1. Basisprincipes. Endosimbiose = eukaryoten die samengesmolten zijn met mitochondrieën, een soort bacterie wij hebben nog steeds bacterieën in ons

1. Basisprincipes 1.1. INLEIDING 1.1.1. Pre-gentijdperk Geschiedenis 4.8 miljard: ontstaan aarde 3.8 3.5 miljard: * Ontstaan eerste leven * Atmosfeer initieel anaeroob 2.4 2 miljard: * Ontstaan photosynthese (CO2 O2) * toenemende zuurstofconcentratie in atmosfeer * bacterieën die niet met O2 overweg konden stierven uit 1.5 miljard: ontstaan eukaryoten multicellulaire organismen 0.5 miljard: vissen en plankton (voorlopers planten) 420 miljoen: landdieren 50 000: mens Endosimbiose = eukaryoten die samengesmolten zijn met mitochondrieën, een soort bacterie wij hebben nog steeds bacterieën in ons Onderscheid eukaryoten en prokaryoten Prokaryoten Eukaryoten * Kleine cel * Grote cel * Geen kernmembraan * Kernmembraan DNA los = circulair chromosoom DNA niet los = lineair chromosoom * Klein en weing DNA * Groot en veel DNA * Geen cytoskelet * Cytoskelet * Geen organellen * Organellen Slide met stamboom (les 1) 1.1.2. Wetten van Mendel De wetten van Mendel vatten de nomenclatuur samen: Bij elke erfelijke eigenschap horen 2 allelen, maw het genotype van een fenotype wordt bepaald door 2 allelen Allelen segregeren per toeval, maar in gelijke mate (50%) van de gameten Een gen heeft twee vormen (allelen): dominant (A) en recessief (a) (alleen aa-types vertonen de a-eigenschap) Bij dihybride kruisigen segregeren de eigenschappen onafhankelijk van elkaar (AaBb produceert AB, Ab, ab, ab) 1

1.2. DNA EN RNA 1.2.1. Nucleïnezuren Nucleïnezuren = Opgebouwd uit polymeren van nucleotiden Kan door nuclease afgebroken worden tot losse nucleotiden DNA en RNA zijn nucleïnezuren Nucleotiden bestaan uit Base Pentose Fosfaat A. Base 2 soorten Pyrimidines * Cytosine * Thymine of uracil Purines * Adenine * Guanine Verschil bij de twee soorten; de opbouw Pyrimidines: 1 ring Purines: 2 ringen De verschillende basen paren samen: G en C A en T B. Pentose Op chromosoom 1 bind de base Bij chromosoom 2: OH bij RNA H bij DNA Op chromosoom 3 gaat de fosfaat van de vorige nucleotide zich binden met de volgende nucleotide Op chromosoom 5 gaat fosfaat zich binden Pentose = vijfring met 5 genummerde koolstofatomen en 1 zuurstof Nucleoside = pentose + base Nucleotide = pentose + base + fosfaat 2

C. Fosfaat Er kunnen zich meerdere fosfaten binden: Één: monofosfaat Twee: difosfaat Drie: trifosfaat hoe meer, hoe energierijker Als gevolg van de verschillende fosfaten die zich kunnen binden, zijn er verschillende bouwstenen: RNA * Adenosine mono/di/tri fosfaat AMP/ADP/ATP * Guanosine mono/di/tri fosfaat GMP / GDP / GTP * Cytidine mono/di/tri fosfaat CMP / CDP / CTP * Uridine mono/di/tri fosfaat UMP / UDP / UTP DNA * Deoxyadenosine mono/di/tri fosfaat damp / dadp / datp * Deoxyguanosine mono/di/tri fosfaat dgmp / dgdp / dgtp * Deoxycytidine mono/di/tri fosfaat dcmp / dcdp / dctp * Deoxythymidine mono/di/tri fosfaat dtmp / dtdp / dttp D. Verschil DNA en RNA DNA heeft base thymine en RNA heeft uracil DNA heeft 2 strengen, RNA slechts 1 DNA heeft het pentose desoxyribose en RNA heeft ribose 1.2.2. Dubbele helixstructuur DNA heeft een dubbele helixstructuur te zien met scanning tunneling microscopie Hoe? Nucleotiden worden aan elkaar gebonden door fosfodiësterasebindingen Wat? Fosfaat bind zich met het 3 e koolstofatoom van de volgende nucleotide Kenmerken van ketens Antiparallel = van boven naar beneden gelezen loopt de ene streng van 5 naar 3 en de andere keten van 3 naar 5 Basen worden met elkaar verbonden door H 2O-bruggen * A en T: 2 bruggen * C en G: 3 bruggen De strengen zijn complementair van elkaar De strengen zijn semi-conservatief = dmv van een streng te kopiëren, kan men de andere ook maken 3

2 soorten DNA s B-DNA * Major en minor-groef (zigzagkoers) * Rechtsdraaiend Z-DNA * In GC-rijke gebieden (rol bij genregulatie Z-DNA ook rol daarbij) * Geen zigzagkoers * Linksdraaiend Opmerking: klein deel van DNA (2-3%) bevat eigenlijke code van genen 1.2.3. Genetische code DNA bevat de code voor de cellulaire bouwstenen (eiwitten en enzymen) Functie RNA: het is intermedair bij aanmaak van eiwitten Eiwitten bestaan uit maximaal 20 verschillende aminozuren genetische codde moet dus 20 verschillende aminozuren met elkaar verbinden volgens een specifieke code DNA-code wordt gevormd door nucleotidetripletten (codons) die in RNA-tripletten wordt vertaald. Elk codon codeert voor 1 AZ Omdat 4 verschillende nucleotiden 64 (4³) verschillend tripletten kunnen vormen, is het mogelijk dat meerdere tripletten voor hetzelfde aminozuur coderen Specifieke codons: Startcodons Stopcodons (UAA, UGA, UAG) 1.2.4. Replicatie Wanneer? Als de cel zich in rustfase bevind (G1) en overgaat naar S-fase wordt een signaal verzonden dat replicatie mag beginnen. Dan gaat de cel over naar de G2-fase waarbij de voorbereiding wordt getroffen voor de mitose. Helicase: Haalt de twee strengen uit elkaar door de waterstofbruggen te breken Gebeurt niet op willekeurige plaatsten, maar op specifieke plaatsen = origins of replication DNA-polymerase: Gaat van 3 naar 5 een complementaire streng aanmaken door desocynucleoside 5 -trifosfaten in te bouwen Andere keten (die van 5 naar 3 ): in kleine stukjes gesynthetiseerd (okazaki-fragmenten) daarna aan elkaar gebonden door ligase Verschillende soorten DNA-polymerase * Koppelen de 5-3-fosfodiësterverbindingen * Hebben exonuclease-activiteit fouten opsporen in basenparing * Fouten elimineren 4

Primer: DNA-polymerase begint niet zomaar te synthetiseren vanuit origins of replication Het heeft een klein stukje DNA of RNA nodig (startcodon) Startcodon later vervangen door DNA 1.2.5. Genstructuur Centrale dogma van de moleculaire biologie = volgorde van de desocyribonucleotiden in een gen bepaalt de volgorde van de aminozuren waaruit het door dit gen gecodeerde eiwit bestaat. DNA bestaat uit: Exonen (coderende sequenties) en intronen Een promoter Een startsequentie aan 5 : ATG-codon dat het begin van de translatie bepaalt Een stopcodon: TAA/TAG/TGA: einde van het coderende gedeelte van een gen Poly-A signaal: een lange reeks van adenosines aan de 3 -einde Het DNA van prokaryoten hebben geen introns 1.2.6. Mitochondrieel DNA DNA in de mithochondrieën dat is ontstaan door een symbiose van prokaryoten, gevolgd door de opname in de eukaryoten. Mitochondriëel DNA Circulaire structuur met een superhelix Niet verpakt in een celkern Bevat genetisch codes voor * 2 rrna * 22 trna * 13 polypeptiden Hoe doorgegeven? Via de oöcyt van de moeder mitochondriële ziekten zijn enkel overerfbaar via de moeder (vader geeft enkel chromosomen, de moeder geeft alle organellen) 5

