CEL 4: PARTIM GENETICA
H1: INLEIDING
Genen: verantwoordelijk voor het overbrengen van erfelijke kenmerken naar volgende
generaties, we onderscheiden 2 types; dominant en recessief
De moleculaire structuur werd ontdekt door Watson en Crick, nl de dubbele DNA-helix
De ontrafeling van de genetische code: DNA à RNA à eiwit
Het menselijk genoom bestaat uit 46 chromosomen, chromosomen zijn de dragers van onze
erfelijke info (DNA), en is een opeenvolging van nucleotiden (A,T,G,C)
DNA-ketens zijn gewikkeld rond gespecialiseerde eiwitten (histonen) die in groepjes een
nucleosoom vormen. De modificaties van de chromatinedraad hangen sterk af van enzymen
die samen met transcriptie factoren belangrijke rol spelen in de regulatie van genexpressie
à Chromatinecondensatie is vereist om celdeling te kunnen ondergaan
De belangrijkste technologische evoluties zijn de
- Sanger sequencing
- PCR: polymerase chain reaction
- HGP: humaan genome project
-
H2: CHROMOSOMALE BASIS VAN ERFELIJKHEID
2.1 inleiding en historiek
Cytogenetica: chromosomen onderzoek, structuur en overerving
Chromosomen bevatten ongeveer 22.000 eiwit-coderende genen. Hun plaats op een bepaalde
chromosoom noemen we een genlocus
à chromosomen worden tijdens mitotische fase onderzocht omdat ze geconcentreerd zijn
Geel = kinetochoren; blauw= chromosomen (DNA) gekleurd met DAPI
Er zijn 3 checkpoints (CDK’s):
- Tijdens M-fase: check voor chromosoom spoelfiguur
- Tijdens G1-fase: check voor groeifactor, cel schade en
voedingsstoffen
- Tijdens G2-fase: check voor celgrootte en replicatie
G0-fase: cellen in rust die niet delen
S-fase: DNA verdubbelt à geremd door MTX
2.2 de celcyclus
Tijdens de embryonale ontwikkeling en tijdens ons leven worden steeds afgestorven cellen
vervangen door een exacte kopie van het erfelijk materiaal dat van moeder naar dochtercel
wordt doorgegeven
,Mitose = Proces dat optreedt bij deling van somatische cellen waarbij erfelijk materiaal dat
vooraf is verdubbeld, verdeeld wordt over 2 dochtercellen. Van elk van de 46
chromosomen wordt een exacte kopie gemaakt en zullen de identieke
chromosoomkopieën gescheiden worden en elk in een dochtercel terecht komen
à Tijdens DNA-replicatie zal ook DNA-schade hersteld worden zodat we 2 identieke
dochtercellen krijgen
è De celcyclus kan opgedeeld worden in 2 fasen: mitose (5 fasen) + interfase (3 fasen)
De 3 fasen van de interfase
- G1-fase: cel bereidt zich voor op replicatie
- S-fase: DNA-synthese, DNA zal verdubbelen en elk chromosoom bestaat nu uit 2
zusterchromatiden die door cohesines aan elkaar gebonden zijn
- G2-fase: fase van celgroei, waarin cel zich voorbereidt op effectieve mitose
De checkpoints (CDK) zorgen bij te ernstige schade voor celdood/apoptose
à toepassing: bij kanker loopt iets mis door mutaties in de checkpoints waardoor er
ongecontroleerde cel proliferatie plaatsvindt (geen tumorsurpressor)
à snel delende cellen:
- Huidcellen (opp laag) en epitheelcellen van maagmucosa
- Haarcellen: link chemotherapie, haar verlies door stopzetten proliferatie cellen
- Tumor- en kankercellen
- Embryonale cellen (iedere 24u verdubbelt) en stamcellen (=beenmergcellen)
T-lymfocyten delen niet echt, hun voorlopercellen in de thymus zullen wel snel delen
(voorloper = hematopoesis)
Spermacellen delen niet, maar hun voorlopers (spermatocyten) delen wel nog
De 5 fasen van mitose:
- Profase: chromatinedraden condenseren en individuele chromosomen worden zichtbaar
spoelfiguren beginnen te vormen en centrosomen bewegen naar de 2 polen
- Prometafase: desintegratie van nucleair membraan waardoor chromosomen thv
centromeer kunnen vasthechten aan de spoeldraden en bewegen naar het
equatoriale vlak
- Metafase: max graad van condensatie en definitieve schikking in het equatoriale vlak,
cohesine tussen zusterchromatiden zal desintegreren waardoor
zusterchromatiden enkel aan hun centromeer met elkaar verbonden zijn
- Anafase: zusterchromatiden wijken uit elkaar naar tegengestelde polen
= chromosoomsegregatie
, - Telofase: decondensatie van chromatine en herstel van nucleaire membraan rond beide
dochterkernen, er ontstaat dus 2 cellen uit 1 cel met elk volledige erfelijke
materiaal dat in de S-fase gekopieerd werd
- Cytokinese: de cel deelt
Fouten tijdens mitotische deling:
