Medische Genetica 2 – Jaar 3
Hemoglobinopathies
o Dit zijn mutaties in genen, coderend voor hemoglobine vormende
eiwitten.
o “Erfelijke aandoening aan hemoglobine”
o Onder te verdelen in 3 grote groepen, welke soms overlappen:
Structurele variant
Thalassemiën
Behouden van foetale hemoglobine
Soorten mutaties
o Substitutie = een nucleotide in het DNA wordt vervangen door een andere.
o Deletie = verloren gaan van een nucleotide of stukje DNA
o Insertie = één of meerdere nucleotiden worden toegevoegd in sequentie.
o Puntmutatie = één enkele nucleotide wordt vervangen, verwijderd of
toegevoegd.
Missense = aminozuur veranderd
Nonsense = codon veranderd in stop-codon
Silent = geen aminozuur verandering
Transitie = purinebase wordt vervangen door andere purine (A <-> G)
(of pyrimidinebasen)
Transversie = purinebase (A of G) wordt vervangen door een
pyrimidinebase (C of T) (of andersom).
De eerste 2 letters zijn vaak hetzelfde voor een aminozuur. De Wobble-positie
(3e letter) heeft vaak géén invloed op het aminozuur.
Er zijn 64 mogelijke codons, waarvan 3 stopcodons. De kans op een stopcodon is
3/64. Door de wobble positie kan het stopcodon ook eerder plaatsvinden. Of
bijvoorbeeld door een frame shift.
Inserties of deleties kunnen tot een frame shift leiden. Hierdoor kan er een
ander reading frame ontstaan. Hierdoor veranderd de aminozuur volgorde
ook en kan er een ander eiwit ontstaan.
Daarnaast kan er ook recombinatie ontstaan door grote inserties en deleties.
Vaak op plekken met veel homologen (repeats). Hier is sprake van oneven
crossing-over en er ontstaat dubbele of missende genen.
Denovo mutatie = spontane mutatie. Ontstaat “per ongeluk”.
Consequentie mutatie in gen
o Afhankelijk van waar in het gen de mutatie aanwezig is.
o In poly-A-staart of intron
Géén groot gevolg, doordat bij RNA-splicing het intron eruit wordt geknipt.
o In promotor of enhancer
Zorgt voor ander expressieniveau. Het vermeerderd of is niet aanwezig.
Het gen kan niet meer afgelezen of anders gelezen worden. Soms juist
meer; bij virus.
o In UTR
, Zorgt voor ander niveau genexpressie.
o In exon
Kan heel ander eiwit ontstaan.
o Intron-exon grenzen
Ontstaat een heel ander eiwit. Bij splicing van het intron kan er teveel
geknopt worden. Hierdoor mist een deel van aminozuren bijv.
Het effect van mutaties
op de eiwit functie
1. Verlies van functie mutatie (eiwit werkt niet meer)
Ontstaan vaak door deleties, substitutie, inserties of herschikkingen.
Meestal in het exon. Hier wordt namelijk bepaald hoe het eiwit eruit komt
te zien. Kan ook in UTR of intron-exon grens.
Bijv. Alfathalassemie = verlies van alfa-globine door deletie.
Bijv. Turner syndroom = monosomie, deletie van chromosoom.
Bijv. kanker = deletie tumorsuppressorgenen
2. Toename van functie (eiwit werkt versterkt)
Mutatie die normale functie verhoogd v.h. eiwit
Meestal door puntmutaties in coderende sequentie
Bijv. achondroplasie = puntmutatie in coderende sequentie (FGFR-3
gen).
Mutatie die productie van eiwit verhoogd
Door mutatie in promotor regio en andere regulatoire sequenties.
Bijv. een trisomie = extra chromosoom door mutatie in promotor regio.
Als het eiwit normaal niet aanwezig is, kan het leiden tot ectopische
expressie.
3. Nieuwe eigenschap (nieuwe functie)
Mutatie die biochemische fenotype veranderd. Meestal door mutatie in
coderende sequentie. Vaak zeldzaam en ongunstig.
Bijv. Philadelphia chromosoom, sikkelcelanemie: nieuw soort
hemoglobine of mutatie in IL-2 receptor. Hierdoor ontstaat een ander
eiwit, waardoor resistentie tegen HIV ontstaat.
4. Misexpressie (incorrecte expressie)
Veel voorkomend in kanker: oncogenen. Mutatie vaak in promotorregio.
Op de verkeerde plaats: ectopische expressie
Op het verkeerde moment: heterochronische expressie
Epigenetica speelt ook een belangrijke rol: verlies van methylatie
patronen. Dit leidt ertoe dat de enhancer niet meer op de promotor kan
binden, waardoor het gen niet meer werkt.
In elke stap van DNA naar eiwit kan het fout gaan.
