca ...................................................................................................................... 21
Van epigene?sche mechanismen naar therapie .......................................................................................... 21
Vormen van epigene-ca ................................................................................................................................... 22
DNA methyla?e............................................................................................................................................ 22
Diabetes II en DNA methyla?e ................................................................................................................ 22
Histon modifica?es ...................................................................................................................................... 22
Diabetes II en histon modifica?es ........................................................................................................... 22
Non-coding RNA .......................................................................................................................................... 23
Micro-RNA............................................................................................................................................... 23
Werking micro-RNA ............................................................................................................................ 23
Micro-RNA in de kliniek ...................................................................................................................... 23
genomische imprin?ng ................................................................................................................................ 24
Principe van genomische imprin?ng ....................................................................................................... 24
Fysiologie van genomische imprin?ng ............................................................................................... 24
Prader-willi en Angelman syndroom ....................................................................................................... 24
Belang van imprin?ng en monogenische aandoeningen ........................................................................ 24
Epigene-ca en gene-sche tes-ng .................................................................................................................... 24
Chroma?ne remodeling genen ............................................................................................................... 25
Episign test ......................................................................................................................................... 25
Het mitochondriaal genoom ......................................................................................................................... 25
Mitochondriaal DNA ......................................................................................................................................... 25
mt-DNA: overerving via moeder .................................................................................................................. 26
Nucleaire transfer ................................................................................................................................... 26
, Inleiding
Waarom zijn gene-sche aandoeningen belangrijk?
Meer mensen met gene3sche aandoeningen dan mensen met kanker + HIV
- MAAR: heel veel verschillende gene3sche aandoeningen
E3ologie zeldzame aandoening beter gekend dan frequentere ziekten
- Meer extreme presenta3e: makkelijker om pa3ënten popula3e te selecteren
ñ Neurofibromatosis vs hoge bloeddruk
Geven inkijk op oorzaken en mechanismen die leiden tot frequentere aandoening
- NFI: neurofibromatosis en kanker
Kan e3ologie van sporadische ziekten prijsgeven: ATRX-syndroom
- Symptoom = hypospadie --> knock-out muis model
ñ Geen expressie en ontwikkeling genitaal tuberkel
ñ ATRX = cruciaal voor correct posi3oneren van urethra
- Geïsoleerde hypospadie = meest frequente urogenitale afwijking: e3ologie?
ñ Gene3sch onderzoek: muta3e in ATRX
ñ Gevonden door zeldzame gene3sche ziekte!
Belang van gene3sche mechanismen: diagnos3ek en therapie
- Snappen van mechanisme om juiste diagnos3sche testen aan te vragen
- Snappen van mechanisme om te begrijpen hoe therapie werkt
Single gene aandoeningen
Muta-es: monogenisch
Fout in DNA sequen3e van een gen:
- Muta3e in coderende regio --> abnormale eiwi8en, normale hoeveelheid
ñ Loss of func3on >>>
ñ Gain of func3on >>
ñ Nieuwe func3e >
- Muta3e in gen regula3e of dosage --> normale eiwit, abnormale hoeveelheid
ñ Verlaagde hoeveelheid: loss of func3on >>>
ñ Verhoogde hoeveelheid: gain of func3on >>
ñ Ongepaste expressie van gen >
˃ Verkeerde plaats = ectopisch
˃ Verkeerde 3jd = heterochronisch
® Groeifactor ac3va3e bij volwassene (tumor)
- Muta3e die RNA stabiliteit of splicing verstoort --> abnormale eiwit en hoeveelheid
De meeste frequente gene3sche afwijkingen zijn sporadische de novo muta3es
- Volledige stamboom met muta3es = zeldzaam/na8e droom
3
,OORZAKEN VAN MUTATIES
Opmerkelijk 1: verschil in muta3e-ra3o tussen verschillende genen
- Hoge muta3e-ra3o: neurofibromatose (NFI) en Duchenne (DMD gen)
- Lage muta3e-ra3o: ziekte van Hun3ngton (HD gen)
Opmerkelijk 2: Indien muta3es at random: transversies = 2 x transi3es in het genoom
1. Transi3e: nucleo3de blijc in dezelfde type
ñ Purines: A -> G of G -> A
ñ Pyrimidines: C -> T of T -> C
ñ 1 mogelijke uitkomst: A --> G
2. Transversie = nucleo3de wijzigt type
ñ Purine <-> pyrimidines (A -> T)
ñ 2 mogelijke uitkomsten: A --> C en T of T --> A en G
Þ Realiteit: transi3es >>> transversies
Opmerking 3: structuur DNA ≈ structuur Coca-cola
- Water, suiker, fosfaat, cafeïne
ñ Suiker --> deoxyribose
ñ Cafeïne --> N-beva8ende base: adenine, guanine, cytosine, thymine
˃ Cafeïne ≈ adenine: hoge dosis cafeïne ingebouwd in DNA i.p.v. A
Verklaring voor de verschillen:
1. Groo8e van het target gen
- Hoe groter het gen, hoe meer bp die gemuteerd kunnen worden
- DMD gen = een van de grootse genen
2. Aanwezigheid van hotspots: vatbaarheid ≠ at random
- Delen van genoom gevoeliger voor DNA schade
- Sequen3es die sneller spontane muta3es beva8en
- CpG eilanden!!! = HOTSPOT voor methyla3e
ñ Methyla3e van cytosine naast guanine = begin van het kwaad
˃ Deamina3e van gemethyleerd cytosine --> thymine
˃ Triggert verandering van aanliggende G --> A
ñ Meest frequente DNA modifica3e: 30% SN varia3es
ñ Ontstaat 25 x sneller dan andere varia3es
Spontane muta+es vs geïnduceerde muta+es
Spontane muta3es: geen externe factoren!!
