Samenvatting Medische
Genetica
Nussbaum et al. (2015) Thompson & Thompson, Genetics in Medicine, 8th ed.
Medische genetica is een specialisme binnen de geneeskunde dat zich bezig houdt met de
diagnostiek en beheersbaarheid van erfelijke aandoeningen. Door de huidige ontwikkelingen in de
humane genetica zijn steeds meer erfelijke ziekten te detecteren. Binnen deze cursus wordt
ingegaan op hoe erfelijke aandoeningen onstaan en hoe ze te detecteren zijn.
Inhoudsopgave
Chapter 2 Introduction to the Human Genome......................................................................................4
DNA: replicatie, transcriptie en translatie..........................................................................................4
Replicatie........................................................................................................................................4
Transcriptie.....................................................................................................................................5
Het chromosoom................................................................................................................................7
Celdeling en vorming gameten...........................................................................................................9
Mitose-meiose samengevat..........................................................................................................13
Spermatogenese...........................................................................................................................13
Chapter 4 Human Genetic Diversity: mutation and polymorphism......................................................14
Mutatie nomenclatuur.................................................................................................................16
Polymorfisme................................................................................................................................17
Whole genome sequencing Technieken...............................................................................................18
Next generation sequencing (NGS).......................................................................................................18
Sanger sequencing........................................................................................................................18
Shotgun sequencing.....................................................................................................................18
Massive parallel sequencing.........................................................................................................19
De stappen van illumina:..............................................................................................................19
Copy Number Variances (CNV).........................................................................................................21
Comparative genomic hybridization (Array CGH).........................................................................22
CNV detectie met SNP array.........................................................................................................22
Chapter 5 Principles of Clinical Cytogenetics and Genome Analysis.....................................................23
Cytogenetische analyse....................................................................................................................23
Giemsa banding............................................................................................................................23
Classificatie van humane chromosomen en de nomenclatuur karyotype....................................24
High resolution chromosoom analyse..............................................................................................24
Fluorescence In Situ hybridization (FISH)......................................................................................24
, Chromosoom abnormaliteiten.........................................................................................................25
De gevolgen van ongebalanceerde structurele afwijkingen.........................................................25
Vormen van gebalanceerde structurele afwijkingen: translocaties..............................................27
Vormen van gebalanceerde structurele afwijkingen: inversies....................................................29
Chapter 6 The chromosomal and genomic basis of disease: disorders of the autosomes and
sexchromosomes..................................................................................................................................29
Aneuploïdie......................................................................................................................................30
Andere trisomiën..........................................................................................................................31
Chromosoom abnormaliteiten.....................................................................................................31
Afwijkingen door genomische imprinting.........................................................................................32
Prader-Willi syndroom en Angelman syndroom...........................................................................32
Sex-chromosomen............................................................................................................................32
Chapter 7 Patterns of single-gene inheritance.....................................................................................34
Pedigrees: stambomen.....................................................................................................................34
Mendilian inheritance......................................................................................................................34
Automale recessieve overdraagbaarheid:....................................................................................35
Chapter 9 Genetic variations in population..........................................................................................39
Definities belangrijke termen...............................................................................................................42
Opdrachten en uitwerking....................................................................................................................44
,Leeruitkomsten en lesstof
Leeruitkomsten
aangeven hoe de mitotische en meiotische deling bij humane cellen verloopt en wat de
gevolgens zijn van nondisjunctie van chromosomen tijdens deze deling
uitleg geven over verschillende vormen van aneuploïdie (chromosomale afwijkingen) en hoe
deze bij de mens overerven
beschrijven hoe de geslachtsbepaling bij de mens verloopt en aangeven wat de gevolgen zijn van
nondisjunctie bij de geslachtschromosomen
een beschrijving geven van een aantal belangrijke chromosoommutaties (deletie, inversie,
translocatie), chromosoomafwijkingen benoemen en aangeven hoe deze overerven
beschrijven welke moleculair biologische technieken in de medische genetica worden gebruikt,
hoe deze werken en (van een aantal technieken) de resultaten interpreteren
een genealogische stamboom analyseren t.b.v. (pre-)diagnostisch onderzoek van erfelijke
ziekten, hierbij gebruik makend van verschillende moleculair biologische technieken
Lesstof
Chapter 2 Introduction to the Human Genome
Chapter 4 Human Genetic Diversity: mutation and polymorphism
Technieken Whole genome technieken (niet in boek)
Sequencing:
- Next generation sequencing (Illumina)
- PacBio
Copy number variation:
- Array CGH
- SNP array
- Illumina
Chapter 5 Principles of Clinical Cytogenetics and Genome Analysis
Chapter 6 The chromosomal and genomic basis of disease: disorders of the autosomes and
sexchromosomes
Chapter 7 Patterns of single-gene inheritance
Chapter 9 Genetic variations in population
Genotypes and phenotypes in populations (Hardy Weinberg law)
,Chapter 2 Introduction to the Human Genome
Geschiedenis medische genetica
(1866) Mendel
(1950) Franklin, Watsen & Crick, structuur DNA
(1977) Sanger, Sanger sequencing
DNA: replicatie, transcriptie en translatie
De structuur van DNA is een dubbele helix opgebouwd uit een 5-koolstof suiker (deoxyribose), een
base en fosfaatgroep. De basen zijn onder te verdelen in purines en pyrimidines.
