Gener och sjukdom

Question 1

Vad är en genetisk sjukdom?

Hur uppkommer dessa genetiska förändringar ?

Answer 1

Vad är en genetisk sjukdom?
٭Sjukdom som helt eller delvis orsakas av genetiska förändringar, t.ex mutationer som orsakar den genetiska förändringar

Hur uppkommer dessa genetiska förändringar ?
٭Ärftlig orsak - mutation finns redan i den befruktade ägget (Könscellerna) som överföras till avkommorna till alla kroppens celler hos avkommorna.

٭Den omgivande miljön kan ge upphov till mutation
- t. ex. UV-ljus från solen, inte alla celler, istället blir det en spontan mutation, alltså bara i cellen, överföras ej till avkommorna.

٭Orsakas av den omgivande miljön och ärftlighet
- t. ex. ärftlig ökad känslighet för miljön. Man har mutationer i vissa enzymer som lagar DNA skador, man blir mer känslig för UV-ljus.

Question 2

Genetiska sjukdomar - Typer

Answer 2

Genetiska sjukdomar
٭Monogenetiska sjukdomar: orsakas av mutation i en gen, den mutationen ger upphov till fenotyp (Sjukdom)

(t.ex. Cystisk fibros, Huntingtons sjukdom)

٭Polygenetiska sjukdomar: mutationer i flera gener samverkar för att ge upphov till sjukdom (Fenotyp), (t.ex. cancer)

٭Kromosomala förändringar: orsakas av förändringar i kromosomers struktur eller antal (Downs syndrom)

Question 3

Gen

Answer 3

Gen
❖DNA-sekvens
❖Innehåller information om ärftliga drag, för att uttrycka fenotyp. Gen kodar ibland för ett protein som ger upphov till fenotyp.
❖Fördelade mellan kromosomer, det hjälper oss att hålla information, när cellen delar sig.
❖Varje gen har ett specifikt lokus (specifik plats på en viss kromosom)

Question 4

Diploid

Haploid

Answer 4

Diploid: Diploida celler har två kopior av varje kromosom. Somatiska celler (kroppsceller). En kopia kommer från pappan och en från mamman.
Dessa kopior är lika varandra, då de innehåller samma lokus

Haploid: Haploida celler har en kopia av varje kromosom. T.ex Könsceller.
Människan har 23st olika typer av kromosomer n=23 d.v.s. totalt 46 kromosomer

Question 5

Homozygot

Heterozygot

Dominant allel

Recessiv allel

Allel

Answer 5

Homozygot: allelerna i ett par är identiska

Heterozygot: allelerna i ett par är olika

Dominant allel: allelens egenskap tar överhand över den allel den är parad med

Recessiv allel: allelens egenskap skyms av den allel den är parad med

Generna kodar för en fenotyp. När två alleler kodar för olika fenotyper, där den ena är dominat och den andra är recessiv, är det den dominanta som styr och uttrycker fenotypen.

Den enda gången som recessiv allel bestämmer är när båda är recessiva och att de är homozygota.

Allel: Variant av samma gen

Question 6

Dominant mutation
Recessiv mutation

Answer 6

Dominant mutation: räcker att ena allelen har mutation för överaktivitet

Alltså om den dominanta ger upphov till fenotyp (Sjukdom), då behöver inte den andra ge upphov till sjukdom för att få sjukdom, organsiem får fenotypen (Sjukdomen) oavsett, med tanke på att det är den dominanta (Sjuka) som styr.

För att inte få sjukdom, måste de båda allerna vara normala (icke-muterade).

Recessiv mutation: båda allelerna måste inaktiveras innan funktionen förloras

Question 7

Det är vanligast att ärftliga sjukdomar orsakas av?

Answer 7

Det är vanligast att ärftliga sjukdomar orsakas av inaktiverande mutationer (”loss-of-function”)

Där en muterad gen ger upphov till fenotyp sjukdom, där proteinet ej bildas, eller bildas men inte funktionell.

Question 8

Inaktiverande mutationer kan uppkomma på olika sätt, vilka?

