MENSELIJKE GENETICA
INHOUDSOPGAVE
Algemeen ..................................................................................................................................... 5
6 – Genregulatie & epigenetica ...................................................................................................... 6
6.1 – Genetische regulatie ................................................................................................................ 7
Promotors.................................................................................................................................... 7
Promotor: aan/uit knop van genen ............................................................................................ 7
Consensus sequenties voor promotors ..................................................................................... 7
Enhancers & silencers .................................................................................................................. 7
Topologically associating domains (TADs) ................................................................................. 8
Transcriptiefactoren............................................................................................................... 10
PAX6 gen gereguleerd door ver afgelegen enhancers ............................................................... 11
RNA splicing & RNA editing ......................................................................................................... 11
Trans acting regulatorische eiwitten ............................................................................................ 13
Regulatie van Fe opname ....................................................................................................... 13
Genregulatie voor ferritine & transferrine................................................................................. 14
miRNA’s en miRNA sponzen ....................................................................................................... 15
miRNA’s ................................................................................................................................ 15
RNA interference (RNAi) ......................................................................................................... 15
PTEN tumor suppressor gen ................................................................................................... 16
Competing endogenous RNA’s ............................................................................................... 16
6.2 – Epigenetische factoren .......................................................................................................... 16
Veranderingen in chromatine structuur ....................................................................................... 17
Modificatie van histonen en histon varianten ............................................................................... 18
Histonstaarten & modificaties ................................................................................................ 18
Histoncode & varianten .......................................................................................................... 19
Voorbeelden van histonmodificaties ....................................................................................... 19
Voorbeelden van histon H2A en H3 varianten .......................................................................... 20
Figuur: samengevat ................................................................................................................ 20
DNA-methylatie ......................................................................................................................... 20
DNA-methylatie inhibeert gentranscriptie ............................................................................... 20
DNA-methylatie tijdens ontwikkeling ...................................................................................... 21
Noncoding RNA’s ....................................................................................................................... 22
Genomische imprinting .............................................................................................................. 25
X-chromosoom inactivatie .......................................................................................................... 26
6.3 – Abnormale epigenetische regulatie en erfelijke ziektes ............................................................ 28
Principes van epigenetische dysregulatie .................................................................................... 28
Chromatineziekten tgv mutaties in genen voor chromatine modifiers ........................................... 28
Ziekten tgv dysregulatie van heterochromatine ............................................................................ 29
Uniparentale disomie en imprinting ziekten ................................................................................. 32
1
,7 – Pathogene genetische variatie................................................................................................. 38
7.1 – Hoe genetische varianten ziektes veroorzaken ........................................................................ 38
7.2 – Pathogene nucleotidesubstituties en kleine inserties & deleties ............................................... 39
Pathogene SNV’s in coderend DNA ............................................................................................. 39
Mutaties die premature stopcodons en pathogene splicing veroorzaken....................................... 41
Frequentie van pathogene puntmutaties ..................................................................................... 44
Mutatie database ....................................................................................................................... 46
7.3 – Matig tot grootschalige pathogene mutaties veroorzaakt door repetitief DNA ............................ 47