1.3. VAN DNA NAAR EIWIT 1.3.1. Transcriptie Proces: RNA-polymerase haalt de strengen uit elkaar Aanmaken van RNA dat volledig identiek is aan de coderende DNA-streng (alleen worden thymines vervangen door uracil) doordat de niet-copiërende streng als matrijs genomen wordt. = pre-mrna Capping: aan 5 -uiteinde wordt guanosine gekoppeld (via een trifosfaatbrug) Poly-A-staart: aan 3 -uiteinde worden veel adenosines gebonden * Door poly-(a)-polymerase * Speelt rol in stabiliteit van RNA en in het transport van kern naar cytoplasma Splicing: intronsequenties worden verwijderd * Vind plaats in de spliceosomen in de kern * Intronen beginnen met een universele splice donor-sequentie * Intronen eindigen met een splice acceptor-sequentie * Op die plaatsen worden exonen aan elkaar gebonden mrna is gevormd en kan gestransporteerd worden naar cytoplasma Soorten mrna met elk hun eigen polymerasecomplex en initiatie van transcriptie: rrna = ribosomaal RNA * codeert niet voor een eiwit * Functie: opbouw chromosomen trna = transfer RNA * codeert niet voor een eiwit * Functie: aanvoeren van aminozuren * Er zijn verschillende trna s die elk met één aminozuur kunnen binden * Bezitten een anticodon van drie nucleotiden (anticodon is complementair met het codon dat codeert voor het te transporteren aminozuur) mrna = messenger RNA * codeert voor een eiwit * Functie: genetische informatie van de kern naar de ribosomen in cytoplasma brengen 1.3.2. Translatie Eiwitsynthese vindt plaats in de ribosomen Proces: Eiwitsynthese start als een ribosoom en een trna-molecuul met het aminozuur methionine (in RNA gecodeert als het startcodon AUG) aan het mrna binden Het ribosoom schuift verder Leest de code af terwijl de trna-moleculen vna het reeds gesynthetiseerde eitwitgedeelte weer vrijkomen Aminozuren worden aan elkaar gebonden via een peptidebinding Dit gaat door tot het ribosoom een stopcodon bereikt Het eiwit is klaar en komt los Eventuele post-translatie modificaties aan eiwit (bv. Suikers binden) Polysoom = wanneer mrna door verschillende ribosomen afgelezen wordt 1 soort eiwit verschillende keren aangemaakt op hetzelfde moment 6

1.3.3. Genregulatie Promotor: DNA-sequenties die 5 van het gen gelegen zijn en herkenbaar zijn aan DNA-motieven als TATA (TATA-box) of CAAT Kunnen eiwiten aan binden (transcriptiefactoren) vormen samen met andere eiwitten en het RNA-polymerase een complex RNA-synthese remmen of stimuleren Sommige genen hebben geen promotor, maar GC-rijke sequenties (CpG-eilanden) Silencers of ehancers Binden op transcriptiefactoren, maar kunnen op een grotere afstand 5 of 3 voorkomen (of zelf in het gen) Genregulatie kan worden verstoord door chromosomale veranderingen op grote afstand Genexpressie kan ook weefsel- en tijdspecifiek zijn en kan worden beïnvloed door myethylering van cytosine in DNA Gaat gepaard met inactivering van gen, maar ook uitzonderingen Of methylering oorzaak of gevolg is van geninactivatie is onduidelijk A. Alternatieve splicing Één gen kan leiden tot verschillende eiwitten Hoe? Niet alle exonen worden overgenomen door RNA, maar één of meerdere worden weggelaten Opeenvolging van exonen blijft wel bewaard! 1.4. CHROMOSOOMSTRUCTUUR Alle DNA (niet mitochondriëel DNA) is aanwezig in chromosomen Chromosomen = Dubbele helix opgerold rond 8 eiwitten/histonen = nucleosoom of beads on a string Nucleosomen heel sterk opgerold rond histonen = chromatine Chromatine helemaal opgerold/gecondenseerd = chromosoom Chromosomen: Alleen afzonderlijk zichtbaar tijdens de kerndeling of mitose Bestaan uit chromatine (complex van DNA, RNA en eiwitten) Hoe opgerold? DNA windt zich rond 8 histonen Opvouwing van deze structuur ontstaan van fiber/vezel (basis van de looped domains of lussen) Lussen ankeren aan het chromosoomskelet of scafold 7

Lussen: Heeft één startpunt of origins of replication voor DNA-replicatie In genrijke gebieden: lussen in een losse pakking In genarme gebieden: lussen dichter op elkaar Per cluster van lussen (met een globaal gelijke pakking) worden de beginpunten van replicatie tegelijk actief Hoe rijker aan genen een cluster van synchroon replicerende lussen is, hoe vroeger de DNAreplicatie tijdens S-fase begint In de metafase nog steeds verschil in pakking van looped domains zichtbaar: G- en R-bandering techniek kan dit aantonen Genrijke chromosoomsegmenten met overwegend vroeg replicerende clusters * Met G-bandering: lichte kleur * Met R-bandering: donkere kleur Genrijke chromosoomsegmenten met overwegend vroeg replicerende clusters * Met G-bandering: donkere kleur * Met R-bandering: lichte kleur 1.4.1. Genoom, haploïd en diploïd Genoom: De complete set aan genetisch materiaal Elk chromosoom en ook van elk gen is er dus één kopie aanwezig in theorie Bevat: * Autosomen * Geslachtschromosomen X en Y Haploïd: Van elk chromosoom maar één kopie aanwezig in de cel, embryo of organisme Zaadcellen: 2 types haploïde cellen: * Die met een X-chromosoom * Die met een Y-chromosoom Bij bevruchting: * Diploïde zygote * Ouderlijke haploïde chromosomensets bevinden zich in de zygote ieder in hun eigen kern * Na de eerste deling (klievingsdeling): homologe chromosomen komen in één kern te liggen (in de twee kernen van een tweecellig organisme) Diploïde cel: van elk chromosoom 2 homologe paren (autosomen) Haploïde cel: van elk chromosoom 1 paar 8

