MEDICINSKA MOLEKULARNA GENETIKA

Similar documents
Gene mutation and DNA polymorphism

Midterm 1 Results. Midterm 1 Akey/ Fields Median Number of Students. Exam Score

Produced by the Centre for Genetics Education. Internet: 5

Application of Biotechnology in DNA Fingerprinting and Forensic Analysis. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Types of Databases - By Scope

BENG 183 Trey Ideker. Genotyping. To be covered in one 1.5 hr lecture

Concepts: What are RFLPs and how do they act like genetic marker loci?

ČLOVEŠKE DEDNE BOLEZNI, NJIHOVO IZRAŽANJE IN NAPOVEDOVANJE PRIHODNOSTI HUMAN HEREDITARY DISEASES, THEIR EXPRESSION AND PREDICTION

Jumping Into Your Gene Pool: Understanding Genetic Test Results

Biology 105: Introduction to Genetics PRACTICE FINAL EXAM Part I: Definitions. Homology: Reverse transcriptase. Allostery: cdna library

Understanding Genes & Mutations. John A Phillips III May 16, 2005

Analysis in Forensic Science

For more information about how to cite these materials visit

BIOLOGY - CLUTCH CH.20 - BIOTECHNOLOGY.

Biotechnology Chapter 20

Authors: Vivek Sharma and Ram Kunwar

Introduction to some aspects of molecular genetics

Human linkage analysis. fundamental concepts

Chapter 5. Structural Genomics

Lecture 12. Genomics. Mapping. Definition Species sequencing ESTs. Why? Types of mapping Markers p & Types


Enzyme that uses RNA as a template to synthesize a complementary DNA

DNA, or Deoxyribonucleic Acid, is the genetic material in our cells. No two people (except identical twins) have the

Applicazioni biotecnologiche

Genetics and Genomics in Clinical Research

Single Nucleotide Variant Analysis. H3ABioNet May 14, 2014

Chapter 15 Gene Technologies and Human Applications

Mutations and Disease

The Human Genome Project has always been something of a misnomer, implying the existence of a single human genome

Molecular Genetics of Disease and the Human Genome Project

Human linkage analysis. fundamental concepts

BIO 202 Midterm Exam Winter 2007

ZAPISKI GENETIKA POMEMBNO Genetika se ukvarja s proučevanjem raznolikosti organizmov, proučuje mutacije in sisteme prenosa genskih informacij.

FORENSIC GENETICS. DNA in the cell FORENSIC GENETICS PERSONAL IDENTIFICATION KINSHIP ANALYSIS FORENSIC GENETICS. Sources of biological evidence

RFLP Method - Restriction Fragment Length Polymorphism

4/26/2015. Cut DNA either: Cut DNA either:

BIOTECHNOLOGY. Sticky & blunt ends. Restriction endonucleases. Gene cloning an overview. DNA isolation & restriction

GENE MAPPING. Genetica per Scienze Naturali a.a prof S. Presciuttini

Genome Resources. Genome Resources. Maj Gen (R) Suhaib Ahmed, HI (M)

DNA. Evidence. How is DNA be used to solve crimes?

Introduction to Basic Human Genetics. Professor Hanan Hamamy Department of Genetic Medicine and Development Geneva University Switzerland

Sistemska biologija pri zdravljenju raka

BIOTECHNOLOGY. Biotechnology is the process by which living organisms are used to create new products THE ORGANISMS

STUDY OF VNTR HUMAN POLYMORPHISMS BY PCR

HC70A & SAS70A Spring 2015 Genetic Engineering in Medicine, Agriculture, and Law

Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM)

Whole genome sequencing in the UK Biobank

4.1. Genetics as a Tool in Anthropology

BICD100 Midterm (10/27/10) KEY

Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)

Lecture 2: Biology Basics Continued. Fall 2018 August 23, 2018

User Manual. For Research Use Only. Catalog No. FMLP Storage Conditions: -20 o C. Version 1.0 Published January 2004

SELECTED TECHNIQUES AND APPLICATIONS IN MOLECULAR GENETICS

Izvleček. Abstract. gene in the general population, using a simple, rapid, and economical method. Methods: For genotyping, the restriction

DNA Studies (Genetic Studies) Disclosure Statement. Definition of Genomics. Outline. Immediate Present and Near Future

Microsatellite markers

ngs metagenomics target variation amplicon bioinformatics diagnostics dna trio indel high-throughput gene structural variation ChIP-seq mendelian

Vježba 12 i 13 detekcija GMO iz hrane. BioRad Biotechnology Explorer GMO investigator Kit

SYLLABUS AND SAMPLE QUESTIONS FOR JRF IN BIOLOGICAL ANTHROPOLGY 2011

Student Exercise on Polymerase Chain Reaction (PCR) Prepared by the Office of Biotechnology, Iowa State University. Part I. Part III.

