Week 1 – organisatie van het genoom
Wanneer het DNA van iemand onderzocht moet worden, wordt er meestal bloed afgenomen. T-
cellen in het bloed kunnen zich onder de goede omstandigheden weer gaan delen, waardoor er
genoeg DNA uit gewonnen kan worden. Ook huid-fibroblasten zijn hier geschikt voor. Het DNA wordt
gewonnen uit cellen in een vroege M-fase. Ze worden gesynchroniseerd, waardoor ze allemaal in
dezelfde fase zitten. Dit kan bijvoorbeeld door ze een overdosis thymidine te geven. Dit stopt de
celcyclus. Wanneer het weer verwijderd wordt, gaan de cellen op hetzelfde moment verder. De
gewonnen chromosomen kunnen vervolgens geïdentificeerd worden door ze te kleuren met een
bepaalde kleurstof en er daarna een foto van te maken, een karyogram. Er zijn heel veel methoden
voor het maken van deze foto’s. Er kan gebruik worden gemaakt van fluorescentie, terwijl andere
gebruik maken van kleurstoffen die aan een AT rijk domein binden. Soms worden er ook
verteringsenzymen gebruikt. Met de kleurstoffen die aan een AT rijk domein binden ontstaat er een
bandenpatroon. Deze banden worden donker en heten G-banden. Deze banden bevatten weinig
genen, terwijl de lichte banden veel genen bevatten. De banden zijn licht en bevatten dus veel
guanine en cytosine, daarom worden ze ook wel CpG eilanden genoemd. Ieder chromosoom heeft
zijn eigen patroon en een afwijkend patroon kan duiden op een ziekte.
Er kan ook een haplotype gemaakt worden. Dit bestaat uit een lijst van markers op één
chromosoom. Het genoom van een individu bestaat uit een recombinatie van de genen van zijn
ouders, dus een haplotype is altijd specifiek voor één persoon.
Om een specifieke DNA-sequentie zichtbaar te maken, kan er gekozen worden voor FISH. Deze
methode maakt gebruik van een gelabelde probe. Dit is een stukje synthetisch DNA met een
herkenbare groep die kan binden aan een specifieke sequentie. De herkenbare groep kan een
fluorofoor zijn, maar ook een marker zoals biotine. Het kan uitgevoerd worden met cellen in
verschillende fasen en op bevroren en net-gefixeerde cellen.
Ook het hele genoom kan worden aangekleurd. Dit wordt vaak gedaan om de verschillen tussen de
genomen van twee cellen te bekijken. Deze methode heet Comparative Genome Hybridization of
CGH. Iedere cel krijgt een fluorofoor in een andere kleur en dan worden de verschillende signalen
vergeleken. Hier worden cellen in de metafase voor gebruikt. Door stukken van bepaalde genen vast
te zetten op een glazen plaatje, kan er een array CGH gemaakt worden. Dit is dus een soort
microarray, alleen niet met mRNA, maar met DNA.
Bijna alle ziekten hebben een genetische achtergrond, zelfs sommige soorten infectieziekten.
Wanneer er een abnormaliteit wordt ontdekt in een genoom, kan dit worden onderverdeeld in twee
klassen:
- Constitutionele abnormaliteit. Dit bevindt zich in alle cellen in het lichaam. Er moet dus iets
mis zijn gegaan in de ei- of sperma cel of heel vroeg in de ontwikkeling van het embryo.
- Somatische abnormaliteit. De abnormaliteit bevindt zich alleen voor in bepaalde delen van
het weefsel. Een persoon met een aandoening in deze vorm wordt vaak een mozaïek
genoemd, omdat hij bestaat uit twee celpopulaties. Dit kan bijvoorbeeld ontstaan door de
fusie van twee, zich ontwikkelende eicellen.
Genetische afwijkingen kunnen zitten in het aantal chromosomen (numerieke abnormaliteiten) of
de structuur ervan (structurele abnormaliteiten).
Er zijn drie soorten van numerieke abnormaliteiten:
- Polypoidy. De cellen hebben een complete set of meerdere complete sets chromosomen te
veel. Dit is altijd lethaal.
