Study Notes bij Van cel tot molecuul - Geneeskunde UL (2013-2014)

Deze aantekeningen zijn gebaseerd op 2013-2014.

Collegeaantekeningen: Deel 1

HC Inleiding blok (2 december 2013)

Tijdens dit blok komen er twee basisvakken en één klinisch vak ten sprake. Moleculaire celbiologie, genetica en klinische genetica. Tijdens dit blok wordt er gewerkt aan de competenties AWV en gezondheidsbevordering. De twee coördinatoren van dit blok zijn Prof M. Breuning en Prof T. Raap.

Dit blok bevat zeven thema’s.

1. Humane Genoom en Chromosomen
2. Mono genetische Ziekten en Overervingspatronen
3. Replicatie, Transcriptie, Repair en Recombinatie
4. Translatie en Structuur/Functie van Eiwitten
5. Metabolisme en Enzymologie
6. Membranen en Transportprocessen
7. Communicatie en Signaaloverdracht

Bij elk thema hoort een werkgroep en twee studieopdrachten. Bij elke SO-2 worden er 2 studenten uitgekozen die de casus moeten presenteren. Ook moeten zij een verslag over die casus maken. Dit verslag moet schriftelijk ingeleverd worden tijdens de werkgroep, gemaild worden naar de werkgroep docent en online ingevoerd worden in TurnItin (via blackboard). Je moet goed voorbereid naar de werkgroep komen en je kernboeken meenemen. Het verslag wat je samen met een medestudent inlevert moet beoordeelt worden met een voldoende of goed. Wanneer het verslag met een onvoldoende beoordeelt is wordt het tentamencijfer van cel tot molecuul niet vrijgegeven.

Toetsing

Op vrijdag 20 december is er een deeltentamen. Dit deeltentamen gaat over de thema’s 1 tot en met 4. Het bestaat uit 35 meerkeuzenvragen en duurt 2 uur lang.

Het eindtentamen op 17 januari gaat over alle 7 thema’s.

HC Genoom organisatie (2 december 2013)

Nucleotiden zijn de bouwstenen van het DNA. DNA bestaat uit een suikermolecuul, fosfaatgroep en een stikstofbase (guanine etc.). Deze structuur is hiernaast weergegeven. De fosfaatgroep is negatief geladen.

Een DNA-streng heeft een 5’ en een 3’ kant. Nieuwe nucleotiden bevinden zich aan de 3’ kant. Het DNA-molecuul bestaat uit een dubbele helix, dus uit 2 DNA strengen. Deze strengen zijn doormiddel van waterstofbruggen aan elkaar geketend. Tussen T en A 2 waterstofbruggen en tussen G en C 3. Bij de aanmaak van nieuw DNA wordt 1 streng gebruikt als matrijsstreng.

Het menselijk DNA kent 3 miljard basenparen, 22000 genen, 1 m lengte, 2nm dik, 3 picogram zwaar en kent 22 autosomen chromosomen en 2 geslachtschromosomen.

Spermacellen en eicellen zijn haploïd en een lichaamscel is diploïd. DNA zit verpakt in chromatine. Er zijn twee soorten chromatine: heterochromatine en euchromatine. Heterochromatine is donker, gecondenseerd, niet actief en er vindt geen DNA transcriptie plaats. Euchromatine is licht van kleur, is actief en er vindt transcriptie plaats. Een cel met een grote kern bevat meer euchromatine aangezien er meer chromatine actief zijn. 

DNA is negatief geladen. DNA bindt met positief geladen histonen om een chromatine te vormen.
Allereerst windt het DNA zich om de histonen (2x4 eiwitten) dit vormt een nucleïosoom. Vervolgens condenseert dit verder met behulp van een 5^e histon om een chromatine fiber te vormen. De meest gecondenseerde vorm van chromatine is in de metafase. Een chromosoom is vaak in de metafase afgebeeld.