Voorbeeld toename van functie: een virus infectie in de enhancer; copy-paste v.h.
virus. De promotor versterkt, waardoor het achterliggende gen geactiveerd
,wordt, terwijl deze normaal uitstaat. Veel voorkomend bij kankersoorten:
verhoogde eiwitexpressie.
De relatie tussen genotype en fenotype bij genetische ziekten:
o Het verschil in het klinische fenotype dat waargenomen wordt bij een erfelijke
ziekte kan veroorzaakt worden door de volgende 3:
Allelische heterogeniteit
- = Meerdere allelen op een enkel locus.
- Het vermogen van verschillende mutaties binnen hetzelfde gen om
dezelfde ziekte te veroorzaken. Er ontstaat een vergelijkbaar
fenotype.
- Vaak veroorzaakt door mutatie van één nucleotide.
- Bijv. cystic fibrosis of Alkaptonurie
Locus heterogeniteit
- = mutaties in meer dan één locus dat resulteert in specifieke
klinische aandoening.
- Het vermogen van mutaties in een aantal verschillende genen om
dezelfde ziekte te veroorzaken.
- Bijv. Cornelia de lange syndroom of Thalassemie.
Het effect van modificerende genen
o Genetische heterogeniteit is één van de belangrijke factoren bij het
opsporen van mutaties. Verschillende genen kunnen afzonderlijk van elkaar
verantwoordelijk zijn voor hetzelfde ziektebeeld. Bijv. BRCA1 en BRCA2 in
borstkanker.
Hemoglobine
o >5% van de populatie is drager voor een mutant allel.
o Hemoglobine is een drager van zuurstof. Het bestaat uit 4 subunits: 2 alfa
en 2 bèta ketens. Elke subunit bestaat uit polypeptide, globine en een
heemgroep. Deze bevat ijzer, wat bindt aan zuurstof.
Het hemoglobine van “volwassenen” heeft een a2ß2 structuur, waarbij de vier
ketens samengevouwen zijn tot een tetrameer. De structuur is constant en alle
globinen hebben 7 of 8 helicale regio’s. Mutaties die de structuur veranderen,
resulteren altijd in pathogeniteit.
Wanneer de mutaties voorkomen in extreem geconserveerde regio’s, zoals ß-
His92 en ß-Phe42, resulteert dit vaak in hemoglobinopathie.
Alfa en alfa-achtige ketens zijn geclusterd op chromosoom 16. Elk homoloog paar
heeft twee identieke alfa-globinegenen: alfa 1 en 2.
Bèta en Bèta-achtige ketens zijn gelokaliseerd op chromosoom 11.
Meerdere typen hemoglobine: Globin Switching
, o Globin switching is de ontwikkeling van foetale hemoglobine naar volwassen
hemoglobine. Het kan op verschillende momenten
genen aanzetten die coderen voor verschillende
hemoglobine.
a2y2 HbF a2ß2 HbA
Het proces wordt gereguleerd door verschillende
transcriptie repressoren. Hierdoor wordt bepaalde
expressie geblokkeerd.
o HbF verschilt behoorlijk van HbA. Het heeft een veel
hogere affiniteit voor zuurstof, waardoor het
zuurstof van de moeder kaapt.
o Binnen 3 maand na de geboorte is er vrijwel geen HbF
meer. Vooral HbA.
Typen hemoglobine
o Hb Gower 1 = 2 Zeta + 2 Epsilon
o Hb Gower 2 = 2 Alfa + 2 Epsilon
o Hb Portland = 2 Zeta + 2 Gamma
o HbF = 2 alfa + 2 Gamma
o HbA2 = 2 alfa + 2 Delta
o HbA = 2 alfa + 2 Bèta
Locus controle regio
o Het Bèta gen staat onder controle van LCR: Locus Control Region. Dit heeft 5
DNase-1 gevoelige plaatsen. Dit zijn gebieden die ongewoon open staan voor
bepaalde eiwitten.
o Een deletie van deze regio resulteert in: géén expressie van de Bèta
globuline eiwitten.
Als het in de juiste volgorde gebeurd, is het niet erg.
Als er volledig verlies van LCR is, is er 0 expressie. Hierdoor blijft alleen
HbA over, maar dit kan géén zuurstof vervoeren.
o
Globine gen dosering
o Volwassenen hebben een te verwaarlozen hoeveelheid Hba2. Alfa 1 en Alfa 2
zijn gelijk aan elkaar.
o Een gezond persoon heeft 4 allelen Alfa: 2 van elk.
o Een gezond persoon heeft 2 Bèta allelen.
Verlies van 1 alfa-allel: vermindert hemoglobine expressie met 25%.
Verlies van 1 Bèta-allel: vermindert hemoglobine expressie met 50%.
o Het verlies van alfa-allel heeft effect vanaf de embryonale/foetale periode.