Answer 8

Inaktiverande mutationer kan uppkomma på olika sätt:

Total eller partiell förlust av den normala funktionen hos proteinet

Proteinets struktur förändras så det inte längre fungerar normalt

Punkt mutationer

Liten deletion

De ovan leder till mindre funktionell protein, men att den bildas

Hela genen raderas –> Ingen protein

Question 9

Cystisk fibros

Answer 9

Cystisk fibros är en monogentiskt recessiv ärftlig genetisk sjukdom

Symptom
- Segt slem i lungor (andningsproblem & infektioner)
- Problem med bukspottkörteln (dåligt näringsupptag)

Mutation i CFTR (Gen) (har ansvar för klorid- och bikarbonatkanal)

Recessiv: båda allelerna måste vara muterade för sjukdom

Cirka 20 barn föds varje år i Sverige med CF

Cystisk fibros orsakas av en mutation som förstör funktionen hos en Cl-kanal (CFTR)

CFTR kodar för en jon kanal i cellmembranet, normala funktionen kan leda att den kan pumpa klorid joner in och ut så att man inte får slemhinna på lungan.

Om den muteras, bildas det slem, på insidan av lungan

Question 10

Vilka typer av mutationer sker för att få Cystisk fibrös som fenotyp?

Answer 10

Deletion mutation i F508 (vanligast), detta leder att jonkanalen inte längre kan integrera med cellmembranet. Ett kodon är alltså borta (3 kvävebaser i nukleotiderna)

Mutation i G542X leder till ingen protein

Mutation i G551D, kanalen kan integrera med membranet, men fungerar sämre, därför får man mildare sjukdom.

Loss of funktion orskar de flesta sjukdomar

Question 11

Det är mindre vanligt att ärftliga sjukdomar orsakas av?

Answer 11

Det är mindre vanligt att ärftliga sjukdomar orsakas av aktiverande mutationer (”gain-of-function”), detta beror på att man får spontan abort, när systemet känner av ett misstag i könscellerna.

Ett mindre antal mutationer kan orsaka aktivering av protein produkten (Många fler sätt att ha sönder än att laga)

Ökad genexpression så att för mycket protein bildas genom:

• mutation i regulatorisksekvens,
• duplicering (amplifiering) av genen, flera kopior av genen

Question 12

Charcot-Marie-Tooths sjukdom

Answer 12

Ärftliga aktiverande mutationer
PMP22 duplicering orsakar Charcot-Marie-Tooths sjukdom

Där PMP22-genen sitter mellan två repeat sekvenser, vilket leder att, efter rekominationen, dubbleras PMP22.

Detta orsakar felaktiga gener, vilket leder att myelinskidan brytas ner. Utan skydd skadas axonerna, vilket påverkar överföringen av meddelanden mellan hjärnan och musklerna och sinnena. Detta leder till muskelsvaghet.

Question 13

Trinukleotid-repetitioner

Answer 13

Abnormt antal tri nukleotid-repetitioner kan orsaka ärftliga sjukdomar

Ökning av antalet trinukleotid-repetitioner

Mutationen kallade trinukleotid-repetitioner, uppstår när antalet tripletter närvarande i en muterad gen är större än antalet som finns i en normal gen.

Bilden visar:

GTC, 6 kopior, de ska kopieras, polymeraset binder till den första enheten. Polymeraset kopierar som vanligt, men när polymeraset faller av, kan den inte längre hålla koll på var den var, det blir därför repetition av kodonet.

Vi kommer alltid att tillägga 3 nukleotider, vi ändrar alltså inte läsramen.

1 2 2 3 4

Istället för

1 2 3 4 5

Question 14

Huntingtons sjukdom - Allmänt

Answer 14

Huntingtons sjukdom

Upptäcks sällan före 30 års ålder

Symptom
- humör svängningar
- personlighets förändringar
- sämre minne och koncentrationsförmåga
- okontrollerade rörelser

Dominant mutation – det räcker med en muterad allel

Överlevnadstiden efter insjuknandet är 20-25 år

Question 15

Den genetiska bakgrunden till Huntingtons sjukdom

Answer 15

Den genetiska bakgrunden till Huntingtons sjukdom – ökning av antalet trinukleotid-repetioner

Normalt upprepas CAG-segmentet 6 till 35 gånger i genen.