Een chromosoom bestaat uit 2 chromatiden. Het punt waarop deze chromatiden aan elkaar zitten wordt het centromeer genoemd. De uiteinden van de chromosoom/chromatiden noemt men het telomeer. Wanneer het centromeer zich niet exact in het midden bevindt, heeft de chromosoom lange (Q-armen) en korte (P-armen) armen. Hele kleine armen noemt men satelliet armen.

Chromosomen worden geclassificeerd op lengte en op de positie van het centromeer. Wanneer hieruit geen onderscheidt kan worden gemaakt wordt er gekeken naar de G-banding van de chromosoom. Deze G-banding vindt plaats in de metafase met behulp van Giemsa, vervolgens krijgt het chromosoom een uniek licht-donker bandpatroon. Dit noemt men karyotyping, een geïdealiseerde vorm is een idiogram.

Bij chromosoom preparatie kan men levende cellen gebruiken (lymfocyten, fibroblasten etc.) en kan men in de metafase met behulp van Giemsa karyotyping ontwikkelen. Wangslijmvlies kan men niet gebruiken, aangezien deze cellen dood zijn (geen metafase hebben).

Er bestaan unieke (single copy genen) en repetitieve sequenties (geclusterd, junk DNA). Bij de FISH methode wordt het DNA verhit, hierdoor vallen de waterstofbruggen uiteen en ontstaat er een enkele streng DNA. Vervolgens voegt men aan 1 DNA streng een probe (DNA streng) toe. Waar deze probe aan het DNA streng past worden er waterstofbruggen gevormd en vindt er een fluorescerende kleuring plaats.

Bij de Array methode is het tumor DNA rood en het normale DNA groen. Op basis van kopie aantallen wordt het genoom in kaart gebracht.

HC Mitose en meiose (2 december 2013)

Mensen hebben 46 chromosomen (44 autosomen en 2 geslachtschromosomen). Het SRY-gen zorgt voor de ontwikkeling van het mannelijke geslacht. Chromosomen 13, 14, 15, 21 en 22 zijn de acrocentrische chromosomen.

De chromosomen zijn alleen zichtbaar tijdens de celdeling, dus alleen zichtbaar in de mitose en meiose. Een celcyclus heeft 4 fases: de G1, S, G2 en M fase. Om de celcyclus goed te laten verlopen heeft de cyclus 3 checkpoints (in de G1, G2 en M fase).

Mitose en meiose

Mitose vindt plaats in een normale celdeling. Er ontstaat uit een lichaamscel met 46 chromosomen, twee cellen met elk 46 chromosomen. Er ontstaan twee nieuwe cellen die genetisch identiek zijn.

Meiose vindt plaats bij de vorming van geslachtscellen. Er ontstaat uit een cel met 46 chromosomen een geslachtscel met 23 chromosomen. De eerste functie van de meiose is het halveren van het aantal chromosomen, de tweede functie is het ontstaan van genetische variatie (door crossingover en segregatie van homologe chromosomen). Tijdens de meiose kan er crossingover plaatsvinden. Dit is het uitwisselen van genetisch materiaal tussen twee homologen. Paren van homologe chromosomen vindt plaats in de profase, er ontstaan bivalenten. In de metafase 1 gaan de chromosomen liggen in het equatoriaal vlak. In de anafase 1 worden de chromosomen uit elkaar getrokken door de spoeldraden. In de tweede anafase en metafase gebeurt hetzelfde proces, maar dan worden in plaats van de chromosomen de chromatiden uit elkaar getrokken.

Aan het einde van de meiose zijn er bij de man 4 zaadcellen ontwikkeld, bij de vrouw 1 eicel met 3 poollichamen.

Chromosoomafwijkingen

Alles wat afwijkt van de 46 normale chromosomen noemt men een chromosoomafwijking. Er zijn twee soorten chromosoomafwijkingen: numerieke (waarin het aantal afwijkt van 46 chromosomen) en structuele afwijkingen.
Numerieke afwijkingen kunnen ontstaan door:

1. Nondisjunctie in meiose 1

2. Nondisjunctie in meiose 2

3. Anafaselagging (hierbij hechten de spoeldraden niet goed aan het centromeer)

4. Mitotische nondisjunctie (mozaïek, de afwijking is slechts in een aantal lichaamscellen)

5. Mitotische anafaselagging (mozaïek, de afwijking is slechts in een aantal lichaamscellen)

Numerieke afwijkingen kunnen trisomie (47) zijn of monosomie (45).