1.5. CELCYCLUS 1.5.1. Mitose en meiose: inleiding Cellen van zoogdier: Cellen van soma Cellen van kiembaan * Hier differentiëren kiemcellen (voorlopers van geslachtscellen) tot gameten Tijdens embryonale en foetale fase: ontwikkeling soma Kracht hierachter: * Celdeling gekoppeld aan celdifferentiatie * Geprogrammeerde celdood (apoptose) Onderscheid soma en kiembaan essentiëel: Kiembaan: * Differentiatie komt vroeg in embryonale ontwikkeling tot stand * Gevolgen van een mutatie zijn héél anders dan de gevolgen van een mutatie bij een soma * Alle kiemcellen voor het grootste gedeelte van hun vermeerderings- en differentiatiegeschiedenis zijn diploïd gameten zijn haploïd Soma: * Indien gametogenese en bevruchting normaal verlopen bijna alle cellen van soma diploïd * Er kunnen cellen met een hogere ploïdiegraad ontstaan (ploïdiegraad = aantal haploïde sets chromosomen) Tijdens de eerste van de twee meiotische delingen vindt de reductie van het chromosoomaantal tot haploïd plaats = reductiedeling 1.5.2. Mitose Mitose = kerndeling van somatische cellen en de cellen van de kiembaan tot aan de meiotische stadium (dus van een diploïde cel naar twee diploïde cellen) heeft ook een controlesysteem om fouten op te sporen Celdeling: Mitose Cytokinese (verdeling van het cytoplasma over de twee dochtercellen) Cyclus: S-fase: signaal voor celdeling Profase: * chromosomen dat spiraliseerd * kernmembraan lost op * spoelfiguur wordt gevormd: microtubuli aangemaakt (draadjes tussen centrosomen) 9

Prometafase Metafase: fase van chromosoomtransport waarbij microtubuli, centrosomen en centromeren worden gebruikt Centromeer: de chromosoomregio die via een eiwitplaat (kinetochoor) bindt aan de microtubili * Centrosomen aan de polen van de spoelfiguur organiseren de groei van de microtubuli * In de chromosomen is het centromeer als een insnoering te zien * Kinetochoren worden gekoppeld aan de microtubuli (en separase komt vrij) * Transport kan beginnen * De centromeren liggen in de equator van de spoelfiguur, per chromatide, ieder naar een pool gericht Anafase: * Start: wanneer het cohesinecomplex door de enzymatische activiteit van separase wordt opengeknipt cohesinecomplex: geactiveerd tijdens S-fase en houdt zusterchromatiden bij elkaar * Afstand tussen de polen wordt groter * Zusterchromatiden worden uit elkaar gehaald Telofase: * Cytokinese begint * Centromeren liggen nu dichts bij de pool wanneer het chromatine (na de telofase) het chromatine weer despiraliseert en er een nieuwe kernmembraan komt. Non-disjunctie = wanneer twee chromatiden niet gescheiden worden en in één dochtercel komen Monosome en trisome dochtercellen = komt voor na een vertraagd transport van chromatide naar een dochterkern (anafase-lagging) 1.5.3. Meïose Wat? Van een diploïde cel naar een haploïde cel gaan = reductiedeling Waar? Alleen bij de vorming van voortplantingscellen Wanneer? Een week na de bevruchting worden de kiemcellen al gevormd (voorlopers van voortplantingscellen) Hoe? Door 2 delingen: Meïose I: * van een diploïde cel naar een haploïde cel * van 46 chromosomen naar 23 chromosomen Meïose II: * Van 2 (gelijke) chromatiden per chromosoom naar 1 chromatide * Dus het verdubbelde DNA in één cel, wordt verdeeld over 2 cellen 10

A. Meïose I Leptoteen stadia: chromosomen worden gevormd door condensatie van DNA Zygoteen stadia: 2 homologe chromosomen gaan elkaar opzoeken paring + vast zitten aan elkaar Pachyteen stadia: kleine stukjes chromosomen gaan uitwisselen (crossing over) elk chromosoom wordt een unieke combinatie Diploteen stadia: chromosomen worden terug wat losser Diakinese: spelfiguur wordt gevormd Metafase I: Chromosomen liggen op evenaar 2 homologe chromosomen gaan uit elkaar (niet chromatiden zoals bij mitose en meïose II) Essentieel is dat de chromosomen goed paren met elkaar goed samenhangen evenwichtige spanning goed uit elkaar gehaald worden Anafase: Start: wanneer het cohesinecomplex door de enzymatische activiteit van separase wordt opengeknipt cohesinecomplex: geactiveerd tijdens S-fase en houdt chromosomen bij elkaar Afstand tussen de polen wordt groter Homologe chromosomen worden uit elkaar gehaald Telofase: Cytokinese begint Centromeren liggen nu dichts bij de pool wanneer het chromatine (na de telofase) het chromatine weer despiraliseert en er een nieuwe kernmembraan komt. B. Meïose II Analoog aan mitose Verschil met meïose I: chromatiden worden uit elkaar gehaald en niet chromosomen leptoteen, zygoteen, pachyteen, diploteen en diakinese gebeurt niet alleen profase C. Opmerkingen Crossing-over: Gebeurt op willekeurige plaatsen Kan op verschillende plaatsen tegelijk gebeuren op een chromosoom Hierdoor zijn er verschillende combinaties bij mensen (bv. broer en zus hebben hetzelfde DNA, maar zien er anders uit) Chiasma: plaats waar stukjes worden uitgewisseld en waar ze aan elkaar vasthangen 11

Seperatine: Functie bij eerste meïotische deling: cohesines thv centromeer niet afbreken, alleen paren uit elkaar halen Functie bij tweede meïotische deling: cohesines thv centromeer afbreken chromatiden uit elkaar Vrouwen: Een geïnactiveerd X-chromosoom vrouw is mozaïek, in de ene cel is het de éne chromosoom en in de andere de andere bv. lapjeskat 1 e meïotische deling: bij eisprong 2 e meïotische deling: bij bevruchting ontstaan van poollichaampjes 12

2. Chromosomale overerving 2.1. NAAMGEVING Hoe gerangschikt? Volgens grootte Volgens plaats centromeer * Metacentrisch: ongeveer in het midden van het chromosoom * Submetacentrisch: tussen het midden en het uiteinde * Acrocentrisch: dichtbij het uiteinde 2.1.1. Beschrijving karyotype volgens ISCN 1995 ISCN: Internationaal Systeem voor Humaan Cytogenetische Nomenclatuur Hoe beschrijven? Iedere regio en band in de korte en lange arm van de chromosoom wordne met verschillende cijfers aangeduid. Voordeel: zo is het mogelijk de breukpunten van iedere structurele afwijking in detail aan te duiden Symbolen: Symbool Betekenis p Korte arm van de chromosoom p21 Band 21 van de korte arm q Lange arm van de chromosoom q1 Regip1 van de lange arm Del Deletie i Isochromosoom mar Markerchromosoom r Ringchromosoom t Translocatie ; Scheidt chromosoomgebieden betrokken bij structurele veranderingen () Omvat structureel veranderde chromosomen + voor symbool Additioneel chromosoom + na symbool Toename van lengte van chromosoom, arm of regio - voor symbool Ontbrekend chromosoom - na symbool Afname van lengte van chromosoom, arm of regio Voorbeelden zie handboek p 126 13

2.2. CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN Ploïdieafwijking: het aantal chromosomale sets is niet normaal Aneuploïdie: afwijkingen van het aantal doordat er één of meer chromosomen te veel of te weinig zijn 2.2.1. Ploïdieafwijkingen Polyploïdie = aanwezig zijn van meer dan 2 haploïde sets van chromosomen. Triploïdie: 69 chromosomen Gevolgen: * Dubbele bevruchting * Miskramen Soms een geboorte, maar kind overlijdt na enkele dagen Tetraploïdie: 92 chromosomen Ontstaat door het uitblijven van celdeling na de kerndeling Gevolg: miskraam Ook bij: sommige normale weefsels en tumoren 2.2.2. Aneuploïdie Aneuploïde zygoten hebben meer of minder dan 46 chromosomen Ontstaan door: Non-disjunctie in de eerste meïotische delingen Anafase-lagging in de eerste meïotische delingen alle cellen van de individu zijn afwijkend Toename van een chromosoom: Trisomie Meest frequente groep van chromosomale afwijkingen (zowel bij spontane abortus als bij geboorte) Afname van een chromosoom: Monosomie Niet overleefbaar spontane abortus Uitzondering: monosomie X * Meestal spontane abortus * Soms geboorte 14