De purines binden door middel van een waterstofbrug met een pyrimidine:
Adenine + Uracil in DNA, Adenine + Thymine in RNA
Guanine + Cytosine
Nucleotiden, bestaande uit een base, fosfaat en suiker, polymeren tot lange polynucleotide ketens.
Deze worden verbonden door de fosfaatbackbone.
Replicatie
DNA replicatie gaat met behulp van verschillende enzymen. Het resultaat van replicatie zijn twee
identieke zustermoleculen. Beide bevatten een parentale strand en een nieuw gesyntheseerde
strand.
Enzym Functie
Topoisomerase Legt de DNA helix plat
Helicase Haalt de 2 DNA-strengen uit elkaar door de waterstofbruggen
te breken.
Single strand binding proteins binden aan de plekken waar de waterstofbruggen zijn
gebroken
, Primase start een RNA primer
Leading strand
DNA polymerase III leest de RNA-primer en voegt nieuwe nucleotiden toe door
middel van de vrije -OH groep. Het DNA wordt van 3’ naar 5’
gelezen.
Lagging strand
DNA polymerase III DNA polymerase III leest de RNA-primer en voegt nieuwe
nucleotiden toe tot aan het nieuwe RNA fragment, hierna valt
hij van de DNA streng af. (Okazaki-fragment)
DNA polymerase I vervangt de RNA primer met deoxyribose
DNA ligase bind de Okazaki fragmenten aan elkaar.
Bij de DNA replicatie is de kans op foutjes aanwezig, deze worden verbetert:
DNA polymerase I leest de streng
Nuclease knipt de enkele DNA streng met het foutje
DNA polymerase plaatst de correcte base
DNA ligase verbind het nieuwe stukje met de DNA-streng
Centrale dogma
Met het centrale dogma worden de aanwezige genen bedoelt die coderen voor eiwitten. Door
middel van transcriptie en translatie worden de sequenties omgezet tot eiwitten.
Messenger RNA (mRNA)
Het mRNA draagt genetische informatie voor een proteïne van het DNA naar het ribosoom. Het
mRNA is een complementaire copy van een DNA gen.
Ribosomal RNA (rRNA)
rRNA is het structurerend en functionerend component van een ribosoom. Het grote subunit bestaat
uit 2 strands rRNA en 34 proteïnen, de kleine subunit bestaat uit 1 strand rRNA en 21 proteïnen.
Transfer RNA (tRNA)
tRNA transleert de genetische code van het mRNA in een aminozuur sequentie.
Transcriptie
Door middel van transcriptie wordt er mRNA gesyntheseerd vanuit DNA. Dit gaat volgens de stappen:
1. Initiatie van promoter bij transcriptie unit (TATA-box). Het RNA-polymerase II start net iets voor de
transcriptie unit.
