Medische genetica samenvatting 3 typen genetische ziekten: 1. Chromosoom afwijkingen: a. Medische genetica 2. Monogene aandoeningen: a. Medische genetica 3. Multifactoriële aandoeningen: a. Humane genetica & genomics Medische genetica (1, 2): - Erfelijkheid binnen families - Klinische genetica: terminologie naar aanleiding van neurogenetische aandoeningen (bv. Huntington) - Mapping van ziektegenen op specifieke chromosoom posities - Ziekte tot gen - Linkage analyse (koppelingsonderzoek, 2) - Homozygositeit mapping (2) - Haplotype sharing test (2) - Genome-wide associating studies (GWAS, 2) - Moleculaire mechanismes die ziektes kunnen veroorzaken (via genen). - Van ziekte tot gen tot eiwit 1. Extra of ontbrekend chromosoom (numeriek). Kan komen door non-disjunctie tijdens meiose I of II. Ontbrekend chromosoom (monosomie) is vrijwel altijd lethaal. Non-disjunctie meiose I als er trisomie is met gameten van één ouder uit twee chromosomen. Non-disjunctie meiose II als er trisomie is met gameten van één ouder uit één chromosoom. Structureel: - Translocaties o Reciprook: fragmenten van twee verschillende chromosomen. Kan gebalanceerd of ongebalanceerd zijn. o Robertsoniaans: twee armen van verschillende chromosomen wisselen. Kinderen kunnen mono- of trisomie hebben. - Inversies - (micro)deleties - Duplicaties Het vinden van een chromosomale afwijking: - Karyotypering: o Rangschikken van uitgeknipte gefotografeerde chromosomen tijdens mitose op grond van: Lengte Plaats van het centromeer Bandenpatroon o Deleties van >5 Mb te detecteren.
- FISH o Detectie aan- of afwezigheid van een bepaalde genomische regio met fluorescent gelabeld DNA (probe). o Probe bindt aan specifieke positie op chromosoom o Type FISH probes: Centromeer probes o Aantal van een specifieke chromosoom Locus specifieke probes o Deleties/inserties specifieke loci Kleuring hele chromosoom (Multicolor) o Complexe translocaties o Detectie numerieke afwijkingen o Detectie microdeletie syndromen (ongeveer 1 Mb) o Detectie structurele afwijkingen - Microarrays: o Patiënt DNA vs. Normaal controle DNA o Gelabeld met verschillende fluorescente kleuren o Mix ze samen o Voeg ze toe op een glazen plaatje met een hoge dichtheid DNA probes van verschillende bekende locaties op het menselijk genoom o Lees aan de kleuren ratio af waar de mutatie zit o Interpretatie van array resultaten: copy number variants (CNV s) Grafiek: afwijking van 0 zijn afwijkingen in het genoom o Geeft geen duidelijke informatie, alleen onbalans weer o Wel zeer hoge resolutie en veel tests in één - Single Nucleotide Polymorphism (SNP) micro-array o Grafiek: omhoog is duplicatie, omlaag deletie o B-allel frequentie: frequentie allel B ten opzichte van andere allelen op een specifieke locatie aan de hand van een percentage (BAF) 2. Overervingspatroon: - Mendeliaanse overerving: o Autosomaal dominant o Autosomaal recessief Als een ziekte redelijk frequent is: verwantschap heeft een kleine invloed op incidentie Als een ziekte zeldzaam is: verwantschap heeft een grote invloed op incidentie o Geslachtsgebonden Kan veroorzaakt worden door: - Puntmutaties in exonen - Puntmutaties in promotor - Puntmutaties in intronen Hoe vind je de mutatie? - PCR o Denaturatie o Primer annealing
o Primer extensie/dna synthese o (soms in High Resolution Melting, mutaties in PCR producten zijn detecteerbaar omdat ze de smeltcurve veranderen) - Sanger sequencing o Denaturatie o Primer annealing o In 4 flesjes o DNA polymerase toegevoegd o Vrije nucleotiden (dntps) toegevoegd o Gemodificeerde nucleotiden (ddntps) van één soort nucleotide (ACTG) o Na binding van ddntp stopt binding (geen OH brug) o Verschillende lengtes in elektroforese - QF-PCR (quantitative-fluorescent polymerase chain reaction) (prenatale diagnositiek!) o Amplificatie, detectie en analyse van short tandem repeats (STRs) markers (chromosoom specifiek) o STRs kunnen qua lengte verschillen tussen ouders en erven over als allelen o PCR-amplificatie van meerdere STRs op chromosoom 13/18/21/X/Y mbv. fluorescentie PCR en scheiding op grootte mbv capillaire sequencer o Vergelijking STRs tussen ouders mbv fluorescentie: mate van fluorescentie geeft mate van product - Next generation sequencing (vervangend voor Sanger) o Sample preparatie Fragmenteren van het genomisch DNA Size selectie van de fragmenten Adapters ligeren aan het gefragmenteerde DNA Geprept genomisch DNA o Capturing Geprept DNA in custom made library 24 uur hybridiseren bij 65 C Hybridisatie DNA (biotine) + magnetische bolletjes Bolletjes met magneet verwijderd Alleen fragmenten van interesse geïsoleerd Cluster generatie: a. DNA hecht aan flow cell b. Brug amplificatie c. Dubbelstrengs fragmenten d. Denatureren dubbelstrengs fragmenten e. Clusters gegenereerd o Sequencen Annealen sequence primer Fluorescentie o Plaatjes naar read o Alignen o Varianten benoemen o Pathogene mutatie?