, - Aneuploidy. De cellen hebben een of twee chromosomen te veel of te weinig. Dit is wel
levensvatbaar, maar leidt tot afwijkingen zoals het syndroom van Down. Dit ontstaat altijd
door scheidingsfouten van de chromosomen tijdens de meiose.
- Mixoploidy. Een individu heeft twee verschillende celpopulaties. Dit is levensvatbaar en
soms is het zelfs een voordeel, wanneer bijvoorbeeld een deel van de cellen een lethale
mutatie bevat. Het organisme kan dan wel leven, ondanks deze mutatie. Het ontstaat
meestal wanneer twee bevruchtte eicellen fuseren.
Te veel of te weinig chromosomen is meestal lethaal. Wanneer er toch een individu geboren wordt
met dit soort afwijkingen, lijd hij aan allerlei ziekten en misvormingen. Wanneer iemand echter een X
of een Y chromosoom te veel heeft, zorgt dit minder vaak voor een veranderd fenotype.
Wanneer een chromosoom breekt tijdens een van de fasen van de celcyclus, kunnen er drie dingen
gebeuren: de cel kan in apoptose gaan, het chromosoom kan goed gerepareerd worden of het kan
verkeerd gerepareerd worden. De laatste variant kan leiden tot een aantal problemen, waaronder
kanker. Dit proces treed ook natuurlijk op, namelijk in T-cellen, die het gebruiken om hun receptoren
te ontwerpen.
Twee breuken in een chromosoom kunnen leiden tot een deletie, het omgekeerd plaatsen van het
losse stukje (inversie) of het ontstaan van een circulair chromosoom. Bij een breuk in twee
chromosomen kunnen er ook genen uitgewisseld worden. Wanneer een translocatie gebalanceerd is,
betekend dat dat er geen DNA verdwijnt of erbij komt. Een Robertsonian translocation is een
bijzondere vorm van een gebalanceerde translocatie. Hierbij raakt de korte arm van twee
chromosomen los. De lange armen en de korte armen worden daarna aan elkaar gemaakt. Het mini-
chromosoom wat nu ontstaat uit de twee korte armen heet een isochromosoom omdat het
symmetrisch is en verdwijnt meestal bij celdeling. Dit zorgt niet altijd voor een genetische
aandoening, omdat het materiaal wat verloren gaat vaak rRNA genen zijn. Hiervan bevat het genoom
heel veel kopieën, dus dat is niet zo belangrijk.
Wanneer er een stukje van een chromosoom naar een ander chromosoom verplaatst, kan er ook een
gedeeltelijke monosomie of trisomie ontstaan. Bij de meiose gaat dan het incomplete chromosoom
naar de nakomeling. Er mist nu maar een stukje van het chromosoom en niet het hele chromosoom.
In het kind geldt ook dat niet van alle genen beide allelen actief zijn. Door methylatie is één van de
allelen vaak geïnactiveerd, een proces wat imprinting heet. Het kan tot problemen leiden wanneer
een kind twee chromosomen van één ouder heeft geërfd, waardoor beide allelen van een gen niet
meer actief zijn en het dus niet meer tot expressie komt. Dit leidt tot complicaties bij de
ontwikkeling. Het heet een uniparental diploidy en kan niet gezien worden in een karyogram maar
wel in een haplotype.
Het komt ook wel eens voor dat een kind één of meerdere chromosoomparen van één ouder krijgt.
Dit heet uniparental disomy. Dit kan ontstaan bij een trisomy, waarvoor in een heel vroeg stadium
van ontwikkeling voor gecompenseerd wordt. Ook de ontwikkeling van dit kind zal niet helemaal
goed gaan.
Een mutatie kan als een karyotype worden opgeschreven. Een voorbeeld daarvan is
46,XY,t(9;12)(p23;p13.1)dn. Dit betekend dat er een de novo translocatie is van een deel van de
korte arm van chromosoom 9 naar de korte arm van chromosoom 12.