2.2.3. Mozaïcisme Ontstaan van mozaïcisme: Aneuploïdie of polyploïdie kan optreden tijdens de mitotische deling Afhankelijk van hoe vroeger of hoe later de non-disjunctie of anafase-lagging begint, kan de foetus in meer of mindere mate afwijkingen tonen in de cellen Klinische beeld wordt bpeaald door de graad en de verdeling van het mozaïcisme Opmerkingen: Dochtercellen van een mitotische fout hebben niet noodzakelijk dezelfde overlevingskansen of hetzelfde vermenigvuldigingsritme In extreme gevallen zal de chromosomale afwijking zich beperken tot één weefsel of één orgaan 2.2.4. Structurele afwijkingen Wat? Afwijkingen in de vorm of structuur van chromosomen. Hoe ontstaan? Doordat er tijdens de DNA-replicatie of onmiddelijk daarna, breuken optreden in één of mer chromosomen. Meestal worden de breuken hersteld. Soorten breuken: Één van de afgebroken stukken kan verloren gaan eenvoudige terminale deletie Twee breuken binnen één chromatide: * Para-inversie * Pericentrische inversie * Interstitiële deletie * Ringchromosoom Isochromosoom: Ontstaan: chromosoom kan tijdens de anafase dwars door het centromeer wordne gesplitst in plats van overlangs. korte en lange arm worden van elkaar gescheiden Isochromosomen worden gevormd; * Exact metacentrisch * Bestaat uit een centromeer * Tweemaal de korte of tweemaal de lange arm van het oorspronkelijke chromosoom Translocatie: Ontstaan: wanneer twee verschillende chromosomen op hetzelfde moent een breuk vertonen en één van de stukken versmelt met het verkeerde chromosoom Soorten: * Reciproke translocatie: beide stukken zitten op de verkeerde plaats * Gebalanceerde translocatie: geen verlies van genetische informatie 15

Centrische fusie of robertsoniaanse translocatie: Optreden van breuken thv het centromeer van de korte en lange arm van de chromosomen van de D-groep (13-15) en G-groep (21 en 22) Korte armen gaan hierbij verloren, zonder dat dit aantoonbare nadelige gevolgen heeft voor het individu Het kan wel nadelige gevolgen hebben voor de nakomelingen van de drager Frequenties: Deletie en isochromosomen: zelden in opeenvolgende generaties zichtbaar en gaan meestal met ernstige afwijkingen gepaard Reciproke translocaties en centrische fusies: * Komen vaak in meerdere generaties voor * Dragers zijn gebalanceerd en zijn gezond frequentie is afhankelijk van de hoeveelheid en de aard van genetische informatie die verloren is gegaan Chromosomale afwijkingen zijn het best zichtbaar met de FISH-methode: Zie nota s en zie pag 256 2.3. OORZAKEN VAN CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN Chromosomale afwjkingen die ontstaan tijdens de meiose en mitose zijn grotendeels onbekend. Virussen, bestraling en chemische mutagentia kunnen structurele modificaties veroorzaken. Belangrijke factoren: Leeftijd van de moeder: beïnvloed de freqentie van non-disjunctie tijdens de meïose Sommige families: verhoogd aantal numerieke afwijkingen vermoeden dat er bepaalde genen bestaan die het voorkomen van meiotische non-disjunctie bevorderen 2.4. INCIDENTIE VAN CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN Van de bevruchting naar de geboorte: Pre-implantatie verlies: * ± 1/3 * Trisomie 1 en trisomie 17 * Geen innesteling Post-implantatie verlies: * ± 1/3 * < 6 weken: 25% * > 6 weken: 10% * 80% van de chromosomale afwijkingen: - Trisomie 16 en 21 - Triploïdie - Monosomies - 45 X Geboorte: 1/150 en 1/200 geboren met afwijking (nog een zeer grote selectiefase) 16

2.5. GESLACHTSCHROMOSOMEN EN HUN AFWIJKINGEN Vrouwelijk geslacht is homogametisch: Omdat de vrouw twee X-chromosomen bezit kan het slechts één soort geslachtscel produceren: het X-dragende Mannelijk geslacht is heterogametisch: Omdat de man zowel een X-chromosoom en een Y-chromosoom bezit, kan de man twee geslachtscellen produceren: het X-dragende en de Y-dragende Primaire geslachtsverhouding: verhouding tussen mannelijke en vrouwelijke zygoten is 1 Secundaire geslachtsverhouding: verhouding tussen mannelijke en vrouwelijke zygoten is 1 meer jongens als meisjes geboren: Nog steeds geen verklaring ervoor Secundaire geslachtsverhouding neemt af * Bij toenemende ouderleeftijd (vooral bij vader) * Bij toenemend kinderaantal 2.5.1. Kenmerken van de geslachtschromosomen A. X-chromosoom Lange arm: meest geconserveerde deel van het chromosoom Korte arm: reeks genen die bij andere soorten op de autosomen zijn gelokaliseerd Uiteinde korte arm: Veel homologie wat betreft de samenstelling van DNA met de basenparen op de korte arm van Y- chromosoom Deze regio maakt het mogelijk om tijdens de meiose paring van X en Y te hebben én veelvuldig crossing-over te hebben Wordt pseudo-autosomale regio genoemd B. X-chromosoominactivatie Het chromosoom dat geïnactiveerd is heeft geen rol meer in de transcriptie Lyon - Hypotheses: Bij vrouwelijke zoogdieren is per cel slechts één van beide X-chromosomen actief Inactivatie van het andere X-chromosoom vindt plaats tijdens de vroege embryonale ontwikkeling Het inactieve x-chromosoom kan zowel van vaderlijke als van moederlijke oorsprong zijn Het activiteitenpatroon blijft tijdens de opeenvolgende mitotische delingen gehandhaafd. Vrouwen die heterozygoot zijn voor een X-gebonden kenmerk mozaïekpatroon vertonen XIST-gen: Gen dat te maken heeft met X-inactivatie Ligt op lange arm van het X-chromosoom Na innesteling wordt een van de beide XIST-genen willekeurig geactiveerd het betreffende X- chromosoom definitief geïnactiveerd en gemethyleerd wordt (enkel de pseudo-autosomale regio ontstnapt aan de inactivatie). 17

C. Y-chromosoom Kenmerken: Zeer variabel in lengte Aantal genen op de korte en lange arm is zeer geconserveerd Bevat heel wat repetitieve sequenties Bevat een achttal genen dat ook op het X-chromosoom ligt 2.5.2. Chromosomale oorzaken van afwijkende geslachtsdifferentiatie Zowel autosomale als geslachtschromosomale afwijkingen kunnen de oorzaak zijn van een afwijkende geslachtsontwikkeling. Autosomale defecten: Gevolgen: congenitale afwijkingen en psychomotorische retardatie Geslachtschromosomale afwijkingen: Gevolgen: * Meer effect op de geslachtsontwikkeling, dan op de lichamelijke ontwikkeling * Komt meestal op latere leeftijd tot uitting Soorten: * Structurele afwijkingen * Numerieke afwijkingen - Gevolg van een meiotische stoornis - Door non-disjunctie ontstaan 4 abnormale gameten 2.6. ERFELIJKHEID VAN CHROMOSOMALE AFWIJKINGEN 2.6.1. Inversies Homologe chromosomen kunnen alleen paren wanneer er een inversielus ontstaat als gevolg van crossing-over binnen de lus kunnen afwijkende chromosomen worden gevormd Paracentrische inversie: Centromeren liggen buiten de lus Crossing-over binnen het inversiesegment acentrish en dicentrisch chromatide Weinig kans op overleefbaarheid Pericentrische inversies Centromeren liggen binnen de lus Crossing-over binnen het inversiesegment beide chromatiden zullen afwijkend zijn Kans op overleefbaarheid, nakomelingen hebben: * Partiële trisomie * En partiële monosomie 18