• Syndroom van Down – trisomie 21

• Syndroom van Patau – trisomie 13

• Syndroom van Edwards – trisomie 18

• Syndroom van Klinefelter – 47,XXY

• Syndroom van Turner – 45,X (dit is de enige levensvatbare monosomie, dit komt doordat er in een ‘gezonde’ lichaamscel van een vrouw 1 X-chromosoom deels inactief is.)

Numerieke afwijkingen kunnen aneuploïdie (wanneer men 45 of 47 chromosomen heeft) of polyploïdie (meer dan twee sets: triploïdie 69 of tetraploïdie 92) zijn.

Structuele afwijkingen kunnen gebalanceerd of ongebalanceerd voorkomen. Wanneer er geen verlies is van genetisch materiaal en er geen afwijkend fenotype is ontstaan spreekt men van een gebalanceerde afwijking. Wanneer er wel verlies is van genetisch materiaal is en er een afwijkend fenotype is ontstaan spreekt men van een ongebalanceerde afwijking.

Gebalanceerde structuele afwijkingen kunnen ontstaan zijn door:

• Translocatie (de uitwisseling van genetisch materiaal tussen twee chromosomen). Er zijn twee soorten translocatie: reciproke en robertsoniaanse translocatie. Robertsoniaanse translocatie vindt alleen plaats bij de acrocentrische chromosomen.

Ongebalanceerde structuele afwijkingen kunnen ontstaan zijn door:

• Deleties van genetisch materiaal. Deze deleties kunnen terminaal zijn, waardoor er 1 breuk ontstaat. Bij een deletie in een ringchromosoom en een interstitiële deletie ontstaan er twee breuken.

Afwijkingen die zijn ontstaan door een ongebalanceerde structuele afwijking is bijvoorbeeld het Wolf-Hirschhorn – deletie van 4^e chromosoom.

Gevolgen chromosomale afwijkingen

Aan chromosomale afwijkingen zijn ernstige gevolgen verbonden. Bij de meeste afwijkingen vindt er een spontane abortus plaats. Ook overlijden de meeste kinderen met een chromosomale afwijkingen net na de geboorten. Daarnaast hebben mensen met chromosomale afwijkingen vaak hartklachten, sociale problemen, een afwijkend fenotype en leerproblemen.

HC Chromosomale syndromen (2 december 2013)

Het Down syndroom
Het Down syndroom is de bekendste numerieke afwijking. Het downsyndroom is een andere benaming voor trisomie 21. De incidentie van het Downsyndroom is ongeveer 1:900. Het Downsyndroom is te herkennen aan:

• (te) veel nekvel

• hypotonie – een lage spierspanning

• brachycefalie – een vlak gezicht/gelaat

• simpel gevormde en kleine oren

• opvallende epicanthus ogen en scheelzien

• tussen de 1^e en 2^e teen bevindt zich een grote ruimte

• open mond met uitstekende tong

• de 4-vingerlijn

Naast de fenotypische afwijkingen heeft het Downsyndroom ook klinische afwijkingen:

• Hartafwijkingen (VSD en ASD)

• De darmen zijn slecht aangelegd

• Kleine lichaamslengte (ongeveer 150 cm)

• Een IQ tussen de 25 en 75

• Alzheimer (dit komt doordat het APP gen op chromosoom 21 ligt)

Patau syndroom
Een ander syndroom is het Patau syndroom. Dit syndroom is een trisomie 13. De incidentie van dit syndroom is ongeveer 1:5000. De meeste kinderen met dit syndroom worden niet ouder dan 10 dagen. Slechts 10% van de kinderen wordt ouder dan 1 jaar. De klinische afwijkingen van dit syndroom zijn:

• Een groeiachterstand

• 90% heeft een hartafwijking (ASD en VSD)

