2021-2022 Pathogenetica
DEEL 1: Algemene aspecten van de
pathogenetica en populatiegenetica
Meriban Van Renterghem
1E MASTER DIERGENEESKUNDE
,1
, H0: Inleiding
− Examen:
→ Leerstof : slides + vragen in de les
→ Op examen:
▪ Voorbeeldexamenvragen online, formules begrijpen niet kunnen reproduceren
behalve als er een (!) staat
▪ 25% meerkeuze en 75% open vragen
▪ Inzicht in de leerstof
▪ Balans tussen theorie en inzicht, als je enkel reproduceert, dan ben je niet
geslaagd
▪ Basis : slides, uitgeschreven cursus online (maar additionele info)
▪ Examen van vorig jaar zal niet hetzelfde zijn want het is nieuwe prof !!
− Genetica komt vaak in de media terecht, vaak gaat het over slechte hondenfokkerij.
→ Assistentiehonden = overkoepelende term voor blindengeleidehonden,
hulphonden, hoorhonden en meldhonden (dit zijn honden die aangeven dat er een
hypoglycemie of epilepsieaanval aankomt, ze kunnen aankondigen dat er iets zal gebeuren)
▪ Van alle assistentiehonden die als pup worden aangekocht, wordt 40%
afgekeurd
▪ De voornaamste oorzaak zijn de orthopedische aandoeningen, maar soms is
dat ook het gedrag dat niet optimaal geschikt is
▪ Deze aandoeningen hebben een erfelijke basis → door selectief te fokken kan
je het afkeuringspercentage doen dalen en zo meer mensen helpen
▪ Een hoge afkeuring zorgt voor grote financiële verliezen
▪ De gemiddelde kostprijs per afgekeurde hond is meer dan 10 000 euro
→ Fokkers en dierenartsen kunnen helpen met genetica die in de media komt
▪ Men moet correct advies geven voor het fokken, de eigenaars informeren,
ziekte preventie, wetenschappelijke analyses uitvoeren en aandoeningen
diagnosticeren
2
,3
, H1: Niveau van DNA
1. Terminologie
− Genoom = al het erfelijke materiaal in een cel
→ Dit is de optelsom van het DNA op de chromosomen, met het mitochondriaal DNA
→ Hoe groot is het genoom? Gigantisch groot.
Is er een link tussen het aantal eiwitcoderende genen en de complexiteit van het organisme?
Eiwitcoderende genen is niet het enige dat belangrijk is in
de complexiteit van organismen (een druif heeft er meer dan de
mens)
Een eiwitcoderend gen kan coderen voor meerdere
eiwitten, de complexiteit van zo’n genen bij de mens is
veel groter
Ook andere genen zijn verantwoordelijk voor deze
complexiteit (bv: non-coding RNA)
- Zij maken geen eiwit, maar beïnvloeden het
expressieniveau (=mate waarin iets aanwezig zal zijn)
- Hoog ontwikkelde organismen zijn hier sterk in
(namelijk in meer of mindere mate tot expressie brengen van
bepaalde genen)
→ Is de contributie van beide ouders gelijk naar de nakomelingen toe?
▪ Mitochondriaal DNA is van maternale oorsprong
▪ Maar algemeen genomen zegt men wel dat er 50%-50% contributie is
(chromosomaal DNA is mooi gelijk verdeeld)
▪ Wel is het zo dat maternaal gedrag tov het nest effecten heeft op het opgroeien
van het jong, maar dit is epigenetisch, niet erfelijk
− Locus = een plaats op het genoom
→ Bv: een plaats op chromosoom 16 bij de hond: NC_006598.3:g.59380814
▪ NC_006598.3 = chromosoom van de hond
▪ g. = op DNA niveau (genoom)
▪ 59380814 = exacte plaats op het chromosoom
− Variant = verschil tov de referentie
→ Het genoom van een persoon wordt gesequeneerd en wordt beschouwd als referentie
→ Een variant is wanneer er een verschil is tov de referentie, maar iedereen heeft een
ander genoom dus humane genomen zijn allemaal varianten
− Mutatie = zeldzame variant (frequentie < 1%)
4
, − Polymorfisme = frequenter voorkomende variant (frequentie > 1%)
→ MAAR de treshold van dit is zeer subjectief, er is geen verschil tussen bvb. 1.1% en 0.9%
Vaak wordt er een associatie gemaakt tussen “ziekte” en één van deze 3 termen. Welke van de 3 denk
je op basis van de definitie?
→ Een mutatie is ziekteveroorzakend
→ In het algemeen is ziekte weinig voorkomend, maar als je kijkt bij huisdieren (zeker honden) dan
komen sommige mutaties (en dus ziektes) frequent voor door slecht fokken
→ Het onderscheid op basis van een cut off van voorkomen is niet correct, vandaar dat men beter
“variant” gebruikt
− Allel = de verschillende ‘versies’ van een locus
→ Normaal/wildtype vs. abnormaal/mutant allel
Het wordt aangeraden om gebruik te maken van de terminologie “variant” en “allel”.