De mitochondriën hebben ook hun eigen circulaire DNA (16.000 basenparen). Dit bestaat voor het
grootste deel uit eiwit-coderende genen (66%). De rest bestaat uit RNA-coderende sequenties. De
meeste eiwitten komen echter van het nucleaire DNA. Een individu krijgt al zijn mitochondriën van
Wanneer het DNA van iemand onderzocht moet worden, wordt er meestal bloed afgenomen. T-
cellen in het bloed kunnen zich onder de goede omstandigheden weer gaan delen, waardoor er
genoeg DNA uit gewonnen kan worden. Ook huid-fibroblasten zijn hier geschikt voor. Het DNA wordt
gewonnen uit cellen in een vroege M-fase. Ze worden gesynchroniseerd, waardoor ze allemaal in
dezelfde fase zitten. Dit kan bijvoorbeeld door ze een overdosis thymidine te geven. Dit stopt de
celcyclus. Wanneer het weer verwijderd wordt, gaan de cellen op hetzelfde moment verder. De
gewonnen chromosomen kunnen vervolgens geïdentificeerd worden door ze te kleuren met een
bepaalde kleurstof en er daarna een foto van te maken, een karyogram. Er zijn heel veel methoden
voor het maken van deze foto’s. Er kan gebruik worden gemaakt van fluorescentie, terwijl andere
gebruik maken van kleurstoffen die aan een AT rijk domein binden. Soms worden er ook
verteringsenzymen gebruikt. Met de kleurstoffen die aan een AT rijk domein binden ontstaat er een
bandenpatroon. Deze banden worden donker en heten G-banden. Deze banden bevatten weinig
genen, terwijl de lichte banden veel genen bevatten. De banden zijn licht en bevatten dus veel
guanine en cytosine, daarom worden ze ook wel CpG eilanden genoemd. Ieder chromosoom heeft
zijn eigen patroon en een afwijkend patroon kan duiden op een ziekte.
Er kan ook een haplotype gemaakt worden. Dit bestaat uit een lijst van markers op één
chromosoom. Het genoom van een individu bestaat uit een recombinatie van de genen van zijn
ouders, dus een haplotype is altijd specifiek voor één persoon.
Om een specifieke DNA-sequentie zichtbaar te maken, kan er gekozen worden voor FISH. Deze
methode maakt gebruik van een gelabelde probe. Dit is een stukje synthetisch DNA met een
herkenbare groep die kan binden aan een specifieke sequentie. De herkenbare groep kan een
fluorofoor zijn, maar ook een marker zoals biotine. Het kan uitgevoerd worden met cellen in
verschillende fasen en op bevroren en net-gefixeerde cellen.
Ook het hele genoom kan worden aangekleurd. Dit wordt vaak gedaan om de verschillen tussen de
genomen van twee cellen te bekijken. Deze methode heet Comparative Genome Hybridization of
CGH. Iedere cel krijgt een fluorofoor in een andere kleur en dan worden de verschillende signalen
vergeleken. Hier worden cellen in de metafase voor gebruikt. Door stukken van bepaalde genen vast
te zetten op een glazen plaatje, kan er een array CGH gemaakt worden. Dit is dus een soort
microarray, alleen niet met mRNA, maar met DNA.
Bijna alle ziekten hebben een genetische achtergrond, zelfs sommige soorten infectieziekten.
Wanneer er een abnormaliteit wordt ontdekt in een genoom, kan dit worden onderverdeeld in twee
klassen:
- Constitutionele abnormaliteit. Dit bevindt zich in alle cellen in het lichaam. Er moet dus iets
mis zijn gegaan in de ei- of sperma cel of heel vroeg in de ontwikkeling van het embryo.
- Somatische abnormaliteit. De abnormaliteit bevindt zich alleen voor in bepaalde delen van
het weefsel. Een persoon met een aandoening in deze vorm wordt vaak een mozaïek
genoemd, omdat hij bestaat uit twee celpopulaties. Dit kan bijvoorbeeld ontstaan door de
fusie van twee, zich ontwikkelende eicellen.
Genetische afwijkingen kunnen zitten in het aantal chromosomen (numerieke abnormaliteiten) of
de structuur ervan (structurele abnormaliteiten).
Er zijn drie soorten van numerieke abnormaliteiten:
- Polypoidy. De cellen hebben een complete set of meerdere complete sets chromosomen te
veel. Dit is altijd lethaal.