Chapter 2: Access to Information

Algorithms for Genetics: Introduction, and sources of variation

Restriction Enzymes (endonucleases)

Test Bank for Molecular Cell Biology 7th Edition by Lodish

IDENTIFICATION OF BETA- LACTOGLOBULIN AND KAPPA-CASEIN GENOTYPES USING PCR-RFLP IN HOLSTEIN CATTLE

BS 50 Genetics and Genomics Week of Nov 29

Chapter 7 DNA Fingerprinting By the end of this chapter you will be able to:

GENOM Zgradba, posledice raziskav za medicino Po-genomsko obdobje: funkcijska genomika transkriptomika proteomika metabolomika

Applied Bioinformatics

resequencing storage SNP ncrna metagenomics private trio de novo exome ncrna RNA DNA bioinformatics RNA-seq comparative genomics

Population Genetics (Learning Objectives)

The genetic material

Combining Techniques to Answer Molecular Questions

Exome Sequencing Exome sequencing is a technique that is used to examine all of the protein-coding regions of the genome.

CHAPTERS 16 & 17: DNA Technology

Chapter 10 Genetic Engineering: A Revolution in Molecular Biology

2. Outline the levels of DNA packing in the eukaryotic nucleus below next to the diagram provided.

Sept 2. Structure and Organization of Genomes. Today: Genetic and Physical Mapping. Sept 9. Forward and Reverse Genetics. Genetic and Physical Mapping

Introduction Genetics in Human Society The Universality of Genetic Principles Model Organisms Organizing the Study of Genetics The Concept of the

GENETICS EXAM 3 FALL a) is a technique that allows you to separate nucleic acids (DNA or RNA) by size.

Prof. Dr. Konstantin Strauch

Genetic Technologies

Understanding the science and technology of whole genome sequencing

Course Syllabus for FISH/CMBL 7660 Fall 2008

Map-Based Cloning of Qualitative Plant Genes

Genetic Fingerprinting

Biology Evolution Dr. Kilburn, page 1 Mutation and genetic variation

HUMAN GENES 3/1/2009 STRUCTURE LOCATION FUNCTIONS

Aplikacije pretočne citometrije

Introduction to Bioinformatics for Medical Research. Gideon Greenspan TA: Oleg Rokhlenko. Lecture 1

Structure, Measurement & Analysis of Genetic Variation

B. Incorrect! Ligation is also a necessary step for cloning.

SUPPLEMENTARY INFORMATION

Overview: The DNA Toolbox

Pharmacogenetics: A SNPshot of the Future. Ani Khondkaryan Genomics, Bioinformatics, and Medicine Spring 2001

GENETICS - CLUTCH CH.15 GENOMES AND GENOMICS.

HST.161 Molecular Biology and Genetics in Modern Medicine Fall 2007

DNA. bioinformatics. genomics. personalized. variation NGS. trio. custom. assembly gene. tumor-normal. de novo. structural variation indel.

The mutation that takes away pain

Population Genetics (Learning Objectives)

Transcription:

MEDICINSKA MOLEKULARNA GENETIKA Nataša Teran Ljubljana, 23.03.2006

ORGANIZACIJA ČLOVEŠKEGA GENOMA 3300 Mb 20-25 000 genov (HGP 1990-2003) 30% Jedrni genom Geni in zaporedja povezana z geni Človeški genom Mitohondrijski genom 70% Izvengenska DNA 16.6 kb 37 genov <10% 90% 60% 40% Kodirajoča DNA NekodirajočaDNA V eni/majhnem številu kopij Srednje/visoko ponavljajoča se zaporedja

Sprememba zaporedja nukleotidov v DNA POLIMORFIZEM MUTACIJA INDIREKTEN (posreden) pristop DIREKTEN (neposreden) pristop

Sprememba v zaporedju nukleotidov DNA MUTACIJA ALI POLIMORFIZEM REDKE + PATOGENE POGOSTE + NEPATOGENE Vzrok bolezni < 1 % > Teža, barva las fitnes predispozicija za bolezni odgovor organizma na določeno zdravilo

Srpastocelična anemija Kavkaška populacija = MUTACIJA (HBB gen za β-globin, točkasta mutacija: GAG v CTG = glutamin valin) Afrika = polimorfizem (rezistenca za malarijo)

POLIMORFIZEM 1) obstoj dveh ali več variant DNA, proteinov, kromosomov, fenotipov 2) vsaka nepatogena variabilnost