Repeats in coderend DNA ........................................................................................................... 47
Repeats in niet-coderend DNA .................................................................................................... 48
Misalignering bij homologe recombinatie .................................................................................... 52
Genconversie............................................................................................................................. 53
7.4 – Chromosoomafwijkingen ....................................................................................................... 57
Numerieke afwijkingen ............................................................................................................... 57
Down-syndroom: 47,XX,+21 of 47,XY,+21 ................................................................................ 58
Monosomie X of Turner-syndroom: 45,X .................................................................................. 60
Klinefelter-syndroom: 47,XXY ................................................................................................. 61
Triple X-syndroom: 47,XXX...................................................................................................... 61
Structurele afwijkingen ............................................................................................................... 62
Gebalanceerde of ongebalanceerd ......................................................................................... 64
7.5 – Het effect op het fenotype ...................................................................................................... 68
Mitochondriële heteroplasmie als voorbeeld ............................................................................... 68
Loss of function en gain of function mutaties ............................................................................... 69
Dominant negatief effect ............................................................................................................ 73
7.6 – Proteïnestructuur en moleculaire pathologie ........................................................................... 76
Prionziekten ............................................................................................................................... 76
7.7 – Genotype-fenotype correlaties ............................................................................................... 77
Collageenziekten ....................................................................................................................... 77
Hemoglobineziekten .................................................................................................................. 78
Sikkelcelanemie .................................................................................................................... 79
Thalassemie .......................................................................................................................... 80
Fenylketonurie ........................................................................................................................... 83
8 – Genidentificatie & complexe ziektes........................................................................................ 85
8.1 – Identificatie van genen voor erfelijke (monogene) ziekten ......................................................... 85
Oefeningen ..................................................................................................................................101
Positionele klonering ................................................................................................................. 106
Exome seq ................................................................................................................................ 112
10 – Kankergenetica/Oncogenetica ............................................................................................ 116
Genomische instabiliteit ...............................................................................................................116
Behoud van genomische integriteit ........................................................................................... 116
2
, Caretaker mechanismen bij kleine foutenlast ................................................................................117
Instabiliteit van nucleotidensequentie en kanker ....................................................................... 117
Chromosomale instabiliteit ...........................................................................................................122
Chromosomenaantal en kanker ................................................................................................ 122
Nieuwe inzichten door genoomwijde studies ..................................................................................124
Genoom sequencing studies .................................................................................................... 124
Genexpressie studies ............................................................................................................... 125
Kankertherapieën ontwikkeld dankzij high throughput data .............................................................126
11 – Genetische testen............................................................................................................... 127
Eugenetica, Lysenko .................................................................................................................. 131
Eugenetica ...................................................................................................................................131
Lysenko affaire .............................................................................................................................132
Epigenetische overerving ........................................................................................................... 134
Geslachtsbepaling en het menselijke Y-chromosoom ................................................................. 138