- Produc3e van vrije radicalen:
ñ Inademen O2 : 8 elektronen --> 7 elektronen = radicaal
ñ Reageert met alles --> DNA schade
- Polymerase vergist zich --> DNA replica3e errors:
ñ Herstelmechanismen: Proofreading en mismatch repair
eiwit
ñ Fout in herstelmechanismen: muta3e
˃ Cruciaal plaats gen --> ziekte
- Gebeuren at random = meest frequent
Kan dit dus niet voorkomen of herhaling voorspellen, ouders dragen hier nooit schuld in!!
4
,Geïnduceerde muta3es: blootstelling aan externe factoren
- Straling: UV, radiotherapie
- Chemicaliën: chemotherapie
ñ DNA schade behandeling tumor –20 jaar--> nieuwe tumor door DNA schade
- Papilloma virus
CAUSALITEIT VAN MUTATIES
Is de varia3e effec3ef de oorzaak van de ziekte?
1. Classifica3e van gene3sche varianten
2. Predic3e van func3oneel effect (causaliteit)
3. Gevolgen van de muta3es
Classifica+e van gene+sche varianten
Classifica3e in 3 categorieën opdelen:
1. Klasse 1 + 2: normale gene3sche varia3e = goedaardig (<10%)
2. Klasse 3 = de gevreesde en grootste klasse
ñ Variants of unknown significance = VUS
ñ Weten niet of varia3e aanleiding geec tot ziekte
3. Klasse 4 + 5: ziekteverwekkende gene3sche varia3e = kwaadaardig (>90%)
Predic+e van func+oneel effect
Bepalen van de func3onele effecten van muta3e door verschillende technieken:
1. Karakteris3eken van nt/AA
2. Segrega3e-analyse
3. Computer algoritmes of in silico tools
4. Zebravis: CRIPR-Cas9 en Humane mRNA rescue experimenten
5. Uniek epigene3sch profiel
Karakteris)eken van nt/AA
Conserva)e tussen species: hoe sterker geconserveerd, hoe belangrijker AZ
- Conserva3e bij lagere organismen = belangrijker
- Muta3e in dit AZ --> sterk waarschijnlijk causaal
Type aminozuur/posi)e in het eiwit: collageen type 4
- Structuur = triple helix strengen aan elkaar gekoppeld via glycine
ñ Triple helix structuur = glycine X Y glycine X Y glycine X Y …
ñ Glycine = klein eiwit
- Muta3e: glycine --> X => grote bol => triple helix niet mooi samen
ñ Glycine subs3tu3e = causaal voor Ehlers-Danlos syndromes1
˃ Scheuren in bloedvaten, lelijke li8ekens, ..
ñ Subs3tu3e X of Y minder waarschijnlijk causaal
Frequen)e in ‘normale popula)e’
- Hoe frequenter varian3e in popula3e, hoe hoger kans dat het onschuldig is
- Popula3e specifieke frequen3e afleiden van gnomAD
1
Zie aheelding 1
5
,Database gnomAD2
Gen in gnomAD ingeven --> lijst van alle gene3sche varianten van het gen
- Met informa3e over:
ñ Variant effect predictor (VEP)
ñ Classifica3e van gene3sche variant
ñ Allele count = # allelen met specifieke variant
ñ Allele number = # allelen geteld
!""#"# %&'()
ñ Allele frequency = !""#"# ('*+#, = popula1e specifieke frequen1e
ñ Leecijdsdistribu3e
Belang van de gnomAD in predic3e van func3oneel effect:
1. Popula3e specifieke frequen3e: hoe frequenter, hoe onschuldiger
2. Leecijdsdistribu3e: beves3gen of uitsluiten
- Variant die mogelijks gepaard gaat met aangeboren afwijkingen
ñ Leecijdsdistribu3e: veel jonge mensen met variant
ñ Zeer onwaarschijnlijk ziekteverwekkend: database = gezond
- Niet-congenitale (late-onset) ziektebeelden: voorzich3g interpreteren!!