• Holoprosencephalie, hierbij zijn de hersenen niet gescheiden in twee helften

• Een splijting in de lip

• Een extra vinger aan de pink-zijde: postaxiale polyactylie

• Huidbeschadiging op de schedel

• Nierafwijkingen

• Een navelbreuk (omfalocele)

• Mentale achterstand

Edwards syndroom
Een ander syndroom is het Edwards syndroom. Dit is trisomie 18. De incidentie voor dit syndroom is ongeveer 1:5000. De meeste kinderen worden niet ouder dan 1 week, zij overlijden door hartfalen. Slechts 1% bereikt de leeftijd van 10 jaar. Op 10 jarige leeftijd heeft men een ernstige verstandelijke handicap, wat wel bijzonder is, is dat het gezicht minder kenmerkend en opvallend is geworden. De fenotypische kenmerken van dit syndroom zijn:

• Een lager geboortegewicht, dunne kindjes

• Microcephalie: een te kleine schedel

• Klompvoetjes

• Hoog voorhoofd

• Kleine neus en mond

• Oren die lager staan dan normaal

• Afname van de spiermassa

• De stand van de vingers: vinger 2 over 3 en vinger 5 over 4

De klinische kenmerken van dit syndroom zijn:

• Hartafwijkingen (VSD en ASD)

• Nierafwijkingen

• Afsluiting van de slokdarm

• Buikwanddefect

Turner syndroom
Het Turner syndroom komt ongeveer op 1:5000 meisjes voor. In de meeste gevallen heeft men een X-chromosoom te weinig. Het genotype is 45,X. Ook kan het zo zijn dat er een ernstige structurele afwijkende X-chromosoom aanwezig is, het genotype is dan 46,XX. Dit syndroom kan men herkennen aan:

• Korte lichaamslengte

• Een brede nek

• Tepels die ver uit elkaar staan

• Een lage haargrens aan de posterior zijde

De klinische kenmerken zijn:

• Hartafwijkingen

• Nierafwijkingen

• Infertiliteit (niet vruchtbaar)

• Het uitblijven van de eerste menstruatie

Klinefelter syndroom
Het Klinefelter syndroom komt voor op ongeveer 1:1000 jongens. Het genotype is 47,XXY. Jongens met dit syndroom zijn erg lang, hebben leer en gedragsproblemen, in 30% van de gevallen borstgroei en het IQ is ongeveer 20 punten lager dan broertjes of zusjes. Bij het Klinefelter syndroom is men onvruchtbaar.

XYY en XXX

Mensen met een extra X of een Y chromosoom (XYY en XXX) zijn vaak erg lang en scoren qua IQ ongeveer 20 punten lager dan broertjes of zusjes. Ook heeft men vaak last van gedrag en leerproblemen. Men kan zich nog wel voortplanten.

Wolf-Hirsch Horn syndroom

Bij het Wolf-Hirsch Horn syndroom heeft er een deletie plaatsgevonden op chromosoom 4. Men kan dit syndroom herkennen aan:

• Een hoge neusbrug

• Een hoog voorhoofd

• Ogen die ver uit elkaar staan

• De afstand tussen de lippen en de neus is klein

Cri-du-chatsyndroom

Bij het Cri-du-chatsyndroom heeft er een deletie plaatsgevonden op chromosoom 5. Men kan dit syndroom herkennen aan:

• Dunne en slecht groeiende kinderen

• Het huilen als een kat

• Verstandelijke handicap

• Hartafwijkingen

• Laagstaande en simpele oren

Velocardiofaciaal syndroom (VCF)

Bij het velocardiofaciaal syndroom (VCF) mist er een stukje van chromosoom 22. Het komt bij ongeveer 1:2000 kinderen voor. Je kan dit syndroom herkennen aan:

• Korte lichaamslengte

• Hartafwijkingen

• Het gehemelte sluit de neus niet goed af

• Kleine mond die vaak open staat

• Lage spierspanning

• Rechte neus

Bij een chromosomale numerieke afwijking heeft men meestal last van meerdere aandoeningen tegelijk (groeiachterstand, hartfalen, verstandelijke handicap etc.) De overlevingskansen bij mozaïek zijn groter.