2.6.2. Reciproke translocaties Tekening hb 139!!! Homologe chromosomen zullen tijdens de meiose één kruisvormig quadrivalent vormen 6 soorten gameten ontstaan Dewelke? Normaal Gebalanceerde translocatie Partiële trisomie met partiële monosomie 2.6.3. Robertsoniaanse translocatie Tekening hb 140!!! Variant van reciproke translocatie, maar één chromosoom is verloren Homologe chromosomen zullen tijdens de meiose een trivalent vormen Het percentage van kinderen met een trisomie is afhankelijk van: Het geslacht van de translocatiedrager Type translocatie 2.7. MEDISCHE VOORBEELDEN 2.7.1. Autosomale afwijkingen A. Trisomie 21 of syndroom van Down Belangrijkste doodsoorzaken op jonge leeftijd: Genitale hartgebreken Luchtweginfecties Oorzaken voor Down-syndroom: 94%: klassieke vrije trisomie 21 door non-disjunctie tijdens 1 e meiotische deling voor de bevruchting 4%: overerving van ouders met robertsoniaanse translocatie 2%: mozaïcisme foutje in mitose (reductiedeling) na de bevruchting Gevolgen voor voortplanting van mongooltjes: Meisjes kunnen geslachtsrijp worden, maar hebben 50% kans op een mongooltje Mannen worden niet geslachtsrijp B. Trisomie 18 of Edwards-syndroom syndroom Oorzaken: Vrije trisomie 18 Mozaïcisme Partiële trisomie 18: door overerving (translocatie van een segment van chromosoom 18 op een ander chromosoom) 19

C. Trisomie 13 (Patau-syndroom) 50% sterft in de eerste levensmaand aan de gevolgen van de ernstige afwijkingen Oorzaken: Vrije trisomie 13 Door robertsoniaanse translocatie Mozaïcisme met een variabel aantal trisomische cellen en een variabele klinische expressie Partiële trisomie 13 door overerving (trnaslocatie van een segment van chromosoom 13 op een ander chromosoom, kan leiden tot een partiële trisomie 13 in de volgende generatie) D. Cri du chat syndroom Oorzaken: Deletie van banden in de korte arm op chromosoom 5 Beide ouders zijn drager van een gebalanceerde translocatie tussen de korte arm van chromosoom 5 en een ander autosoom 2.7.2. Geslachtschromosomale afwijkingen A. 45, X of Turnersyndroom Oorzaken: Non-disjunctie of anafase-lagging Deletie Translocaties Iso-X-chromosomen B. 47,XXX of 48,XXXX of 49, XXXXX 47,XXX meestal verstandelijk normaal Hoe meer X-chromosomen, hoe erger de verstandelijke handicap én 49,XXXXX hebben meestal ernstige congenitale afwijkingen C. 47, XXY (klinefelter-syndroom) Meestal na pubertijd vastgesteld Uiterlijke kenmerken kunnen worden verminderd door inname van testosteron Verstandelijk normaal Andere varianten: hoe meer X-chromosomen, hoe meer een verstandelijke handicap en ook de congenitale afwijkingen nemen toe D. 47, XYY Oorzaak: non-disjunctie tijdens de tweede meiotische deling vij de vader Fabel: extra Y-chromosoom staat in verband met agressief en crimineel gedrag 20

3. Prenatale en pre-implantatiediagnostiek 3.1. INLEIDING Doel: aanstaande ouders de mogelijkheid bieden hun kind voor de geboorte te laten onderzoeken op eventuele ernstige afwijkingen. Onderscheid: Invasief onderzoek * Amniocentese/vruchtwaterpunctie * Chorionvillusbiopsie/vlokkentest * Cardocentese/navelstrengpunctie Niet-invasief onderzoek * Ultrageluid-onderzoek Pre-implantatie Genetische Diagnostiek * Onderzoek bij embryo s verkregen dor in-vitrofertilisatie 3.2. INDICATIES VOOR ONDERZOEK 3.2.1. Invasieve diagnostiek A. Prenatale genotypering 36 jaar of ouder Bij wie al een onderzoek is gedaan en zo gemakkelijk dus ook nog een karyotype kan gemaakt van worden Een van de parnters is drager van chromosoomafwijking Ultrageluidonderzoek wijst op een chromosoomafwijking Ouders die een eerdere zwangerschap omwille van chromosoomafwijking hebben gehad. Zwangeren met een verhoogd risico op een autosomaal dominant, autosomaal recessief of X- chromosomaal overervende aandoening. Zwangeren met een mitochondrieel erfelijke aandoening Zwangeren met een afwijkend resultaat van serumscreening Zwanger geworden door ICSI-procedure (Intracytoplasmatische sperma-injectieprocedure) B. Prenataal biomedisch onderzoek Voordeel: erfelijke stofwisselingsziekten kunnen in een vroege fase worden fastgesteld. Hoe? Vergelijkend biomedisch onderzoek met materiaal van de foetus en eerder opgeslagen materiaal en dat van de heterozygote ouders. C. AFP-onderzoek in vruchtwater Wat? (Alpha-foetoproteïne onderzoek) Het AFP-gehalte in vruchtwater is een manier om het bestaan van een neurale-buisdefect te bepalen Vaak: In eerste instantie een geavanceerd ultrageluidonderzoek Indien nodig: aangevuld met amniocentese 21

Indicaties: Een zowiezo verhoogde kans op een neurale buisdefect of een eerder kind met een neuraal buisdefect Andere: * Neuraal buisdefect ondtdekt door ultrageluidonderzoek * Verhoogde kans op andere aandoeningen die detecteerbaar zijn met AFP D. Invasief onderzoek Abnormale screening (triple-nekplooi) Leeftijd (Belgie >35 jaar) Vorig kind met numerieke chromosomenfout Ouders met structurele chromosomenfout Monogeen overerfbare aandoeningen Echografische afwijkingen 3.2.2. Niet-invasieve diagnostiek A. Geavanceerd ultrageluidonderzoek Bekend verhoogde kans op een bepaalde aangeboren afwijking of samenstel van afwijkingen in de huidige zwangerschap Vermoeden van een structurele of functionele afwijking door verloskundige controles of dmv eenvoudige ultrageluidonderzoek 3.3. DIAGNOSTISCHE METHODEN 3.3.1. Ultrageluidonderzoek Wat? Foetus kan in de baarmoeder worden gevisualiseerd en zo ook eventueel morfologische afwijkingen in de eerste helft van de zwangerschap gesignaleerd worden. Indicatie voor invasieve diagnostiek: wanneer de foetale misvorming een gevolg is van chromosoomafwijking Voordeel: niet schadelijk voor de gezondheid van de foetus of de moeder 3.3.2. Amniocentese Vanaf: 15-17 weken na de eerste dag van de laatste menstruatie (ELM) Wat wordt bepaald (echoscopisch)? Amenorroeduur (eventueel bevestigd door ultrageluidonderzoek) Aantal foetussen Ligging van placenta Vruchtwater: In begin van zwangerschap: cellen zijn afkomstig van alle weefsels die in contact staan met het vruchtwater Daarna: foetale urine is belangrijkste bron van vruchtwater 22