Hos personer med Huntingtons sjukdom upprepas CAG-segmentet 36 till 121 gånger.

En ökning av storleken på CAG-segmentet leder till produktion av en onormalt lång version av Huntingtons proteinet. Det långsträckta proteinet skärs i mindre, giftiga fragment som binder samman och ackumuleras i neuroner, vilket stör dessa cellers normala funktioner. Mindre funktion och eventuell död hos neuroner i vissa delar av hjärnan ligger bakom tecknen och symtomen på Huntingtons sjukdom.

Detta leder till ökning av kodning för en serie av glutaminer i proteinprodukten.

Vid Huntingtons sjukdom upprepas detta expanderar till ett antal kopior av 36 till 121, vilket ökar längden på poly glutamin och resulterar i ett icke-funktionellt protein

Vid ökad antal CAG hos patienter, ger upphov till ökad antal glutamin

Huntingtons sjukdom - Dominant sjukdom

Question 16

Duchens

Becker

Answer 16

Deletioner i dystrofin

Duchens (Röd) Läsramsförskjutning
Ingen funktion → kraftig fenotyp (sjukdom). Mindre deletion
Stop kodonet hamnar tidigare, vi tar därför inte med all protein, en del läsas alltså inte av.

Becker /Mild fenotyp (Grön) En del av proteinet saknas men normal N- och C-terminal finns.

Partiell funktion → mild fenotyp (sjukdom). Stor deletion, men C-terminal påverkas inte, samt ingen läsramförskjutning . 8 exoner fattas . Binda sämre mellan aktin och cellmembranet.

Dystrofi genen har 2.6 Mb, C-terminal och N-terminal är oförändrad, det är viktiga för protein funktion att N och C-terminalen är opåverkade.

Normal: 79 exoner

Transport protein som sitter genom cellmembranet binder till aktin filament via dystrofin. När muskeln rör sig, drar vi hårt i membran komplexet, på grund av att kollagen fibrar (ECM) drar i cellerna, när muskeln rör på sig, måste en kraft hålla emot, det är därför viktigt att dysrofin kopplar ihop membran komplexet och aktin filamentet.

Vid sjukdom, är membran proteinet inte bunden med aktion filament, med tanke på att dystrofin inte bildas eller att den fungerar sämre. Cellen dör, för att joner kommer in och ut och flödet blir okontrollerad.

Ibland är proteinet ändå närvarande, men att bindningen är svag, DVS att den antingen binder till membran eller aktin, men inte båda.

N och C terminal är viktiga för att det är de som möjliggör bindningen

Individer med Duchennes muskeldystrofi saknar som regel helt dystrofin, medan de med Beckers muskeldystrofi har dystrofin med förändrad molekylstorlek.

Dystrofin: ett protein

Question 17

Trisomi

Answer 17

Downs syndrom orsakas av en extra kopia av kromosom 21 – trisomi

I stället för 2 kopior, får vi 3 kopior av ett kromosom typ.

Man ska ha en kopia av varje kromosom i en könscell, men om vi har 2 kopior av någon anledning, får vi 3 kopior, detta sker spontant, inte ärftligt.

En abnormal meios, leder alltså till att vi har 3 kopior av samma kromosom i en köncell.

En anledning att det går, utan att en spontan abort uppstår, beror på att kromosom 21 är så kort, den upptäcks därför inte.

Question 18

Hur kan 1% ökning i mängden DNA ha så stor konsekvens?

Answer 18

Hur kan 1% ökning i mängden DNA ha så stor konsekvens?

Kromosomerna har specifika position i cellkärnan och dessa ändras vid en trisomi (de måste ”göra plats” åt en kromosom till)

Då kromosomers placering (i kärnan och relativt varandra) påverkar transkription får trisomier stora konsekvenser på genexpression

Question 19

Dominanta och recessiva ärftliga sjukdomer

Answer 19

De ärftliga sjukdomar som är dominerande kan visas på individer som antingen är homozygota för sjukdoms allelen eller är heterozygoter med en sjukdoms allel. Exempel är Huntingtons sjukdom.