ñ Variant in database van gezonde individuen ≠ onschuldig!!!
˃ Leecijdsdistribu3e: 30-35j variant aanwezig --> gezond!!
˃ Nee! --> kan later symptomen ontwikkelen!
Opmerking: interpreta3e gebaseerd op de kennis van NU
- Bij nieuw onderzoek kan interpreta3e van variant veranderen
- Vroeger kleine popula3e: gene3sche fout --> grotere popula3e: normale varia3e
Segrega)e-analyse
De aanwezigheid van gene3sche variant gaan opsporen bij familie
- Eerste en belangrijkste stap!!
- Ideaal: grote familiestamboom met variant = ziek, geen variant = gezond
ñ Sterk bewijs dat varian3e causaal is
- Realiteit: geen grote familiestamboom, familieruzies, …
ñ Late onset: 20 jaar niet ziek, onset ziekte pas 40 jaar
˃ Nu aangeduid als ‘niet ziek’
ñ Incomplete penetran3e van muta3e: niet alle dragers
worden ziek
˃ Nooit voorspellen of ziekte zal ontwikkelen
2
= collec?e van popula?e varia?es ajoms?g van harmonized sequencing data van gezonde individuen.
6
,In silico tools
O.B.V computer algoritmes voorspellen of gene3sche variant een muta3e of polymorfisme is
- Sergio Herman van de gene3ca: allebei even mozg en nu8eloos
ñ Studie: variabele die 100% zeker muta3e in algoritme --> onschuldig varia3e
- Vaak tegenstrijdige resultaten: 10 algoritmes op 1 variabele --> 5 variant en 5 muta3e
De zebravis
Op basis van experimenten bewijzen dat variant echt een gene3sche muta3e is
- RNA sequencing op cel biopsie: genexpressie nagaan
ñ Huid, wi8e bloedcellen = gemakkelijk
ñ Hersenen, lever, longen = moeilijk/gevaarlijke biopten
Nood aan iets anders --> zebravissen met voordelen:
- Embryonaal doorzich3g: kijken naar ontwikkeling zonder dissec3e
- Gene3sch gelijkaardig aan mens: 70% homologie (3jgerhaai meer)
ñ Bijna elk menselijk gen equivalent bij vis
- Genoom is ‘gemakkelijk’ te editen + kweken gelijk konijnen
ñ 3 maanden mutant model
Humane mRNA rescue experimenten
Doel:
Bepalen of variant van onbekende betekenis in gen A oorzaak is van ziektebeeld
Experiment:
1. Gen A uitknokken bij zebravis (CRISPR = permanent, morpholino ≠ permanent)
2. Zebravis vertoont fenotype 😢
3. mRNA injecteren van pa3ënt
a. Fenotype verdwijnt: onschuldige varia3e van gen
b. Fenotype blijc bestaan
Bevindingen:
Situa3e a: onschuldige varia3e van gen
- mRNA func3oneert en eiwit wordt terug aangemaakt =>
RESCUE
Situa3e b: ziekteverwekkende varia3e (mutant) van gen
- mRNA func3oneert niet => GEEN RESCUE
CRISPR-Cas9
Onderdelen van CRISPR-Cas9:
1. RNA-guided Cas9 endonuclease: knipt DNA dubbelstrengig
2. Single-guide RNA: crRNA en tracrRNA
ñ crRNA: bevat spacer (20 nt) en bepaald DNA target
˃ Voor gen edi3ng enkel dit aanpassen
˃ In spacer: seed (8-10 nt na PAM) moet = DNA target
® Niet = --> geen binding!!!