, - Aneuploidy. De cellen hebben een of twee chromosomen te veel of te weinig. Dit is wel
levensvatbaar, maar leidt tot afwijkingen zoals het syndroom van Down. Dit ontstaat altijd
door scheidingsfouten van de chromosomen tijdens de meiose.
- Mixoploidy. Een individu heeft twee verschillende celpopulaties. Dit is levensvatbaar en
soms is het zelfs een voordeel, wanneer bijvoorbeeld een deel van de cellen een lethale
mutatie bevat. Het organisme kan dan wel leven, ondanks deze mutatie. Het ontstaat
meestal wanneer twee bevruchtte eicellen fuseren.
Te veel of te weinig chromosomen is meestal lethaal. Wanneer er toch een individu geboren wordt
met dit soort afwijkingen, lijd hij aan allerlei ziekten en misvormingen. Wanneer iemand echter een X
of een Y chromosoom te veel heeft, zorgt dit minder vaak voor een veranderd fenotype.
Wanneer een chromosoom breekt tijdens een van de fasen van de celcyclus, kunnen er drie dingen
gebeuren: de cel kan in apoptose gaan, het chromosoom kan goed gerepareerd worden of het kan
verkeerd gerepareerd worden. De laatste variant kan leiden tot een aantal problemen, waaronder
kanker. Dit proces treed ook natuurlijk op, namelijk in T-cellen, die het gebruiken om hun receptoren
te ontwerpen.
Twee breuken in een chromosoom kunnen leiden tot een deletie, het omgekeerd plaatsen van het
losse stukje (inversie) of het ontstaan van een circulair chromosoom. Bij een breuk in twee
chromosomen kunnen er ook genen uitgewisseld worden. Wanneer een translocatie gebalanceerd is,
betekend dat dat er geen DNA verdwijnt of erbij komt. Een Robertsonian translocation is een
bijzondere vorm van een gebalanceerde translocatie. Hierbij raakt de korte arm van twee
chromosomen los. De lange armen en de korte armen worden daarna aan elkaar gemaakt. Het mini-
chromosoom wat nu ontstaat uit de twee korte armen heet een isochromosoom omdat het
symmetrisch is en verdwijnt meestal bij celdeling. Dit zorgt niet altijd voor een genetische
aandoening, omdat het materiaal wat verloren gaat vaak rRNA genen zijn. Hiervan bevat het genoom
heel veel kopieën, dus dat is niet zo belangrijk.
Wanneer er een stukje van een chromosoom naar een ander chromosoom verplaatst, kan er ook een
gedeeltelijke monosomie of trisomie ontstaan. Bij de meiose gaat dan het incomplete chromosoom
naar de nakomeling. Er mist nu maar een stukje van het chromosoom en niet het hele chromosoom.
In het kind geldt ook dat niet van alle genen beide allelen actief zijn. Door methylatie is één van de
allelen vaak geïnactiveerd, een proces wat imprinting heet. Het kan tot problemen leiden wanneer
een kind twee chromosomen van één ouder heeft geërfd, waardoor beide allelen van een gen niet
meer actief zijn en het dus niet meer tot expressie komt. Dit leidt tot complicaties bij de
ontwikkeling. Het heet een uniparental diploidy en kan niet gezien worden in een karyogram maar
wel in een haplotype.
Het komt ook wel eens voor dat een kind één of meerdere chromosoomparen van één ouder krijgt.
Dit heet uniparental disomy. Dit kan ontstaan bij een trisomy, waarvoor in een heel vroeg stadium
van ontwikkeling voor gecompenseerd wordt. Ook de ontwikkeling van dit kind zal niet helemaal
goed gaan.
Een mutatie kan als een karyotype worden opgeschreven. Een voorbeeld daarvan is
46,XY,t(9;12)(p23;p13.1)dn. Dit betekend dat er een de novo translocatie is van een deel van de
korte arm van chromosoom 9 naar de korte arm van chromosoom 12.
De mitochondriën hebben ook hun eigen circulaire DNA (16.000 basenparen). Dit bestaat voor het
grootste deel uit eiwit-coderende genen (66%). De rest bestaat uit RNA-coderende sequenties. De
meeste eiwitten komen echter van het nucleaire DNA. Een individu krijgt al zijn mitochondriën van