Hemoglobinopathieën – 3 typen
Hemoglobinopathies
o Dit zijn mutaties in genen, coderend voor hemoglobine vormende
eiwitten.
o “Erfelijke aandoening aan hemoglobine”
o Onder te verdelen in 3 grote groepen, welke soms overlappen:
Structurele variant
Thalassemiën
Behouden van foetale hemoglobine
Soorten mutaties
o Substitutie = een nucleotide in het DNA wordt vervangen door een andere.
o Deletie = verloren gaan van een nucleotide of stukje DNA
o Insertie = één of meerdere nucleotiden worden toegevoegd in sequentie.
o Puntmutatie = één enkele nucleotide wordt vervangen, verwijderd of
toegevoegd.
Missense = aminozuur veranderd
Nonsense = codon veranderd in stop-codon
Silent = geen aminozuur verandering
Transitie = purinebase wordt vervangen door andere purine (A <-> G)
(of pyrimidinebasen)
Transversie = purinebase (A of G) wordt vervangen door een
pyrimidinebase (C of T) (of andersom).
De eerste 2 letters zijn vaak hetzelfde voor een aminozuur. De Wobble-positie
(3e letter) heeft vaak géén invloed op het aminozuur.
Er zijn 64 mogelijke codons, waarvan 3 stopcodons. De kans op een stopcodon is
3/64. Door de wobble positie kan het stopcodon ook eerder plaatsvinden. Of
bijvoorbeeld door een frame shift.
Inserties of deleties kunnen tot een frame shift leiden. Hierdoor kan er een
ander reading frame ontstaan. Hierdoor veranderd de aminozuur volgorde
ook en kan er een ander eiwit ontstaan.
Daarnaast kan er ook recombinatie ontstaan door grote inserties en deleties.
Vaak op plekken met veel homologen (repeats). Hier is sprake van oneven
crossing-over en er ontstaat dubbele of missende genen.
Denovo mutatie = spontane mutatie. Ontstaat “per ongeluk”.
Consequentie mutatie in gen
o Afhankelijk van waar in het gen de mutatie aanwezig is.
o In poly-A-staart of intron
Géén groot gevolg, doordat bij RNA-splicing het intron eruit wordt geknipt.
o In promotor of enhancer
Zorgt voor ander expressieniveau. Het vermeerderd of is niet aanwezig.
Het gen kan niet meer afgelezen of anders gelezen worden. Soms juist
meer; bij virus.
o In UTR
, Zorgt voor ander niveau genexpressie.
o In exon
Kan heel ander eiwit ontstaan.
o Intron-exon grenzen
Ontstaat een heel ander eiwit. Bij splicing van het intron kan er teveel
geknopt worden. Hierdoor mist een deel van aminozuren bijv.
Het effect van mutaties
op de eiwit functie
1. Verlies van functie mutatie (eiwit werkt niet meer)
Ontstaan vaak door deleties, substitutie, inserties of herschikkingen.
Meestal in het exon. Hier wordt namelijk bepaald hoe het eiwit eruit komt
te zien. Kan ook in UTR of intron-exon grens.
Bijv. Alfathalassemie = verlies van alfa-globine door deletie.
Bijv. Turner syndroom = monosomie, deletie van chromosoom.
Bijv. kanker = deletie tumorsuppressorgenen
2. Toename van functie (eiwit werkt versterkt)
Mutatie die normale functie verhoogd v.h. eiwit
Meestal door puntmutaties in coderende sequentie
Bijv. achondroplasie = puntmutatie in coderende sequentie (FGFR-3
gen).
Mutatie die productie van eiwit verhoogd
Door mutatie in promotor regio en andere regulatoire sequenties.
Bijv. een trisomie = extra chromosoom door mutatie in promotor regio.
Als het eiwit normaal niet aanwezig is, kan het leiden tot ectopische
expressie.
3. Nieuwe eigenschap (nieuwe functie)
Mutatie die biochemische fenotype veranderd. Meestal door mutatie in
coderende sequentie. Vaak zeldzaam en ongunstig.
Bijv. Philadelphia chromosoom, sikkelcelanemie: nieuw soort
hemoglobine of mutatie in IL-2 receptor. Hierdoor ontstaat een ander
eiwit, waardoor resistentie tegen HIV ontstaat.
4. Misexpressie (incorrecte expressie)
Veel voorkomend in kanker: oncogenen. Mutatie vaak in promotorregio.
Op de verkeerde plaats: ectopische expressie
Op het verkeerde moment: heterochronische expressie
Epigenetica speelt ook een belangrijke rol: verlies van methylatie
patronen. Dit leidt ertoe dat de enhancer niet meer op de promotor kan
binden, waardoor het gen niet meer werkt.
In elke stap van DNA naar eiwit kan het fout gaan.