Chromosomale afwijkingen kan men tegenwoordig ‘opsporen’ tijdens de zwangerschap. Tijdens de eerste trimester screening vindt er een combinatietest plaats. Men neemt bloed af en er vindt een nekplooimeting plaats. Er wordt een kansberekening gemaakt op een afwijking. Bij de SEO (standaard echo onderzoek) kan men zien of er congenitale afwijkingen zijn. Deze SEO vindt plaats tussen de 18^e en 20^e week van de zwangerschap.
Bij een serumscreening wordt er bloed afgenomen tijdens de 9^e – 14^e week. Er wordt gekeken naar de vrij beta-HCG en PAPP-A. Aan de hand van deze uitslag kan vast worden gesteld of men een verhoogde risico heeft op een kindje met een chromosomale afwijking. Ook kan men een vruchtwaterpunctie (transabdominaal) of een vlokkentest (transabdominaal en transvaginaal) nemen.

HC Monogenetischeziekten en overervingspatronen 1 (6 december 2013)

Er zijn 3 soorten afwijkingen:

1. Single gen afwijking: er is een mutatie in 1 gen

2. Chromosomale afwijking: er is een kwalitatieve of een kwantitatieve afwijking van een chromosoom.

3. Multifactoriële afwijkingen: hierbij zijn meerdere genen betrokken.

Een genetische eigenschap kan dominant (sterk/puur dominant, co-dominant en incomplete/semidominant) of recessief zijn. Dominant wordt met een hoofdletter aangegeven en recessief met een kleine letter. Homozygoot betekend dat je 2 dezelfde genen hebt bijvoorbeeld RR of rr en heterozygoot is dan Rr.

Begrippen

De specifieke plek van een gen is een locus. Een locus ligt dus op een chromosoom.
Een allel is een genvariant.
Wildtype is het allel wat het meeste voorkomt.

Een variant/mutant wijkt af van het wildtype. Dit kan al oud zijn en met de evolutie zijn ontwikkeld; polymorfisme. Het kan ook nieuw zijn: een mutatie.

Het fenotype is datgene wat je ziet, het uiterlijk.

Het genotype zie je niet; het genoom.

Een afwijking die je al vanaf je geboorte hebt noemt men een congenitale afwijking.

Penetrance/All-or-none betekend dat je óf ziek bent óf gezond. Wat hierbij een probleem kan zijn is dat één gen op verschillende manieren tot expressie kan komen. Dit noemt men pleiotropie: 1 mutatie kan tot variabele expressies leiden.

Wanneer mutaties op verschillende genen leiden tot hetzelfde fenotype is er sprake van genetische heterogeneticiteit. Genetische heterogeneticiteit kan allelisch zijn of locus. Een ander allel maar dezelfde locus noemt allelisch. Wanneer verschillende genen leiden tot hetzelfde fenotype noemt men locus.

Wanneer verschillende mutaties in hetzelfde gen leiden tot een ander fenotype noemt men fenotypische heterogeneticiteit.

Sommige ziektes of aandoeningen kunnen overgeërfd zijn. Een ziekte of aandoening kan autosomaal overgeërfd worden of via de geslachtschromosomen (X-linked). Een ziekte die X-linked overgeërfd wordt, komt vaker tot expressie bij mannen dan bij vrouwen. Dit komt door het feit dat vrouwen twee X-chromosomen hebben en een man slechts 1. Wanneer het recessieve allel zich bevindt op het X-chromosoom komt deze dus tot uiting bij de man (X^rY), terwijl de vrouw dan draagster van deze ziekte kan zijn (X^RX^r). Bij een X-linked aandoening zijn er bij een vrouw 3 genotypes mogelijk, bij een man 2.

De meeste aandoeningen komen voor bij de combinatie heterozygoot x recessief homozygoot (Rr x rr). Wat minder vaak voorkomt is de kruising heterozygoot x heterozygoot (Rr x Rr). De kruising homozygoot dominant x heterozygoot (DD x Dd) komt het minst vaak voor. De meeste mutaties bevinden zich dus in dragers.