- Congenitale (aangeboren) afwijkingen: veroorzaakt door fouten in genen
verantwoordelijk voor mitotische checkpoints
- Syndroom van Roberts: gekenmerkt door vertraagde groei, korte ledematen en
microcefalie, veroorzaakt door defect in gen dat zorgt voor
alignering + cohesie van zusterchromatiden tijdens S-fase
- Veel kankers/maligniteiten worden veroorzaakt door verstoorde timing van de
celcyclus, vaak met het omzeilen van checkpoints (CDK meestal defect door mutatie)
2.3 de menselijke chromosomen – het humane karyotype
Alle somatische cellen bezitten 46 chromosomen (=23 paar homologe chromosomen)
à 1 paar chromosomen zorgt voor ons geslacht = gonosomen XY of XX
à 22 ander paar chromosomen = autosomen
Karyotypering:
- 5-10 ml bloed op heparine afgenomen
- Fytohemagglutinine heeft sterk mitogene activiteit op T-lymfocyten (eenvoudige bron
voor delende cellen)
- Na 2 à 3 dagen wordt celdeling gesynchroniseerd door toevoegen methotrexaat,
hierdoor kan geen thymidine worden ingebouwd (noodzakelijk voor S-fase) en zullen
alle delende cellen blokkeren aan begin van S-fase
- Na 17u wordt methotrexaat weggewassen en voegen we thymidine toe waardoor alle
cellen samen starten aan S-fase
- Na 13u zullen alle delende cellen zich in de mitotische fase bevinden, de cellen worden
in dit stadium gestopt door toedienen van colchicine (= blokkage tussen metafase en
anafase waardoor cellen in equatoriale vlak blijven, verhindert vormen spoeldraden)
- 2 uur na colchicine-behandeling worden chromosomen geoogst en krijgen cellen een
hypotone behandeling waardoor WBC opzwellen (+ chromosomen spreiden) en RBC
lyseren (deze worden weggewassen door fixatief)
- De chromosoomsuspensie wordt op een glazen preparaat gebracht, waarna een
specifieke kleuring (Giema) zorgt voor ‘barcode’ (=G-banding) die uniek is voor ieder
chromosoom (vooral AT-rijke gebieden gekleurd)
- Als laatste gaan we kartyotyperen = chromosomenkaart opstellen
, 2.4 menselijke chromosomen: structuur en nomenclatuur
De positie van het centromeer zorgt ervoor dat we chromosomen kunnen onderscheiden:
- Metacentrisch: centromeer in midden van chromosoom
- Telocentrisch: centromeer volledig aan uiteinde chromosoom (niet bij de mens)
- Submetacentrisch: centromeer in midden van chromosoom
- Acrocentrisch: centromeer ongeveer tussen uiteinde van chromosoom (korte P-arm,
bestaande uit repetitieve regio’s en groot aantal kopieën van genen die
coderen voor rRNA vb: Chr 13, 14, 15, 21 en 22)
Centromeer:
- is de insnoering waar de vasthechting van chromosomen
met microtubuli tijdens de mitose en meiose zal optreden
- verdeelt ieder chromosoom in P- en Q-arm
Er bestaat een internationale nomenclatuur die aan iedere chromosoomband en subband een
nummercode toekent, op deze manier kunnen chromosomale afwijkingen op een eenvoudige
manier in een formule beschreven worden
à vroege analyse (prometafase) zorgt voor lange chromosomen waar meer banden
zichtbaar zijn en dus hogere resolutie onderzoek mogelijk is
à meestal is karyotype een voorstelling van de metafase waarbij ongeveer 400 G-bands
zichtbaar zijn
Trisomie 21: syndroom van Down
à Fenotypische variabiliteit:
- 4% Robertsoniaanse translocatie, ouders kunnen dragen zijn en dus verhoogd
dragersrisicio
- 95% ‘losse’ trisomie 21, meestal van maternale afkomst als gevolg van non-disjunctie
in meiose 1 met een herhalingsrisico <1%
- 1% mozaïcisme, postzygotische non-disjunctie of postzygotische anafase lag
à incidentie 1/800, met veel klinische kenmerken
- Typisch gelaat + nekplooien
- Vroegtijdige dementie
- Verlaagde immuniteit en hartproblemen
- Afwijkingen maag en darm
à from genotype to fenotype (trisomie 21)
- Enkele kritische regio’s op chr 21
- De meeste van onze genen zijn non-sensitive voor gen dosage, meestal 1 kopij genoeg
- Sommige genen zijn dosage gevoelig en mogen max in 2 kopijen voorkomen, anders
worden teveel eiwitten aangemaakt (vb transcriptiefactoren, enzymen, … )
Liability treshold model: vb 3 kopijen van gen dosage gevoelig gen, maar promotor kan
actiever of minder expressief zijn in 1 van de 3 kopijen. De activiteit van de 3 promotoren
samen bepalen de fenotypische verschijnselen als de treshhold al dan niet overschreden
wordt en bepaalt dus ook de fenotypische variabiliteit