GENETSKI OZNAČEVALEC (MARKER) Specifičen del DNA (gen, segment DNA z nepoznano funkcijo) z znano lokacijo na kromosomu - osnova genetskega mapiranja - diagnostika (indirektna) - asociacijske študije - fingerprinting (določanje značilnega vzorca)

Vrste genetskih označevalcev Tip Število lokusov Značilnosti Krvne skupine 1910 ~20 HLA skupine 1970 1 Zelo informativni DNA RFLP 1975 (polimorfizem dolžin restrikcijskih fragmentov) DNA VNTR (Minisateliti) 1985 DNA VNTR (Mikrosateliti) 1989 DNA SNP 1998 (variacija enega nukleotida) >10 5 >10 4 >10 5 >10 6 Omejeno informativni Southern, PCR Zelo informativni Southern telomerno Zelo informativni Enakomerno razporejeni Omejeno informativni Pogosti (<1 kb)

RFLP polimorfizem dolžin restrikcijskih fragmentov 1 8 kb + 2 3 6 kb 2 kb 1 2 3

Mikrosatelitni genetski označevalci Oseba 1 Oseba 2 Alel A AT AT AT AT AT AT Alel C AT AT AT AT Alel B AT AT AT AT AT Alel D AT AT AT

DMD posreden pristop 5 DYS STR-44 STR-45 I:1 I:2 I:1 I:2 I:1 I:2? II:1 II:2? II:1 II:2? II:1 II:2 STR-49 STR-50 3 CA I:1 I:2 I:1 I:2 I:1 I:2? II:1 II:2? II:1 II:2? II:1 II:2

DMD haplotipi

Omejitve posrednega pristopa Biološki material več družinskih članov Heterogenost bolezni

GENETSKI POLIMORFIZEM KOT BIOMARKER Dejavnik tveganja Napovednik stopnje bolezenskega procesa Napovednik prognoze Pomočpri izbiri zdravljenja (farmakogenetika )

FARMAKOGENETIKA Genetski polimorfizem Porazdelitev Metabolizem Zdravila Kemikalije Ostali ksenobiotiki Celični in klinični odgovor

Sprememba zaporedja nukleotidov v DNA POLIMORFIZEM MUTACIJA INDIREKTEN (posreden) pristop DIREKTEN (neposreden) pristop

KAKO VEMO, DA JE SPREMEMBA V DNA ZAPOREDJU PATOGENA? Vrsta mutacije Evolucijsko ohranjena zaporedja Segregacija v družini Pogostnost v populaciji

GLAVNE KATEGORIJE MUTACIJ zamenjava nukleotidov: najpogosteje enega nukleotida Drugačnosmiselna mutacija (missense) Nesmiselne mutacije (nonsense) Mutacije, ki vplivajo na izrezovanje intronov (splice site) delecije: enega ali več nukleotidov insercije: enega ali več nukleotidov, tudi duplikacije dinamične mutacije: tandemske pomnožitve trinukleotidnih zaporedij (npr. (CGG)n pri FraX) premik bralnega okvirja (frameshift): ins, del, splicing

NOMENKLATURA MUTACIJ Nivo DNA Zamenjava nukleotidov g./c./m.1162g>a Delecije g./c./m.f508del (ΔF508) Proteinski nivo Zamenjava aminokislin p.r117h ali Arg117His p.g542x ali Gly542Stop www.dmd.nl/mutnomen.html

POSLEDICA MUTACIJ Izguba funkcije Amorfni alel (ne rezultira v produktu) Hipomorfni alel (zmanjšana količina ali aktivnost produkta) Pridobitev funkcije Hipermorfni alel (povečana količina produkta) Neomorfni alel (alel z novo aktivnostjo produkta) Antimorfni alel (alel z aktivnostjo v nasprotni smeri)

Posledica mutacije = izguba funkcije Sindrom fragilnega X FMR1 gen Normal. ekson 1 Premutacija AUG AUG 6-50 ponovitev 50-230 ponovitev Polna mutacija Ni transkripcije AUG Več kot 230 ponovitev

Posledica mutacije = izguba funkcije EPIGENETSKE MODIFIKACIJE DNA metilacija (CpG) Genetsko vtisnjenje (GENETIC IMPRINTING; različna metilacija, glede na izvor gena) Spremembe v strukturi kromatina Spremembe v proteinski konformaciji

Posledica mutacije = izguba funkcije EPIGENETSKE MODIFIKACIJE Prader Willie sindrom Duševna prizadetost Hipotonija Debelost Hipogonadizem Izguba očetovih genov Angelmanov sindrom Duševna prizadetost Govor se ne razvije Hiperaktivnost Neustrezni smeh Izguba materinih genov del (15q11)