2. Elongnatie, het DNA wordt even van elkaar af gehaald om het DNA te kopieren door middel van
RNA (5’-3’)
3. Terminatie, na de synthese van de RNA-streng valt de promoter van het DNA af.
, Het ontstane mRNA is bij prokaryote cellen na de stap ‘terminatie’ klaar om gebruikt te worden.
Bij eukaryote cellen wordt er nog een 5’cap structuur en 3’poly(A) staart toegevoegd.
5’cap stuctuur en Poly-A-staart
De 5’cap bestaat uit 7-methyl guanosine met 5’-5’ trifosfaat brug naar 5’UTR. De eerste 2 nucleotiden
van de 5’UTR zijn gemethyleerd.
3’UTR bestaat uit de codering AAUAA, de poly-A tail bestaat uit AAAAAAA
Splicing
Door middel van splicing worden de non-protein coding regios (introns) verwijderd, de protein
coding coding regios (exons) worden geconnect.
Het eiwit is een polypeptide en bestaat uit verschillende domeinen (3 in dit geval).
Terminologie codons
In het DNA zijn 3-letter combinaties (codons) te vinden. Deze codons coderen voor verschillende
aminozuren. Het aflezen van de codons gaat via een codon tabel:
Translatie
Door translatie wordt het mRNA omgezet tot aminozuren en uiteindelijk eiwitten. De stappen zijn:
1. Initiatie, initiator tRNA leest het mRNA, kleine ribosomale subunit bind aan het mRNA, startend bij
de startcodon. Het grote ribosomale subunit sluit aan op het kleine ribosomale subunit.
2. Chain elongnatie, GTP levert energie om met behulp van tRNA de mRNA sequentie verder te
lezen. Het tRNA heeft al een start aminozuur, AUG -Met. Het mRNA wordt gelezen en de nieuwe
aminozuren binden aan Met, dit is een peptide binding. Het mRNA zal gelezen worden tot de stop
codon.
3. Terminatie, het tRNA is bij de stop codon gekomen (UAG, UAA of UGA). De tRNA verlaat het grote
robosomale subunit en het polypeptide is vrij. GTP wordt GDP + P, en de ribosomale subunits en
andere componenten verdwijnen.
Genetica
Nussbaum et al. (2015) Thompson & Thompson, Genetics in Medicine, 8th ed.
Medische genetica is een specialisme binnen de geneeskunde dat zich bezig houdt met de
diagnostiek en beheersbaarheid van erfelijke aandoeningen. Door de huidige ontwikkelingen in de
humane genetica zijn steeds meer erfelijke ziekten te detecteren. Binnen deze cursus wordt
ingegaan op hoe erfelijke aandoeningen onstaan en hoe ze te detecteren zijn.
Inhoudsopgave
Chapter 2 Introduction to the Human Genome......................................................................................4
DNA: replicatie, transcriptie en translatie..........................................................................................4
Replicatie........................................................................................................................................4
Transcriptie.....................................................................................................................................5
Het chromosoom................................................................................................................................7
Celdeling en vorming gameten...........................................................................................................9
Mitose-meiose samengevat..........................................................................................................13
Spermatogenese...........................................................................................................................13
Chapter 4 Human Genetic Diversity: mutation and polymorphism......................................................14
Mutatie nomenclatuur.................................................................................................................16
Polymorfisme................................................................................................................................17
Whole genome sequencing Technieken...............................................................................................18
Next generation sequencing (NGS).......................................................................................................18
Sanger sequencing........................................................................................................................18
Shotgun sequencing.....................................................................................................................18
Massive parallel sequencing.........................................................................................................19
De stappen van illumina:..............................................................................................................19
Copy Number Variances (CNV).........................................................................................................21
Comparative genomic hybridization (Array CGH).........................................................................22
CNV detectie met SNP array.........................................................................................................22
Chapter 5 Principles of Clinical Cytogenetics and Genome Analysis.....................................................23
Cytogenetische analyse....................................................................................................................23
Giemsa banding............................................................................................................................23