Gentherapie .............................................................................................................................. 141
Complexe genetica.................................................................................................................... 145
Complex vs monogeen .................................................................................................................145
Spectrum van erfelijke ziekten .................................................................................................. 145
De polygene theorie ................................................................................................................. 146
Herhalingsrisico’s .................................................................................................................... 148
Heritabiliteit en familale clustering............................................................................................ 150
Genoomwijde associatiestudies (GWAS) .......................................................................................155
Verschil met monogene ziekten ................................................................................................ 155
Principe van allelische associatiestudies .................................................................................. 156
Genoomwijde associatiestudie ................................................................................................. 160
Post-GWAS resultaten ..................................................................................................................163
Identificatie van de causatieve variant ....................................................................................... 163
Laag-frequente varianten.......................................................................................................... 165
De novo varianten .................................................................................................................... 168
Duplicaties, deleties en copy number varianten......................................................................... 168
Gen-gen en gen-omgeving interactie ......................................................................................... 169
Conclusies ...................................................................................................................................171
Gastles: Thoracaal aorta aneurysma: van molecule tot medicijn ................................................. 174
Introductie ...................................................................................................................................174
TGFbèta .......................................................................................................................................176
Extra bewijs van Loeys-Dietz syndroom..........................................................................................177
3
, Nog meer bewijs ...........................................................................................................................179
TGFb: road to therapy ...................................................................................................................181
Gastles: liquid biopsies ............................................................................................................. 183
Inleiding .......................................................................................................................................183
Liquid biopsies in research setting .................................................................................................185
Galleri test ............................................................................................................................... 185
Liquid biopsies in klinische praktijk ................................................................................................187
EMSO recommendation ........................................................................................................... 187
Gastles: Tumor predispositie syndromen ................................................................................... 190
Introductie ...................................................................................................................................190
Tumor predispositie syndroom ......................................................................................................191
Gastles: dysmorfieën ................................................................................................................ 194
Gastles: microbioom & ontwikkeling nieuwe GM......................................................................... 200
Oefeningen ............................................................................................................................... 207
Zelfstudie 1: Nomenclatuur ....................................................................................................... 216
Doelstellingen ..............................................................................................................................216
1: Niveau aangeven: DNA, RNA of eiwit ..........................................................................................216
2: Positie van de verandering aangeven ..........................................................................................217
3: Aard van de verandering aangeven .............................................................................................218
Oefeningen ..................................................................................................................................220
4
,ALGEMEEN
• Examen
o Gesloten boek, open vragen (theoretische vragen & oef)
o Vakterminologie gebruiken: mag zowel Nederlands als Engels
o Geen ZRM, geen uurwerken, doorzichtige drinkbus & pennenzak (max 10
stuks), geen potlood, doorzichtige verpakking eten
• Slides kennen voor examen, is wel samengevat dus wel boek lezen om topics te