Hoe? Met een dunne holle naald wordt 20 ml vruchtwater opgezogen (10% totale vruchtwatervolume) A. Risico s 0.3 0.5%: miskraam door vruchtwaterpunctie kans op misgaan is omgekeerd evenredig met ervaring van de operateur Gezien de kleine kans op rhesussensibilisatie worden aan rhesusnegatieve vrouwen na de ingreep een bepaalde vloeistof intramusculair toegediend. B. Laboratoriumbewerking van vruchtwater Gecentrifugeerd Gedurende aantal dagen in kweek gebracht Delingsremmer toegevoegd wanneer cellen in mitose zitten Karyotype vervaardigd C. Ook gebruikt voor... Opgekweekte cellen Diagnostiek van kleine chromosoomtranslocaties (dmv FISH) DNA-diagnostiek door het isoleren van de opgekweekte vruchtwatercellen Metabole (bv. meten van enzymactiviteit) Opzoeken van metabole aandoeningen Ongekweekte cellen Snelle diagnostiek van autosomale trisomieën (dmv FISH en DNA-onderzoek) 3.3.3. Chorionvillusbiopsie of vlokkentest Wanneer? Amenorroeduur van 10 13 weken vanaf de ELM Wat wordt bekeken? Amenorroeduur bevestigen of corrigeren Ligging van de placenta (heel belangrijk voor deze test) Twee manieren: Transcervicaal (TC-CVB) * Placentaweefsel wordt verkregen door een speciale naald of biopsietang Transabdominaal (TA-CVB) of de vaginale test * Vlokkentest is pas mogelijk als de placenta goed bereikbaar is A. Voordeel Het kan in een vroeg stadium volbracht worden 23

B. Nadelen TA-CVB soms niet verantwoord omdat de placenta moeilijk te bereiken is of er darmen voorliggen Vaginale infecties vormen een contra-indicatie voor TC-CVB Grotere kans dan bij amniocentese dat er onvoldoende materiaal wordt verkregen Grotere kans op een abnormaal foetaal karyogram dan bij amniocentese Grotere kans op het misgaan van een zwangerschap na een vlokkentest dan na amniocentese door verschil in tijdstip: hoe vroeger in de zwangerschap hoe meer chromosomale afwijkingen die uiteindelijk afgestoten worden Kans op foetmaternale bloedtransfusie is verhoogd vrouwen die rhesusnegatief zijn krijgen na de ingreep een bepaalde stof toegediend C. Laboratoriumbewerking Proces: Eerst gespoeld en ontdaan van eventuele maternale cellen Soms: mogelijk direct preparaat vervaardigen omdat sommige cellen zich al in het mitosestadium bevinden * Cytotrofoblastcellen: buitenkant van een chorionvillius Anders: cellen enkele dagen te kweken * Mesenchymale cellen: vormen het centrum van de villus Aangeraden om beide celtypes te testen om mozaïcisme uit te sluiten Ook gebruikt voor: Het isoleren van DNA voor DNA-diagnostiek Metabole analyses D. Betrouwbaarheid Betrouwbaarheid van chromosoomonerzoek dmv chorionvilli-analyse is iets lager dan die van de vruchtwatercellen Betrouwbaarheid van de diagnostiek neemt toe wanneer een afwijking in zowel de cytotrofoblastcellen als in de gekweekte mesenchymale cellen wordt vastgesteld 3.3.4. Cordocentese Hoe? (vanaf 18 e week) Navelstreng wordt thv den placentaire aanhechtingsplaats geprikt met een holle naald 3 4 ml foetaal bloed wordt afgenomen Bloed wordt in kweek gebracht en aantal lymfocyten wordt vermeerderd Nadeel: risico op foetale sterfte is 1% Indicatie: rhesussensibilisatie 24

3.3.5. Uitslag van het laboratoriumonderzoek Normaal: zo snel mogelijk op de hoogte gebracht telefonisch of schriftelijk Afwijkend: Afwijking gevonden waarop men zocht vooral trisomie 21, 13 of 18 Veel mindere afwijking dan verwacht voornamelijk numerieke afwijkingen (bv. 47, XXX) Opmerking: bij een afwijking moet ook het chromosoomtype van de ouders onderzocht worden. 3.4. KANSBEPALENDE TESTS Invasieve tests kunnen een miskraam veroorzaken eerst screening Eerste semester: nekplooi en biochemie Tweede semester: triple test 3.4.1. Screening Screeningmethoden: Leeftijd * Groep van vrouwen van 36 of ouder met een relatief verhoogde kans op een kind met het Down-syndroom * Groep van vrouwen tot 36 jaar met een niet-verhoogde kans op een kind met het Downsyndroom weinig efficiënt Maternale-serumscreening * Aan de hand van spiegels van bepaalde biochemische merkstoffen van het maternale serum de individuele kans berekend op een kind met een chromoosafwijking * Eerste semester Echo-onderzoek Combinatie van maternale-serumscreening en echo-onderzoek 3.4.2. Eerste-semesterscreening A. Echoscopische markers Wanneer? Foetus 11 14 weken oud Hoe? Dikte van de nekplooi van de foetus echoscopisch meten (nuchal translucency) Toename van dikte: Kans stijgt op aanwezigheid van chromosoomafwijking Andere congenitale afwijkingen (voornamelijk hartafwijkingen) Vlokkentest of vruchtwaterpunctie kunnen uitsluitsel geven 25

B. Biochemische markers Bepaling van serumspiegels van: Vrij β-humaan-choriongonadotrofine (vrij βhcg) Pregnancy associated plasma protein A (PAPP-A) Aan de hand van deze dubbeltest is de kansbepaling op chromosomale afwijking mogelijk 3.4.3. Tweede-trimester-screening AFP Triple test: gebruik maken van drietal merkstoffen in het moederlijk serum: HCG ue 3 Men kan een vierde merkstof toevoegen (inhibin-a) voor een betere detectie van Down-syndroom AFP is ook geassocieerd met de kans op een open neurale buisdefect 3.4.4. Testkarakteristieken Combinatie van dubbeltest en de nekplooimeting zorgt voor een detectie van 90% van kinderen met Down-syndroom 2 7 % is fout-positief fout-positief = bij de screening is er gezegd dat er een verhoogde kans is op Down-syndroom, maar dat bij vruchtwaterpunctie blijkt dat het kind niet is aangedaan 3.5. PRE-IMPLANTATIE GENETISCHE DIAGNOSTIEK Wat? Na bevruchting wordt in de reageerbuis gewacht tot er in vitro een achtcellig embryo is ontstaan. Met behulp van een micropipet worden in dit achtcellig stadium één of twee cellen verwijderd, die men vervolgens gebruikt voor diagnostiek Bij de diagnostiek wordt gebruik gemaakt van de FISH-methode voor cytogenetische diagnostiek of va nde PCR-techniek ten behove van diagnostiek op DNA-niveau Bad luck families: Paren die al een anatal keer een zwangerschap hebben laten afbreken na afwijkende bevindingen bij reguliere prenatale diagnostiek 3.6. NIEUWE ONTWIKKELINGEN IN NIET-INVASIEVE PRENATALE DIAGNOSTIEK Door: Foetale cellen onderzoeken in maternaal bloed Foetaal DNA onderzoeken in maternaal bloed 26