Classificatie van humane chromosomen en de nomenclatuur karyotype....................................24
High resolution chromosoom analyse..............................................................................................24
Fluorescence In Situ hybridization (FISH)......................................................................................24
, Chromosoom abnormaliteiten.........................................................................................................25
De gevolgen van ongebalanceerde structurele afwijkingen.........................................................25
Vormen van gebalanceerde structurele afwijkingen: translocaties..............................................27
Vormen van gebalanceerde structurele afwijkingen: inversies....................................................29
Chapter 6 The chromosomal and genomic basis of disease: disorders of the autosomes and
sexchromosomes..................................................................................................................................29
Aneuploïdie......................................................................................................................................30
Andere trisomiën..........................................................................................................................31
Chromosoom abnormaliteiten.....................................................................................................31
Afwijkingen door genomische imprinting.........................................................................................32
Prader-Willi syndroom en Angelman syndroom...........................................................................32
Sex-chromosomen............................................................................................................................32
Chapter 7 Patterns of single-gene inheritance.....................................................................................34
Pedigrees: stambomen.....................................................................................................................34
Mendilian inheritance......................................................................................................................34
Automale recessieve overdraagbaarheid:....................................................................................35
Chapter 9 Genetic variations in population..........................................................................................39
Definities belangrijke termen...............................................................................................................42
Opdrachten en uitwerking....................................................................................................................44
,Leeruitkomsten en lesstof
Leeruitkomsten
aangeven hoe de mitotische en meiotische deling bij humane cellen verloopt en wat de
gevolgens zijn van nondisjunctie van chromosomen tijdens deze deling
uitleg geven over verschillende vormen van aneuploïdie (chromosomale afwijkingen) en hoe
deze bij de mens overerven
beschrijven hoe de geslachtsbepaling bij de mens verloopt en aangeven wat de gevolgen zijn van
nondisjunctie bij de geslachtschromosomen
een beschrijving geven van een aantal belangrijke chromosoommutaties (deletie, inversie,
translocatie), chromosoomafwijkingen benoemen en aangeven hoe deze overerven
beschrijven welke moleculair biologische technieken in de medische genetica worden gebruikt,
hoe deze werken en (van een aantal technieken) de resultaten interpreteren
een genealogische stamboom analyseren t.b.v. (pre-)diagnostisch onderzoek van erfelijke
ziekten, hierbij gebruik makend van verschillende moleculair biologische technieken
Lesstof
Chapter 2 Introduction to the Human Genome
Chapter 4 Human Genetic Diversity: mutation and polymorphism
Technieken Whole genome technieken (niet in boek)
Sequencing:
- Next generation sequencing (Illumina)
- PacBio
Copy number variation:
- Array CGH
- SNP array
- Illumina
Chapter 5 Principles of Clinical Cytogenetics and Genome Analysis
Chapter 6 The chromosomal and genomic basis of disease: disorders of the autosomes and
sexchromosomes
Chapter 7 Patterns of single-gene inheritance
Chapter 9 Genetic variations in population
Genotypes and phenotypes in populations (Hardy Weinberg law)
,Chapter 2 Introduction to the Human Genome
Geschiedenis medische genetica
(1866) Mendel
(1950) Franklin, Watsen & Crick, structuur DNA
(1977) Sanger, Sanger sequencing
DNA: replicatie, transcriptie en translatie
De structuur van DNA is een dubbele helix opgebouwd uit een 5-koolstof suiker (deoxyribose), een
base en fosfaatgroep. De basen zijn onder te verdelen in purines en pyrimidines.
De purines binden door middel van een waterstofbrug met een pyrimidine:
Adenine + Uracil in DNA, Adenine + Thymine in RNA
Guanine + Cytosine
Nucleotiden, bestaande uit een base, fosfaat en suiker, polymeren tot lange polynucleotide ketens.
Deze worden verbonden door de fosfaatbackbone.
Replicatie
DNA replicatie gaat met behulp van verschillende enzymen. Het resultaat van replicatie zijn twee
identieke zustermoleculen. Beide bevatten een parentale strand en een nieuw gesyntheseerde
strand.
Enzym Functie
Topoisomerase Legt de DNA helix plat
Helicase Haalt de 2 DNA-strengen uit elkaar door de waterstofbruggen
te breken.