begrijpen, maar niet-behandelde topics in boek moet je niet kennen
• 3 zelfstudie-opdrachten: studiemateriaal + op te lossen vragen à
responsiecollege (zie Bb)
o Nomenclatuur
o Technieken variant detectie
o Gene editing
§ Technieken + voor- & nadelen
• Additionele topics (niet in boek)
o Eugenetica & Lysenko, Y-chromosoom, epigenetische overerving, exome
seq, positionele klonering
• Gastlessen (zie Bb) = verplicht!
• Oefeningensessie in 2 groepen (zie Bb) = verplicht! (laatste les)
o Oefeningen voorbereiden
o Geen quotering voor examen
5
,6 – GENREGULATIE & EPIGENETICA
• Regulatie van genexpressie: cis & trans acting
o Cis acting regulatie op DNA-niveau: regulatorische sequenties: promotors
& enhancers/silencers
o Cis acting regulatie: DNA of RNA sequentie die reguleert op zijn eigen DNA
streng (bvb promotor)
o Trans acting regulatie: kan op eigen DNA-streng reguleren maar ook op
andere strengen, verloopt via diffundeerbare factor (RNA of eiwit)
• Cis acting elementen in RNA
o Cis regulatie op mRNA
niveau via 5’ en 3’ UTR
o Worden gebonden door
trans activerende eiwitten
en miRNA’s (microRNA)
o Veel voorkomend, vooral miRNA binding op 3’ UTR
• Cis & trans acting genregulatie
o Cis acting regulatorisch element: altijd DNA of RNA sequentie
§ Gen regulatie op dezelfde DNA streng
§ Reguleert 1 gen
§ Reguleert 1 allel
§ Bvb promotor, enhancer
o Trans acting regulatorisch element: altijd eiwit of RNA molecule
§ Eiwit of RNA dat migreert door diffusie, reguleert op afstand
§ Bindt op een regulatorisch element (korte DNA sequentie)
§ Reguleert beide allelen van een gen
§ Kan meerdere genen tegelijkertijd reguleren
o Regulatie is altijd een combinatie van cis en trans
§ Enhancer (cis) en transcriptiefactor (trans) die erop bindt
§ miRNA bindende sequentie (cis) en miRNA (trans) dat erop bindt
6
,6.1 – GENETISCHE REGULATIE
PROMOTORS
PROMOTOR: AAN/UIT KNOP VAN GENEN
• RNA pol II: schrijft eiwit coderende genen, lncRNA’s, en miRNA’s af
o Vormt een groot transcriptie initiatie complex met algemene
transcriptiefactoren
o Vormt zich op (cis-acting) consensus sequenties in de buurt van de
transcriptie start plaats: De Promotor
• RNA pol I: schrijft meeste ribosomale RNA’s af
• RNA pol III: schrijft tRNA genen, 1 ribosomaal RNA, en sommige kleine RNA’s af
CONSENSUS SEQUENTIES VOOR PROMOTORS
• RNA pol II promotor bevat typisch:
o BRE: TFIIB recognition element
§ TFIIB = transcriptiefactor IIB
o TATA box
o Inr: initiator element (A = transcriptiestartplaats)
o DPE: downstream core promotor element
§ Downstream tov startplaats
• Veel voorkomende elementen, maar geen ervan is nodig noch voldoende voor
promotor activiteit
• Vele promotors hebben geen van deze elementen
• 70-100 bp waarin deze sequenties zitten (geen duizenden bp voor promotor)
• Geen sequenties kennen (wel TATA box)
ENHANCERS & SILENCERS
• Cis acting sequenties van typisch 4-9 bp
• Bevinden zich zowel stroomopwaarts als stroomafwaarts
o In vele gevallen binnen de 1,5 kb, maar vaak (veel) verder
7
, • Enhancers: versterken expressie
• Silencers: onderdrukken expressie
• Boundary sequenties:
o Insulators: blokkeren interactie tussen enhancer en promotor door
regulatorische eiwitten te binden
o Barrière elementen tussen euchromatine en heterochromatine (zie verder
6.3) à zorgen ervoor dat juiste stukken ingepakt worden en juiste stukken
opengesteld worden
Let op het grote verschil tussen epigenetische en genetische boundary
sequenties
• Op figuur staat enhancer altijd Li
maar kan even goed Re staan
• Transcriptiefactoren zijn DNA
bindende eiwitten
• Binden op cis acting sequenties
• Combinatorial: verschillende
transcriptiefactoren binden tegelijkertijd
• Co-activatoren en co-repressoren
o Moduleren de actie van transcriptiefactoren zonder dat ze DNA binden
o Werken via eiwit-eiwit interacties met regulatorische eiwitten
TOPOLOGICALLY ASSOCIATING DOMAINS (TADS)
• Niet in boek
• Domein in DNA met
enhancers en silencers die
binnen domein werken maar
niet erbuiten dus werken
niet op genen daarbuiten
o Gekleurde driehoeken: bepalen interactioes tussen stukken DNA
o HiC is bvb techniek: welke stukken DNA komen in elkaars buurt
o Tussen domeinen zitten insulators = bep sequenties waar eiwitten op
binden
• Genomische regio die promotor-enhancer interacties limiteert: alleen binnen
domein, niet erbuiten
• Afgebakend door boundaries (zie afb)
• Evolutionair geconserveerd tussen species
o Grote stukken bij muis waarbij volgorde van genen zelfde is als bij mens
• Worden bepaald via genoomwijde interactie studies
8
,• Correlatie met chromatine structuur domeinen
o Vaak in 1 keer in- of uitgepakt in heterochromatine of euchromatine
• Verklaren hoe deleties en inversies nabijgelegen genen buiten de deletie of
inversie kunnen beïnvloeden
• CCCTC binding factor (CTCF)
o Zink finger insulator proteïne
o Bindt consensus sequentie met drie repeats
van CCCTC
o Kan interacties tussen enhancer en promotor
beperken
§ Minimale interactie nog wel tussen
versch domeinen
o Aangerijkt aan TAD boundaries
• Chromosomen bezetten bep regio
binnen kern
o Kan beetje overlappen
maar niet veel
o Associatie met nucleaire
lamina
o Loops kunnen ofwel in
euchromatische toestand
zijn (geen expressie) of
heterochromatisch (actief)
o Enhancers kunnen op
dichtbij gen werken of
verder gelegen genen
• Foute expressie van WNT6 dmv
mislocalisatie van enhancers van
een nabijgelegen gen leidt tot
syndactylie van het F-syndroom
o Enhancer gewisseld van regio
9
, • Overexpressie van LMNB1 dmv deletie van boundary leidt tot ADLD
o Leukodystrofie (afb): deletie opgetreden à boundary weggevallen: 2
blokken fuseren dus LMNB1 oiv van andere enhancers
TRANSCRIPTIEFACTOREN
• DNA bindende motieven
o Basen hydrofoob dus in midden DNA
o Zink finger motief kan voelen in DNA en basevolgorde voelen
§ Lopen continu langs DNA met vinger in grote groeve tot ze
sequentie vinden die ze herkennen en dan binden ze
§ Zijn lang gebruikt voor gene editing maar nu betere technieken
> Je kan ze zo editen dat ze veranderen dat ze sequentie naar
keuze herkennen
10