4. Monogene overervingspatronen 4.1. INLEIDING Basis van monogene of mendeliaanse overerving: In onze cellen: alle erfelijke informatie tweemaal aanwezig één allel afkomstig van de moeder en één van de vader Tijdens de meiose gaan beide allelen segregeren zodat elke gameet één allel heeft Uitzondering: geslachtschromosomen hemizygotie (mannen hebben één X en één Y allellen op die chromosomen één keer aanwezig) Soorten overervingspatronen: Afhankelijk van plaats: * Autosomale overerving (gen op autosomaal chromosoom) * Geslachtschromosomale overerving (gen op geslachtschromosoom) Afhankelijk van dominante en recessieve overerving * Dominant: een gen komt in enkelvoud (heterozygote toestand) tot expressie * Recessief: een gen komt alleen tot expressie als beide allelen zijn aangedaan (homozygote toestand) 4.2. MENDELIAANSE OVERERVINGSPATRONEN 4.2.1. Autosomaal dominante overerving Kenmerken: Mannen als vrouwen zijn aangedaan Aandoening wordt met 50% kans doorgegeven aan de volgende generatie Opeenvolgende generaties in een familie zijn aangedaan Vader-op-zoonoverdracht komt voor Wat? Aangedane individuen zijn heterozygoot * Een gewoon allel * Een gemuteerd allel Homozygotie is uitzonderlijk: * Zeldzaam bij de aandoeningen dat de partner ook een gemuteerd allel heeft op die plaats Wisselende expressie bij dominant overervende aandoeningen: Wat? De klinische vorm waarin de door het gen veroorzaakte aandoening zich manifesteert kan van individu tot individu verschillen. Oorzaken: * In verschillende aangedane families kan er sprake zijn van verschillende mutaties * Binnen één familie waar verschillende aangedane individuen drager zijn van dezelfde mutatie Verklaringen: * Invloed van andere genen * Invloed van verschillende omgevingsfactoren Non-penetrantie van het betrokken gen: * Indien de expressie bij een drager van een gemuteerd gen in het geheel ontbreekt 27

Aniridie Dominant overervende ziekte met een sterk wisselende expressie Oogziekte waarbij de mutatie verschillende gebreken kan veroorzaken aan het oog Familiaire hypercholesterolemie Erfelijke lidipenstofwisselingsstoornis A. Novo-mutaties, gonadaal mozaïcisme, codominantie en incomplete dominantie Wanneer er een patiënt de eerste is in de familie: Bij één van de ouders minimale expressie: * Herhalingskans voor een kind 50% Geen minimale expressie: * De-novo-mutatie: in één van de gameten is een mutatie opgetreden * Gonadaal mozaïcisme of kiemcelmozaïek: mutatie is niet beperkt tot één gameet, maar dat het een gedeelte van de voorlopercellen in de gonade heeft getroffen en het de oorzaak blijkt te zijn van een degelijk verhoogde herhalingskans na een de-novo-mutatie Codominantie: Speciale variant van autosomaal dominante overerving Voorbeeld: bloedgroep-abo-systeem * Iemand met genotype AB heeft dezelfde bloedgroepkenmerken als iemand met AA of BB. Beide dominante eigenschappen koment tot uitdrukking in de heterozygoot Incomplete dominantie: Semi-dominantie Speciale variant van autosomaal dominante overerving Voorbeeld: * Als een fenotype van iemand met het genotype AB intermediair is tussen het fenotype van AA en BB Beiden eigenschappen A en B komen niet terug in de heterozygoot AB 4.2.2. Autosomaal recessieve overerving Kenmerken: Mannen en vrouwen kunnen aangedaan zijn Aandoening komt meestal in één generatie voor Niet zelden zijn ouders consanguïn (bloedverwantschap) Autosomaal recessieve overerving: Het kind heeft twee afwijkende allelen Beide ouders zijn gezonde dragers (heterozygoot) Cystische fibrose: Meest voorkomende autosomaal recessieve aandoneing Wat? Drienucleotide-deletie 28

Hemochromatose: Oorzaak: een te hoge ijzeropname waardoor er orgaanbeschadiging is Patiënten zijn bijna homozygoot voor een bepaald gen Meest voorkomende oorzaak: consanguïniteit: Reden: de kans dat twee partners beide dragers zijn van hetzelfde recessieve gen stijgt als beiden familie van elkaar zijn. 4.2.3. X-chromosomaal recessieve overerving of geslachtsgebondenovererving Oorzaak: Gemuteerd recessief gen op het X-chromosoom Geslachtsverschillen: Man: maar één X-chromosoom hemizygoot aangedaan Vrouw: heterozygoot niet aangedaan aan helft van zonen en helft dochters doorgegeven Spierziekte van Duchenne: Wat? Invaliderende spieraandoening dat op jeugdige leeftijd tot dood leidt Oorzaak: * Mutatie in het dystrofinegen (gelegen op X) * Dystrofinegen codeert voor een spiereiwit dat bij Duchenne-patiënten ontbreekt Kenmerken: Bijna uitsluitend mannen die aangedaan zijn Ziekte wordt door niet-aangedane vrouwen doorgegeven aan (theoretisch) de helft van hun zonen Geen vader-op-zoon-overerving Dochters van aangedane mannen zijn obligaat heterozygoot Kan voorkomen dat vrouwen klinische symptomen tonen, verklaringen: Personen met een vrouwelijk fenotype waar er sprake is van een afwijking aan de geslachtschromosomen: * Bv. Turner-syndroom, vrouwelijke 46-XY * Bv. X-autosoom translocatie: - Stukje van een autosoom op aangedane X chromosoom - Het goede X chromosoom wordt geïnactiveerd omdat anders genetische info verloren gaat (skewing = uitgesproken inactivatie van één bepaalde X) Vrouwen die homozygoot zijn voor twee gemuteerde allelen op de twee X-chromosomen Een abnormale lyonisatie, waardoor in het merendeel van de cellen het X-chromosoom met het normale allel is geïnactiveerd 4.2.4. X-chromosomale dominante overerving Kenmerken: Alle dochters van een aangedane man zijn aangedaan Zonen erven nooit de aandoening van hun aangedane vader Aangedane vrouwen geven de aandoeningen door aan (theoretisch) de helft van hun zonen en de helft van hun dochters 29

Geslachtsverschillen: Geen, zowel bij hemizygote mannen als heterozygote vrouwen komt het tot uiting Maar: de uiting is vaak ernstiger bij mannen als bij vrouwen Belangrijk verschil met autosomale dominante overerving: het wordt NOOIT van vader op zoon doorgegeven Opmerking: Omdat mannen ernstiger zijn aangedaan als vrouwen, is het onderscheid tussen dominante en recessieve overerving arbitrair onderscheid laten vallen Incontinentia pigmenti Complexe aandoening van de huid en het CZS Komt precies alleen voor bij vrouwen, maar dit is niet juist. De reden dat precies alleen vrouwen zijn aangedaan is omdat het zo ernstig is bij mannen, dat de meesten nog niet geboren worden. 4.2.5. Y-chromosomale overerving Men heeft lang gedacht dat Y geen genetische informatie bevatte fout: 95% van het Y-chromosoom staat in voor het mannelijk geslacht en bevat genen die coderen voor eiwitten (grotendeels die betrokken zijn bij spermatogenese) Mutatie op Y-gen: grote kans op subfertifiliteit of infertiliteit kans op doorgeven werd vroeger klein ingeschat, nu zijn ze bezig met een bepaalde techniek die kan op bevruchting zou doen toenemen 4.2.6. Pseudo-autosomale overerving Pseudo-autosomale regio: Bepaalde gebieden op de korte arm van X, hebben homologe gebieden op de korte arm van Y Genen in die gebieden komen bij beide geslachten in duplo voor schijnbaar autosomale erfmodus Opmerking: een van de weinige delen van het geïnactiveerde X-chromosoom dat actief blijft Voorbeeld: SHOX-gen Heterozygotie voor dominante mutaties in dit gen kunnen leiden tot het syndroom van Leri-Weill (dyschondrosteosis) * Wat? Een milde ontwikkelingsstoornis van het skelet gekenmerkt door te korte onderarmen en onderbenen en een afwijkende stand van het polsgewricht Homozygotie voor dominante mutaties leidt tot dezelfde skeletdysplasie, maar een veel ernstigere vorm (mesomele dysplasie van Langer) 4.2.7. Genetische heterogeniteit Genetische heterogeniteit: Het verschijnsel dat klinisch volledig of vrijwel identieke ziektebeelden kunnen worden veroorzaakt door verschillende genen. Elk van die genen kan afzonderlijk het ziektebeeld veroorzaken. 30