Single strand binding proteins binden aan de plekken waar de waterstofbruggen zijn
gebroken
, Primase start een RNA primer
Leading strand
DNA polymerase III leest de RNA-primer en voegt nieuwe nucleotiden toe door
middel van de vrije -OH groep. Het DNA wordt van 3’ naar 5’
gelezen.
Lagging strand
DNA polymerase III DNA polymerase III leest de RNA-primer en voegt nieuwe
nucleotiden toe tot aan het nieuwe RNA fragment, hierna valt
hij van de DNA streng af. (Okazaki-fragment)
DNA polymerase I vervangt de RNA primer met deoxyribose
DNA ligase bind de Okazaki fragmenten aan elkaar.
Bij de DNA replicatie is de kans op foutjes aanwezig, deze worden verbetert:
DNA polymerase I leest de streng
Nuclease knipt de enkele DNA streng met het foutje
DNA polymerase plaatst de correcte base
DNA ligase verbind het nieuwe stukje met de DNA-streng
Centrale dogma
Met het centrale dogma worden de aanwezige genen bedoelt die coderen voor eiwitten. Door
middel van transcriptie en translatie worden de sequenties omgezet tot eiwitten.
Messenger RNA (mRNA)
Het mRNA draagt genetische informatie voor een proteïne van het DNA naar het ribosoom. Het
mRNA is een complementaire copy van een DNA gen.
Ribosomal RNA (rRNA)
rRNA is het structurerend en functionerend component van een ribosoom. Het grote subunit bestaat
uit 2 strands rRNA en 34 proteïnen, de kleine subunit bestaat uit 1 strand rRNA en 21 proteïnen.
Transfer RNA (tRNA)
tRNA transleert de genetische code van het mRNA in een aminozuur sequentie.
Transcriptie
Door middel van transcriptie wordt er mRNA gesyntheseerd vanuit DNA. Dit gaat volgens de stappen:
1. Initiatie van promoter bij transcriptie unit (TATA-box). Het RNA-polymerase II start net iets voor de
transcriptie unit.
2. Elongnatie, het DNA wordt even van elkaar af gehaald om het DNA te kopieren door middel van
RNA (5’-3’)
3. Terminatie, na de synthese van de RNA-streng valt de promoter van het DNA af.
, Het ontstane mRNA is bij prokaryote cellen na de stap ‘terminatie’ klaar om gebruikt te worden.
Bij eukaryote cellen wordt er nog een 5’cap structuur en 3’poly(A) staart toegevoegd.
5’cap stuctuur en Poly-A-staart
De 5’cap bestaat uit 7-methyl guanosine met 5’-5’ trifosfaat brug naar 5’UTR. De eerste 2 nucleotiden
van de 5’UTR zijn gemethyleerd.
3’UTR bestaat uit de codering AAUAA, de poly-A tail bestaat uit AAAAAAA
Splicing
Door middel van splicing worden de non-protein coding regios (introns) verwijderd, de protein
coding coding regios (exons) worden geconnect.
Het eiwit is een polypeptide en bestaat uit verschillende domeinen (3 in dit geval).
Terminologie codons
In het DNA zijn 3-letter combinaties (codons) te vinden. Deze codons coderen voor verschillende
aminozuren. Het aflezen van de codons gaat via een codon tabel:
Translatie
Door translatie wordt het mRNA omgezet tot aminozuren en uiteindelijk eiwitten. De stappen zijn:
1. Initiatie, initiator tRNA leest het mRNA, kleine ribosomale subunit bind aan het mRNA, startend bij
de startcodon. Het grote ribosomale subunit sluit aan op het kleine ribosomale subunit.
2. Chain elongnatie, GTP levert energie om met behulp van tRNA de mRNA sequentie verder te
lezen. Het tRNA heeft al een start aminozuur, AUG -Met. Het mRNA wordt gelezen en de nieuwe
aminozuren binden aan Met, dit is een peptide binding. Het mRNA zal gelezen worden tot de stop
codon.
3. Terminatie, het tRNA is bij de stop codon gekomen (UAG, UAA of UGA). De tRNA verlaat het grote
robosomale subunit en het polypeptide is vrij. GTP wordt GDP + P, en de ribosomale subunits en
andere componenten verdwijnen.