Om sjukdoms allelen är recessiv, vilket är fallet för cystisk fibros, endast då homozygoter kommer att ha sjukdomen. Med recessiva sjukdomar det är därför fullt möjligt för ett drabbat barn att ha två opåverkade föräldrar.

Sjukdomsbärare: en person som har en kopia av en muterad sjukdomsframkallande gen men inte har några symtom eller milda symtom. Bärare kan överföra den muterade genen till ett biologiskt barn.

Question 20

Dominanta och recessiva X - kromosom sjukdomer

Answer 20

Om genen finns på X-kromosomen så gör det alltid att det uttryckas av män som har den defekta allelen. Detta är eftersom män bara har en kopia av X-kromosomen, vilket gör det oavsett om sjukdoms allelen är dominant eller recessiv.

Om sjukdomen är dominant då kommer alla honor med en sjukdoms allel också att vara det påverkas, men om det är recessivt kommer sjukdomen endast att uttryckas av homozygota kvinnor. X-dominanta sjukdomar är faktiskt ganska sällsynta.

Question 21

Varför killar mer benägna att få blödarsjuka än tjejer?

Answer 21

Varför killar mer benägna att få blödarsjuka än tjejer?

Att män bara har en kopia av X-kromosomen, medan honor har 2 kopior, kan män ha en sjukdom som blödarsjuka om de ärver en X-kromosom som har en mutation i koagulationsfaktor 8.

Eftersom män bara har en enda kopia av någon gen som finns på X-kromosomen, kan de inte kompensera skador på den genen med en extra kopia som kvinnor kan.

Question 22

Cancer

Answer 22

Cancer - en polygenetisk sjukdom
Mutationer i flera olika gener, i samma somatiska cell, samverkar och omvandlar en normal cell till en tumörcell. Mutationer i så fall är Gain of function

Aktiverande mutationer av proto-onkogener och inaktiverande mutationer av tumörsuppressorgener driver utvecklingen från normal cell till tumörcell.

Question 23

Vad är ett gentest ?

Varför utföra genetiska test?

Answer 23

Vad är ett gentest ?
Med ett gentest kan man undersöka om man bär på en viss sjukdoms-orsakande gen variant.

Varför utföra genetiska test?

1. För att kunna förebygga och behandla

• Vissa läkemedel fungerar bara för en genotyp av cancertumörer. t. ex. HER2 – Herceptin och CYP2D6 – kodein

Kodein är en prodrug, det behövs därför genomgå Fas I reaktion innan den blir aktiv.

Om CYP2D6 är muterad, kan vi inte få smärtstillande effekt.

• Kirurgiskt förebygga bröstcancer vid BRCA1/2 mutation

2. För att få kunskap

• Ovisshet kan ibland vara värre i familj med ärftlig sjukdom
• Kommer jag själv att drabbas?
• Har mina barn risk att drabbas?

Question 24

Test för ärftliga mutationer kan avslöja sjukdomsrisk

Answer 24

Test för ärftliga mutationer kan avslöja sjukdomsrisk
Mutationer i BRCA1 eller 2 ger kraftig ökad risk för bröst och äggstockscancer

BRCA1 och BRCA2 spelar en avgörande roll för att upprätthålla genomets integritet genom att reparera dubbelsträngade DNA-brott via den homologa rekombinations reparations vägen (HRR).

PCR – reaktioner: Öka mängden DNA kopior från regionen som innehåller BRCA generna (genom att välja lämpliga primerpar). Genen för BRCA, gör vi ett PCR primer för som är komplementär mot den. Med PCR amplifierar man den sekvensen och då vet man exakt, hur genen ser ut. Och då kan man avgöra om man bär på mutationer i denna gen eller inte.

Sekvensering: Bestämma ordningen av nukleotider och jämföra med sekvensen hos friska individer

Question 25

Deletion i F508 - Gelelektrofores

Answer 25

PCR kan användas för att testa för cystisk fibros

Deletion i F508, leder till deletion av endast 3 nukleotider, vilket ger upphov till cystisk fibros

Vid sjukdom, får vi därför mindre med 3 nukleotider mindre.
Om den åker mindre avstånd, innebär att allelen är lång, då finns de 3 nukleotider, då är man frisk.