Bijvoorbeeld: retinis pigmentosa: In verschillende families verschillende overervingspatronen: * Autosomaal recessief * Autosomaal dominant * X-chromosomaal recessief Voorbeeld van locus-heterogeniteit Heterogenteit binnen één locus: Erfelijke aandoening kan worden veroorzaakt dooreen groot aantal verschillende mutaties in eenzelfde gen (allelische heterogeniteit) Compound heterozygoot Een recessieve aandoening waarbij iemand de drager is van twee verschillende allelen binnen hetzelfde locus 4.3. UITZONDERINGEN (OP DE MENDELIAANSE OVERERVINGSPATRONEN) 4.3.1. Mitochondriële erfelijkheid Mitochondriopathie of encefalomyopathie Aandoeningen die geassocieerd zijn met pathogene mutaties in het mitochondriële DNA Kenmerk: defecten in het mitochondriële energiemetabolisme meeste ziekten: * Spierzwakte * Hypotonie * Ataxie * Insulten * Encefalopathie * Mentale retardatie * Dementie *... Eigenschappen: mtdna codeert voor verschillende polypetiden, waarvan een deel instaat voor OXPHOS (oxidatieve fosforylering) Er is een hoge mate van multiploïdie omdat elke lichaamscel ongeveer 2 10 kopieën van het DNA heeft mtdna erft enkel maternaal over mtdna is homoplasmatisch: alle kopieën van het mtdna dat een individu heeft is identiek * Heteroplasmie komt voor wanneer er een mutatie is in één van de lichaamscellen Polymorfisme Niet-pathogene mutaties De aanwezigheid in een bevolking van twee of meer allelen op een locus, waarbij ten minste twee allelen in een frequentie van meer dan 0.01 voorkomen Beschadiging van het mtdna door: * Intramitochondriële zuurstofradicalenvorming * Ontbreken van een DNA-herstelsysteem 31

Spontante mutatie Ontstaat in één mtdna-molecule, waarna door duplicatie tijdens celdelingen gaan meerdere kopieën ontstaan In een oögonia: * Flessenhalsprincipe kan voor een grote toename zorgen * Principe berust op: tijdens oögenese het aantal mtdna-moleculen wordt gereduceerd tot een zeer klein aantal * Indien een gemuteerde molecule deze flessenhals passeert, zal de bijdrage daarvan aan de totale hoeveelheid mtdna sterk stijgen wanneer bij de daaropvolgende replicaties weer naar de oorspronkelijke hoeveelheid wordt gegaan * Zo kan na enkele generaties homoplamsie ontstaan (zelden, door letaal karakter) Leber-opticusatrofie Niet-letale pathogene mutaties geen natuurlijke selectie homoplasmie voor de mutatie vaak een feit Vorm van slechtziendheid bij jonge mannen Niet iedereen die de mutatie heeft krijgt de ziekte veronderstelling dat ook andere factoren een rol spelen in de pathogenese MELAS Myopathy, encephalopathy, lactic acidosis and stroke-like episodes Jonge kinderleeftijd, letaal karakter 4.3.2. Dynamische DNA-triplet-repeatsequenties Trinucleotide-repeats Afwijkende aaneenschakeling van meerdere kopieën van bepaalde trinucleotiden * In of nabij de genen * Beïnvloedt de expressie van genen * Kan leiden tot erfelijke aandoeningen Wanneer deze repeat-eenheden toenemen in een aantal opeenvolgende generaties kan een situatie ontstaan waarbij de repeat-eenheid zo groot wordt, dat een ziektebeeld het gevolg is Voorbeelden: Fragiel-X-syndroom * Stukje op X-chromosoom dat ingesnoerd is * CGG-repeat vlak voor het gen Myotone dystrofie Ziekte van Huntington X-gebonden benige spinale spierastrofie Ontwikkeling: Normaal: stabiel, geen symptomen Premutatie: instabiel, geen symptomen * Verhoogd aantal repeats, maar niet genoeg voor ziektebeeld te vormen * Doorgegeven aan volgende generatie die wss wel zal aangedaan zijn * Verhoogde penetrantie of Sherman-paradox Mutatie: instabiel, symptomen 32

Ernst van aandoening is gecorreleerd met de lengte van de repeat anticipatie: verschijning waarbij de zieken steeds jonger getroffen worden en steeds ernstiger is 4.3.3. Uniparentale disomie Uniparentale disomie; Vormt een uitzondering op de regel dat het éne allel van de vader afkomstig is en het andere van de moeder Ontstaan? Bij de productie van gameten ontstaat vaak afwijkingen in het aantal chromosomen Deze chromosoomafwijkignen treden zo vaak op dat het niet abnormaal is dat een gameet met een bepaald chromosoom te veel versmelt met een gameet dat een bepaald chromosoom mist Resultaat: een cel met 46 chromosomen, maar voor één van de 23 paar chromosomen geldt dat het volledig van één ouder komt Andere manier van ontstaan: Bij een zygote is sprake van trisomie waardoor de cel één van de te vele chromosomen wegdoet waardoor de zygote kan gerescued worden Hierbij is er één derde kans dat de twee overblijvende chromosomen van één ouder is 4.3.4. Genomic imprinting Parental/genomic imprinting: Als er verschillen bestaan in de mate van expressie van het autosomale allel van de moeder of van de vader Maternele imprinting: * Gen van de moeder is inactief * Gen van de vader is actief Paternele imprinting: * Gen van de moeder is actief * Gen van de vader is inactief Ontdekking: Kerntransplantatie-experimenten: wat gebeurt er bij 46 chromosomen van één ouder? Deze experimenten toonden aan dat zowel het vaderlijke als het moederlijke genoom nodig zijn voor de normale ontwikkeling van de foetus er moeten dus verschillen zijn in de expressie van essentiële genen van vaderlijke en moederlijke afkomst Conclusies uit experimenten: Niet het hele genoom is onderhevig aan imprinting Uniparentale disomie of duplicatie van geïmprinte genen leidt tot imprintingsfenomenen variërend van vroegembryonale (letale) effecten tot fenotypische effecten waarneembaar na de geboorte De imprint bestaat maar één generatie Imprinting kan weefselspecifiek zijn. Men vermoedt dat dit gereguleerd kan worden door specifieke eiwitten (imprintingsfactoren) De imprint kan zoel maternaal als paternaal zijn 33