Voorbeeld toename van functie: een virus infectie in de enhancer; copy-paste v.h.
virus. De promotor versterkt, waardoor het achterliggende gen geactiveerd
,wordt, terwijl deze normaal uitstaat. Veel voorkomend bij kankersoorten:
verhoogde eiwitexpressie.
De relatie tussen genotype en fenotype bij genetische ziekten:
o Het verschil in het klinische fenotype dat waargenomen wordt bij een erfelijke
ziekte kan veroorzaakt worden door de volgende 3:
Allelische heterogeniteit
- = Meerdere allelen op een enkel locus.
- Het vermogen van verschillende mutaties binnen hetzelfde gen om
dezelfde ziekte te veroorzaken. Er ontstaat een vergelijkbaar
fenotype.
- Vaak veroorzaakt door mutatie van één nucleotide.
- Bijv. cystic fibrosis of Alkaptonurie
Locus heterogeniteit
- = mutaties in meer dan één locus dat resulteert in specifieke
klinische aandoening.
- Het vermogen van mutaties in een aantal verschillende genen om
dezelfde ziekte te veroorzaken.
- Bijv. Cornelia de lange syndroom of Thalassemie.
Het effect van modificerende genen
o Genetische heterogeniteit is één van de belangrijke factoren bij het
opsporen van mutaties. Verschillende genen kunnen afzonderlijk van elkaar
verantwoordelijk zijn voor hetzelfde ziektebeeld. Bijv. BRCA1 en BRCA2 in
borstkanker.
Hemoglobine
o >5% van de populatie is drager voor een mutant allel.
o Hemoglobine is een drager van zuurstof. Het bestaat uit 4 subunits: 2 alfa
en 2 bèta ketens. Elke subunit bestaat uit polypeptide, globine en een
heemgroep. Deze bevat ijzer, wat bindt aan zuurstof.
Het hemoglobine van “volwassenen” heeft een a2ß2 structuur, waarbij de vier
ketens samengevouwen zijn tot een tetrameer. De structuur is constant en alle
globinen hebben 7 of 8 helicale regio’s. Mutaties die de structuur veranderen,
resulteren altijd in pathogeniteit.
Wanneer de mutaties voorkomen in extreem geconserveerde regio’s, zoals ß-
His92 en ß-Phe42, resulteert dit vaak in hemoglobinopathie.
Alfa en alfa-achtige ketens zijn geclusterd op chromosoom 16. Elk homoloog paar
heeft twee identieke alfa-globinegenen: alfa 1 en 2.
Bèta en Bèta-achtige ketens zijn gelokaliseerd op chromosoom 11.
Meerdere typen hemoglobine: Globin Switching
, o Globin switching is de ontwikkeling van foetale hemoglobine naar volwassen
hemoglobine. Het kan op verschillende momenten
genen aanzetten die coderen voor verschillende
hemoglobine.
a2y2 HbF a2ß2 HbA
Het proces wordt gereguleerd door verschillende
transcriptie repressoren. Hierdoor wordt bepaalde
expressie geblokkeerd.
o HbF verschilt behoorlijk van HbA. Het heeft een veel
hogere affiniteit voor zuurstof, waardoor het
zuurstof van de moeder kaapt.
o Binnen 3 maand na de geboorte is er vrijwel geen HbF
meer. Vooral HbA.
Typen hemoglobine
o Hb Gower 1 = 2 Zeta + 2 Epsilon
o Hb Gower 2 = 2 Alfa + 2 Epsilon
o Hb Portland = 2 Zeta + 2 Gamma
o HbF = 2 alfa + 2 Gamma
o HbA2 = 2 alfa + 2 Delta
o HbA = 2 alfa + 2 Bèta
Locus controle regio
o Het Bèta gen staat onder controle van LCR: Locus Control Region. Dit heeft 5
DNase-1 gevoelige plaatsen. Dit zijn gebieden die ongewoon open staan voor
bepaalde eiwitten.
o Een deletie van deze regio resulteert in: géén expressie van de Bèta
globuline eiwitten.
Als het in de juiste volgorde gebeurd, is het niet erg.
Als er volledig verlies van LCR is, is er 0 expressie. Hierdoor blijft alleen
HbA over, maar dit kan géén zuurstof vervoeren.
o
Globine gen dosering
o Volwassenen hebben een te verwaarlozen hoeveelheid Hba2. Alfa 1 en Alfa 2
zijn gelijk aan elkaar.
o Een gezond persoon heeft 4 allelen Alfa: 2 van elk.
o Een gezond persoon heeft 2 Bèta allelen.
Verlies van 1 alfa-allel: vermindert hemoglobine expressie met 25%.
Verlies van 1 Bèta-allel: vermindert hemoglobine expressie met 50%.
o Het verlies van alfa-allel heeft effect vanaf de embryonale/foetale periode.
Hemoglobinopathieën – 3 typen