Om den åker längre avstånd, innebär att allelen är kort, då finns inte de 3 nukleotider, då är man sjuk.

Om två sträck framvisas i gelelekrofores, för båda sjuk och frisk, innebär att man är frisk anslagsbärare.

Question 26

FISH

Answer 26

FISH – fluorescens in situ hybridisering

DNA i celler är dubbelhelix, vi värmer det, vilket leder att den denaturerar, vi får två strängar.

Sond, kort snut av DNA, vi sätter fluorescens molekyl för att kunna markera sonden.

Vi denaturerar också den sonten.

Därefter sänker vi temperaturen vilket leder till att DNA binder ihop igen. Den hybridisera, sonderna-strängarna tillsammans, de kommer att binda till den som är komplementär, då kan vi detektera ljus signalen.

FISH är en molekylärbiologisk teknik som utnyttjar flourescens märkta sonder, som binder specifikt till en plats på en kromosom. Tekniken används både inom forskning och klinisk diagnostik för att identifiera genetiska förändringar, som till exempel förlust av kromosomalt material, duplikationer och omlokationer.

Question 27

FISH - Tillämpning

Answer 27

I två kromosomer, markerar vi två sonder:

Röd, markerar av den regionen som saknas

Grön: En specifik region.

Vi kan undersöka om det befuktade ägget blir till en avkomma med down syndrom. Den gröna signalen markerar av kromosom nummer 13. Vi ser två Gröna signal, som betyder att vi har 2 kopior av kromosom 13, används som kontroll. Detta är så som det ska.

Kromosom som däremot är signalerad med röd fluorescens, signalerar kromosom 21, den visar 3 kopior, därför kan man avgör att det befruktade ägget kan ge upphov till avkomma med down syndrom.

Denna metod använder man inte för att detektera mutationer. FISH används bara för STORA förändringar, t.ex extra kromosom eller en jätte stor deletion

Question 28

Vad är ett genterapi ?

Answer 28

Vad är ett genterapi ?

Genterapi används för att behandla genetiska sjukdomar (dvs sjukdom som helt eller delvis orsakas av genetiska förändringar), t.ex cystisk fibrös

Vid genterapi introduceras arvsmassa i en patients celler för att:
- ersätta defekta eller saknade gener (”knock-in”).
- ta bort/tysta en gen (”knock-out”) som orsakar sjukdom
- redigera arvsmassan (”gene-editing/genredigering”)
- ge en cell en ny funktion (cellterapi) – inte helt sant. Man använder kroppens egna stamceller för att behandla cancer.

Question 29

Två typer av genterapi

Answer 29

Olika typer av genterapi:

Zygotisk genterapi
❖ Genterapi i könsceller
❖ Effekt på avkomman
❖ Etiskt problematiskt, för att den förs vidare till nästa generation
❖ Ej tillåtet att utföra på människan men används för att t.ex. framställa genmodifierade djur.

Somatisk genterapi
❖ Genterapi i kroppsceller
❖ Ingen effekt på avkomman, om cellen delar sig kommer det att gå till dotterceller, men inte till könsceller
❖ Etiskt mindre komplicerat
❖ Får utföras på människan

Begränsning med somatisk gentarpi – somatiska celler har begränsad livslängd därför behandlingen måste upprepas

Question 30

Stamceller

Answer 30

Vi vill helst göra genterapi som könsceller, men det är endast tillåtet att utföra i stamceller,

Stamceller ger upphov till olika celltyper, genom att utnyttja detta, så att varje gång en cell dör, har stamcellen uppgiften att ersätta den med en stamcell, så kan den vara vilken celltyp som helst.

Question 31

Genterapi

Answer 31

Genterapi
Tidigare, verktyg att föra in nya gener för att ersätta defekta eller saknade gener.

Nu, också ett verktyg för att kunna redigera/ändra enskilda nukleotider på en exakt position i arvsmassan – s.k. gene-editing.

Med hjälp av genterapi skulle man i teorin kunna bota ca 90% av alla genetiska sjukdomar.

Etiskt komplicerat.