Gebruik mutatie als het gaat over het eigenlijke veranderen van een sequentie.
Voorbeeld van een variant
Je kan kijken op genomisch niveau, maar ook op
andere niveaus
Bv: op coderende en eiwit niveau
- c = coderend op eiwitniveau
- p = protein op eiwitniveau
De correcte notatie is belangrijk
− Genotype = de genetische samenstelling van een individu op een bepaalde plaats (locus) in
het genoom
→ Bv: een plaats op chromosoom 16 bij de hond: NC_006598.3:g.59380814C>A
▪ NC_006598.3:g.59380814= eigenlijke locus
▪ C en A = allelen C en A
▪ Hierbij zijn verschillende genotypes mogelijk: CC, CA en AA
• CC en AA = homozygoot
• CA = heterozygoot
2. Hoe gaan we varianten classificeren?
1.1. Grootte
− 1 bp tov het volledige chromosoom of genoom
− De cutoff is zeer abritrair:
→ Boven 50 bp wordt het genoom beschouwd als grote variant (structurele variant)
→ Onder 50 bp wordt het beschouwd als kleine variant.
5
,1.2. Eigenlijke DNA-verandering
− Deletie = verwijdering van één, enkele tot grote aantallen nucleotiden
− Insertie = additie van één, enkele tot grote aantallen nucleotiden
− Substitutie = vervanging van één tot enkele nucleotiden
− Puntmutatie = deletie, insertie of substitutie van één nucleotide
→ Substitutie van 1 nucleotide = Single nucleotide polymorphism of single nucleotide
variant (voorkeur voor variant qua nomenclatuur, zie hierboven)
− Inversie = een stukje DNA wordt omgedraaid
− Duplicatie = een stukje DNA wordt herhaald
− Translocatie = een stukje DNA wordt verplaatst
Bij structurele varianten heb je 2 soorten groepen:
→ Gebalanceerd = enkel verschuiving van een stukje genoom, geen verschil in grootte van het
genoom, wordt dus niet kleiner of groter
→ Ongebalanceerd = genoom wordt groter of kleiner
1.3. Effect op eiwitniveau:
− Het effect van eiwitcoderende genen is veel gemakkelijker in te schatten dan dat van de
niet-eiwitcoderende genen
− De NEG hebben vaak effect op de transcriptie en het expressie niveau, maar dat effect is
veel moeilijker te bepalen
1) Silent of synonymous mutatie = geen effect op de aminozuursamenstelling
▪ U wordt vervangen door C, maar op aminozuurniveau blijft dit Gly
▪ Dit wil niet zeggen dat er geen effect zal zijn op het fenotype, want de structuur
van het DNA verandert lichtjes en dat kan effect hebben, maar de samenstelling
van het AZ veranderd niet
Hoe kan het dat er éénzelfde AZ wordt ingebouwd terwijl er een andere base zit
Dit heeft te maken met de redundantie van de codons
Verschillende codons coderen voor éénzelfde AZ
Vaak zijn de 2 eerste basen in één triplet dezelfde en de laatste
verschilt
Deze redundantie zorgt ervoor dat veel mutaties geen effect zullen
geven, meestal zal dat geen problemen geven in de AZ samenstelling
6
, 2) Missense mutatie = aminozuur wordt vervangen door een ander aminozuur
3) Nonsense mutatie = codon voor aminozuur wordt vervangen door een stopcodon
4) Frameshift mutatie = een deletie of insertie gepaard met een lengte verschillend
van 3
▪ Indien lengte = 3 : er zal gewoon ergens 1 AZ minder of meer tussenkomen
▪ Indien lengte 3 : het vervolg van AZ is totaal verschillend, want het leesraam
verandert volledig → je krijgt een totaal nieuw eiwit
1.4. Pathogeniciteit:
− Dit is niet makkelijk om te classificeren, want er zijn vaak veel mutaties bij één individu
→ Je moet gaan kijken welke mutatie de ziekte heeft veroorzaakt
→ Je moet beslissen of een variant ziekteveroorzakend is of niet
→ Dit is een heel groot proces waarbij er criteria moeten worden afgewogen tov
elkaar om te kunnen bepalen of het mutatie met effect is of een toevalsbevinding
− Onderverdeling in Benign, Likely Benign – Uncertain significance – Likely pathogenic -
Pathogenic
→ Als een allel vaak voorkomt in de populatie, dan is de frequentie van voorkomen
eigenlijk te hoog voor deze ziekte
▪ Het is dan heel onwaarschijnlijk dat deze mutatie een ziekte veroorzaakt
▪ De frequentie van voorkomen van het allel moet dus in overeenstemming zijn
met de frequentie van de ziekte
→ De variant moet effect hebben op eiwitniveau
▪ Indien de mutatie niet functioneel is of niet voor eiwitveranderingen zorgt, dan
is deze waarschijnlijk niet pathogeen
→ Om een zekerheid te hebben, kan je verdere validaties uitvoeren
▪ Bv knock-out muizen: door de mutatie te creëren bij een muis, ga je kijken of het dier
ziek wordt of niet
7
, → Ook kan je in een familie waar een bepaalde ziekte vaak voorkomt het genoom
gaan achterhalen of de mutatie mooi segregeert met het fenotype
▪ Zijn alle dieren die ziek zijn drager of homozygoot?