ñ tracrRNA: bindt crRNA en rekruteert Cas9
7
,Werking van CRISPR-Cas93:
1. Ontwikkelen van guide RNA: crRNA matchen met gewilde DNA sequence
2. Samenstellen CRISPR-Cas9 complex en toedienen aan cel
3. Zoeken en binden op target DNA: specifieke sequen3e naast PAM4
a. Cas9 binding aan DNA: herkennen PAM
b. DNA matched crRNA: base paren van spacer RNA
c. Seed sequence check: perfecte match
- a,b en c oké --> stabiele binding
4. DNA cleavage door nuclease
- Target strand: 3 nt upstream van PAM (NCC)
- Niet-target strand: flexibel aantal nt (3,4,5) upstream van PAM (NGG)
Þ Blunt cut (elk 3 nt) of staggered cut (3 nt en 5 nt)
5. DNA herstel: Non-homologous end-joining (NHEJ) of homologe recombina3e (HRR)
- NHEJ: luie weg
ñ Verwijderen overhangende uiteinden door nucleasen en liga3e
˃ Verliezen van basen
ñ Mooie Chinese vaas aan elkaar plakken mits missende stukjes
- HRR: las3ge weg
ñ Perfect herstel door homoloog chromosoom gebruiken als template
˃ Geen verlies van base => normaal func3oneren
ñ Zelf template aanbieden: genome edi3ng!!
Muta)es hebben soms uniek epigene)sch profiel5
3D structuur van DNA en chroma3ne beïnvloed leesbaarheid van genen
- 3D structuur a}ankelijk van DNA methyla3e en chroma3ne remodeling
- Vaak ziekten met intellectuele disfunc3e: uniek methyla3e-patroon
ñ Bloedstaal pt met VUS --> uniek methyla3e patroon
˃ Bewijst causaliteit
ñ Enkel bij genen die instaan voor DNA methyla3e en chroma3ne remodelling!!
Gevolgen van muta+e
Muta3es kunnen aanleiding geven tot
- Nonsense = meest frequente varia3e bij ziekte
- Frameshic
- Silent
- Missense = meest frequente normale varia3e
- Splice site
Silent muta)es
Muta3e van DNA zonder AZ verandering (GGG --> GGA: Gly)
- Vaak geen effect van s3lle muta3e
- MAAR: kan splicing beïnvloeden!
ñ Muta3e: cryp3sche splice site ontstaan
3
Zie aheelding 2
4
PAM = = protospacer adjecent mo?f met 5’-NGG-3’ op ongepaarde niet-target streng
5
Zie pagina 24
8
, Progeria syndroom: p.(G608G) silent muta3e6
- Cryp3sche splice site in exon 11 --> verlies deel exon 11
- LMNA gen = lamin A proteïne die nucleair lamina vormt
ñ Farnesyl: bindt op lamin A met transport celkern --> nucleaire lamina
˃ Op juiste plaats: farnesyl ontkoppelt --> opbouw mooie lamina
ñ Muta3e lamin A: covalente binding farnesyl aan LA
˃ Op juiste plaats: kan niet ontkoppelen --> LA kriskras over elkaar
˃ Gevolg: apoptose en versnelde veroudering weefsel
Gevolgen van silent muta3es:
1. Silent muta3es hebben een effect op RNA
ñ mRNA: interac3e met het ribosoom/spliceosoom/tRNA
2. Oorzaak van varia3e aan aandoeningen
ñ Mucoviscidose, hemofilie B, diabetes mellitus, baarmoederhalskanker
3. Func3oneren als suscep3biliteitsfactor
ñ Risico op tuberculose
ñ Efficiën3e van medica3e (farmacogene3ca)
Missense muta)e
Muta3e van DNA + AZ verandering: missense muta3e vs single nucleo3de polymorfism (SNP)
- Missense muta3e: gen func3e om zeep
- SNP: gen func3e normaal => 2 mensen ≠ klonen
Sequencing van DNA: 1 gen tot volledig genoom
- 60 000 – 100 000 varianten per exoom (genoom – intronen = 22 805)
- Veel varianten maar moeilijk achterhalen of het een muta3e of SNP is.
ñ Zie predic3e van func3oneel effect
Splice site muta)es
Muta3e van DNA die invloed hebben op splice site
1. Klassieke splice site muta3es: muta3e op exon (-1) intron (+1) grens
- Per defini3e verandering van splice site
2. Diep intronische (splice site) muta3es: +10/+30/+835
- Kunnen splicing beïnvloeden en leiden tot ziekte
- Bv: familiale hypercholesterolemie met varia3e +97 --> cryp3sche splice site
ñ Reten3e intron 97 bp ≠ veelvoud 3 --> frameshic
˃ Premature stopcodon voor exon 15
˃ Veel kortere LDL-receptor --> nu8eloos --> nonsense mediated decay
˃ Geen LDL-receptor: LDL blijc in bloed
ñ Gevolg: risico har3nfarcten, perifeer vaatlijden, cholesterol opstapeling
ñ Autosomaal semidominante overerving
˃ Heterozygoot: fenotype intermediair
˃ Homozygoot: veel erns3ger fenotype 🪦
6
Zie aheelding 3
9
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 mgrtgeneeskunde. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $9.60. You're not tied to anything after your purchase.