- Linkage analyse o LOD score berekenen: kans dat een marker gekoppeld is aan de eigenschap (kans dat de eigenschap bij toeval aanwezig is) o Log (1/0,5^aantal aangedane kinderen) = LOD score o Per kind + 0,3 o Min. LOD score van 3,0 (10 informatieve meioses) o Stambomen vaak niet groot genoeg - Haplotype sharing test o Haplotype: combinatie allelen op een chromosoom o Goed als alternatief voor linkage (kleinere families) o Founder mutaties aantonen en leeftijd mutatie analyseren o Kan al vanaf 7 meioses bij autosomaal dominant. o Grote gedeelde haplotypes duidt op één voorouder o Hoe groter gedeelde haplotype, hoe groter kans op daar gelegen gemuteerde gen. o Genotyperen van aangedane familieleden o Bepalen langste haplotypes o Analyse van genen in deze haplotypes o Founder mutaties Mutatie afkomstig uit gedeelde voorouder Tegenovergestelde recurrent mutatie Haplotype analyse a. Microsatellieten b. Bv [CA]n repeats Leeftijd aan de hand van lengte van het gedeelde haplotype - Homozygosity mapping (bij autosomaal recessief) o Gedeelde homozygote gebieden zoeken o Vaak bekende verwantschap of afkomst uit zelfde regio o Exoom sequencing o Vele mutaties: welke pathogeen? Filteren (met controle populaties) Prioriteiten - Exoom sequencing o Reguliere diagnostiek, vaak met virtueel genpanel o Wordt veel gebruikt om nieuwe genen te vinden o Validatie nieuwe genen is essentieel maar moeilijk o Ethische aspecten zijn belangrijk o Vastgestelde lijst in de filtering opnemen o Filteren op fenotypische kenmerken met behulp van HPO (human phenotype ontology) o Met of zonder selectie op fenotype of linkage analyse Kanker. Is een genetische ziekte want: - Chromosomale afwijkingen in kanker - Carcinogenen zijn mutagen - Individuen met een DNA herstel deficiëntie syndroom hebben verhoogd risico - Clustering van kanker in families o Erfelijkheid (5-10%) - Leeftijd waarop kanker zich openbaart
o Erfelijkheid (5-10%) Mutaties: somatische en kiembaan: - Somatisch: o Komen voor in niet-kiembaan weefsels o Niet erfelijk - Kiembaan: o Aanwezig in ei of sperma o Erfelijk o Veroorzaken kanker familie syndroom Oncogenen zijn gemuteerde proto-oncogenen. - Dominant - Tumorsuppressorgenen zijn recessief o Knudson two-hit hypothese (2 mutaties nodig) mirna kan kanker veroorzaken - Gebrek of teveel van een bepaalde soort kan leiden tot kanker - Overdreven onderdrukking van TSG - Gebrek onderdrukking van oncogenen Alarmsignalen erfelijke kanker: - Belaste familieanamnese (dit bewijst of sluit echter niks uit) - Jonge leeftijd voor de soort kanker - Multipele primaire tumoren (in verschillende of hetzelfde orgaan) 3. Omgevingsfactoren spelen hierbij vooral een rol. Aangeboren afwijkingen kunnen gevonden worden in: - Prenataal weefsel: o Chorion vlokken o Vruchtwater o Bloedonderzoek + nekplooimeting + leeftijd moeder + duur zwangerschap geeft de kans op een trisomie - Postnataal weefsel: o Bloed o Huid o Wangslijmvlies o Abortus weefsel o (alles met DNA?) o Diagnose bevestigen/uitsluiten o Dragerschap bevestigen/uitsluiten o Presymptomatisch DNA isolatie: - Rode en witte bloedcellen worden opgeblazen door cellysis buffer - DNA in oplossing kapotte bloedcellen - Magnetische bolletjes toegevoegd - Buffers toegevoegd - DNA plakt aan bolletjes onder invloed van chemische samenstelling oplossing
- Door magneet bolletjes + DNA uit de oplossing gehaald - Wassen van het DNA - DNA laat los door een verandering in de samenstelling van de buffer Anticipatie: volgende generaties krijgen de symptomen/ziekte op steeds jongere leeftijd. Pleiotropie: mutaties in één gen kunnen verschillende fenotypische effecten teweeg brengen. Variabele expressie: verwijst naar de mate van ernst van het fenotype. Waarom verschillen? - Interactie genotype + omgeving Sequentie: nucleotidevolgorde van een DNA-fragment Read: sequentie zoals deze is afgelezen van een DNA-fragment (in bp) Q30: kwaliteitscriterium. Kwaliteit van Q30 betekent: 1 op de 1000 nucleotiden wordt verkeerd afgelezen. LOH: loss of heterozygosity (verlies van heterozygositeit) Fenokopie: niet erfelijke vorm in een familie waar erfelijke vorm (ook) voorkomt