▪ Komt het genotype van de mensen die niet ziek zijn overeen met het
fenotype?
▪ Hoe meer informatie, hoe sterker het bewijs, dus hoe groter de familie waarin
je dit onderzoekt, hoe beter
3. Hoe ontstaan varianten
3.1. Spontane mutagenese
− Spontane mutagenese ontstaat door:
→ Replicatiefouten:
▪ Elke keer als DNA opnieuw wordt gesynthetiseerd, gebeuren er fouten, want
er worden foute nucleotiden geïncorporeerd
▪ Normaal wordt dit verbeterd door DNA polymerase, maar dat is niet perfect
▪ Er is nog steeds een mutatiefrequentie per locus van 1.1 – 1.7 x 10-8
(Dit is zeer laag, maar het genoom is zeer groot dus er komen toch regelmatig fouten voor)
→ Strand slippage thv repeats:
▪ Een tandem repeat is een stukje DNA van 2 of meer bp die steeds worden
herhaald, op zo’n mate dat ze steeds meer achter elkaar komen
▪ Bv: CAACAACAACAACAA…
• Repeat unit: CAA
• Aantal herhalingen: 5
▪ Soms kan tijdens de replicatie strand slippage gebeuren
• Bij synthese van de complementaire streng zullen de strengen los komen
• Normaal is dat geen probleem, behalve bij repeats
▪ Soms heb je een verhoging van het aantal repeats:
• De streng komt los, zal terug gaan plakken aan de complementaire streng,
maar niet op de correcte plaats waardoor er een loop wordt gevormd en
de repeat n°4 op n°3 komt te zitten, daarna zal het opnieuw worden
gesynthetiseerd en krijg je dus een verhoging van één repeat
▪ Soms heb je een vermindering van het aantal repeats
• Als de streng waartegenover je synthetiseert een loop vormt, dan zal er
één repeat minder ontstaan
▪ De mutatiefrequentie is 1 x 10-3 à 10-4 per locus
(= mutatiefrequentie van strand slippage is dus veel hoger dan de replicatiefouten)
8
, 3.2. Geïnduceerde mutagenese
− Vb. mutaties na Tsjernobyl
4. De link met fenotypes
− Mutatie = verandering van het “normale DNA”
Eén mutatie kan grote effecten hebben
vb. Labrador kan een totaal verschillende
vachtkleur hebben door 1 mutatie
4.1. Mendeliaans of monogenetische aandoeningen
= één verandering in DNA maakt een wereld van verschil
AUTOSOMALE AANDOENINGEN
− Autosomaal dominant:
→ Indien je één “slecht” allel hebt, dan wordt je ziek
→ (!) Het is niet omdat een variant een ziekte gaat veroorzaken, dat die in elke
populatie aanwezig is
→ Bv: renaal cystadenocarcinoma en nodulaire dermatofibrosis (tumoren in de nieren, in de
baarmoeder en nodules in de huid)
− Autosomaal recessief:
→ Je moet de 2 “slechte” allelen hebben om ziek te worden
→ Bv: Multidrug resistance of multidrug sensitivity (overgevoeligheid voor macrocyclische lactonen
zoals Ivermectine, bepaalde chemotherapeutica zoals vincristine, Doxorubicine en ook voor
Loperamide…)
→ Bv: een populatiestudie bij de Duitse herder waarbij 90% homozygoot was voor het wildtype,
8% heterozygoot en 2% homozygoot voor de mutant → enkel die 2% kreeg bij het innemen
van bepaalde medicatie CZS-stoornissen
→ Bv haarlengte: lang haar is recessief tov kort haar bij de Duitse herder → 25% is homozygoot
voor het wildtype, 75% is heterozygoot, dus als je combinaties maakt van 2 heterozygote
Duitse herders (kortharige) zou je eventueel langharige Duitse herders kunnen krijgen
(!) Conventie doorheen de cursus:
- Bij dominante aandoeningen: hoofdletter voor het allel dat het alternatieve
fenotype veroorzaakt (A => fenotype bij Aa en AA)
- Bij recessieve aandoeningen: kleine letter voor het allel dat het alternatieve
fenotype veroorzaakt (a => fenotype bij aa)
9