Posledica mutacije = pridobitev funkcije Nova funkcija: α 1 antitripsin: trombin namesto elastaze Prekomerna ekspresija: Rakave bolezni: onkogeni CMT1 (nevropatija): tri kopije

POSLEDICE MUTACIJ Ali imajo lahko mutacije v istem genu za posledico: -> različne bolezni (fenotipe) -> različne načine dedovanja Ali je lahko ena bolezen posledica mutacij v različnih genih Ali lahko iz mutacije napovemo stopnjo klinične prizadetosti

Duchenova MD X vezano recesivno Proksimalna mišična prizadetost Kasneje shodijo Na voziček do 12 leta Smrt pred 30 letom Beckerjeva MD X vezano recesivno Proksimalna mišična prizadetost Shodijo normalno Na voziček po 20 let Smrt po 40 letih

DISTROFINSKO-DISTROGLIKANSKI KOMPLEKS

Delecijska DNA preiskava DMD/BMD Eksoni * P1 P2 P3 M P4 P5 P6 K

Biopsija skeletnih mišic Normal. BMD DMD Imunohistokemija Western blot BMD NDMD

POSLEDICE MUTACIJ Ali imajo lahko mutacije v istem genu za posledico: -> različne bolezni (fenotipe) -> različne načine dedovanja Ali je lahko ena bolezen posledica mutacij v različnih genih Ali lahko iz mutacije napovemo stopnjo klinične prizadetosti

HEREDITARNE MOTORIČNO SENZORIČNE NEVROPATIJE (CMT) CMT I demielinizacijska (AD) CMT II aksonska (AD) CMT III - Dejerine-Sottas CMT IV Refsumova bolezen (AR) CMT V s spastičnostjo CMT VI - z optično atrofijo/gluhostjo CMT VII X vezana (XLD)

POSLEDICE MUTACIJ Ali imajo lahko mutacije v istem genu za posledico: -> različne bolezni (fenotipe) -> različne načine dedovanja Ali je lahko ena bolezen posledica mutacij v različnih genih Ali lahko iz mutacije napovemo stopnjo klinične prizadetosti

POSLEDICE MUTACIJ Ali imajo lahko mutacije v istem genu za posledico: -> različne bolezni (fenotipe) -> različne načine dedovanja Ali je lahko ena bolezen posledica mutacij v različnih genih Ali lahko iz mutacije napovemo stopnjo klinične prizadetosti

Hemofilija B (pomanjkanje koagulacijskega faktorja IX; gen F9) Težja oblika bolezni (aktivnost k. f. IX <1%): - premik bralnega okvirja - spremenjeno izrezovanje intronov - nesmislene mutacije: CGA v TGA - drugačnosmiselne mutacije - velike delecije v genu F9 Zmerno težka (aktivnost k. f. IX 1-5%) in lažja oblika bolezni (aktivnost k. f. IX 6-30%) bolezni: - drugačnosmiselne mutacije

Medicinska molekularna genetika analizne diagnostične metode PCR (Polymerase Chain Reaction; verižna reakcija s polimerazo) Alelno specifičen Real-time (kvantitativni PCR v realnem času: genska ekspresija, ugotavljanje mutacij, polimorfizem posameznih nukleotidov-snp) Southern blot Analiza fragmentov DNA po restrikciji z encimom (RFLP, VNTR)

METODA PCR 1. denaturacija: razklenitev dvojne vijačnice 2. annealing: prileganje začetnih oligonukleotidov 3. extenzija: podaljševanje nove verige

REZULTATI PCR za DMD/BMD?

METODA Southern blot membrana vzorec DNA elektroforeza prenos na membrano cepitev DNA z encimom denaturacija DNA

REZULTATI Southern blot za FraX? 1 2 3 4 5 6 7 8 MWII

Autosomal X-Linked Y-Linked Mitochondrial Total * Gene with known sequence 10107 465 48 37 10657 (10672) + Gene with known sequence and phenotype 352 32 0 0 384 # Phenotype description, molecular basis known 1689 150 2 26 1867 % Mendelian ph enotype or locus, molecular basis unknown 1369 134 4 0 1507 (1515) Other, mainly phenotypes with suspected mendelian basis 2076 146 2 0 2224 Total 15593 927 56 63 16639 (16662) Online Mendelian Inheritance in Man, OMIM (TM). McKusick-Nathans Institute for Genetic Medicine, Johns Hopkins University (Baltimore, MD) and National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine (Bethesda, MD), 2000. World Wide Web URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/ dne, 17.marca 2006