Bij een horizontale transmissie komt een ziekte/aandoening tot uiting in 1 generatie. Bij een verticale transmissie komt een ziekte/aandoening tot uiting bij meer dan 1 generatie.

Bij een diagonale transmissie is er een ongelijke verdeling in de verhouding van de ziekte/aandoening tussen mannen en vrouwen.

HC Monogenetischeziekten en overervingspatronen 2 (6 december 2013)

Wanneer niet in elke lichaamscel een mutatie in de genen heeft plaatsgevonden is er sprake van mozaïek. Mutaties zijn niet altijd stabiel, dit noemt men onstabiele repeat expansions. Wanneer een allel steeds langer wordt generatie op generatie is er sprake van anticipatie. Het fenotype zal dus ook in de loop der generaties sterker tot uiting komen.

Bij uniparentale disomy, komen beide genen van 1 ouder tot uiting. Dit is een afwijking van het normale overervingspatroon. Uniparentale disomy heeft twee vormen; isodisomy en heterodisomy. Bij isodisomy heeft er een fout plaatsgevonden tijdens de meiose 2. Bij heterodisomy heeft er een fout plaatsgevonden tijdens de meiose 1.

Een mitochondrische mutatie komt alleen tot expressie wanneer er veel mutaties zijn in dit DNA en deze mutaties boven een bepaalde drempelwaarde uitkomen. Mitochondrische mutaties worden vaak overgedragen via de moeder. Dit komt doordat de eicel veel groter is dan een zaadcel en een eicel meer bijdraagt aan de mitochondriën van het kind.

Hardy Weinberg

Onder bepaalde voorwaarde blijft de genfrequentie binnen een bepaalde generatie constant. Wanneer er in een populatie willekeurige paring plaatsvindt, geen mutaties optreden en de populatie groot genoeg is kan het Hardy Weinberg evenwicht optreden.

Allelfrequentie: p + q = 1

Genotypes: AA + Aa + aa
Genotype frequentie: p² + 2pq + q² = 1

Aan de hand van deze formules kan men berekenen hoe groot de kans is dat je een ziekte wel/niet hebt en of je drager bent van deze ziekte.

Bayes theorie

Deze theorie gaat uit van 2 regels:

1. Addition law – wanneer het de ene niet is, dan is het de ander. Wanneer je bijvoorbeeld zwanger bent en het geen jongetje is, dan is het een meisje.
   1 + 1 = 2

2. Muliplication law is een vermenigvuldiging. De kans op bijvoorbeeld een recessieve ziekte tot uiting komt bij een kind met 2 heterozygote ouders (Rr x Rr) is dan ½ x ½ = ¼

Hierbij spelen de vooraf kans en de achteraf kans ook een belangrijke rol.

Bij een monogenetische ziekte kan men dus informatie over de diagnose en de wijze van overerving bekijken aan de hand van stambomen. Aan de hand van deze stambomen kan men dus de risico’s op een ziekte berekenen. Ook kun je berekenen hoe groot de kans is dat je drager bent. Toch kun je niet altijd aan de hand van deze stambomen een beslissing maken, aangezien er altijd spontane mutaties of uniparentale disomy kan ontstaan en je dit niet aan de stambomen kunt aflezen.

PD Monogenetischeziekten 1 (6 december 2013)

Hemofilie is een stollingsstoornis. Het is een X-gebonden recessieve aandoening. Bij hemofilie is er sprake van een puntmutatie. De prevalentie is ongeveer 8,5:100.000. Er zijn twee soorten hemofilie. Hemofilie type A, wat in 85% van de gevallen voorkomt, en hemofilie B wat 15% voorkomt. Hemofilie heeft een ernstige, matige en milde variant. In 50% is de hemofilie sporadisch, dat wilt zeggen dat diegene de enige is in de familie die hemofilie heeft.

Hemofilie heeft de volgende ziektebeelden:

• Spontane bloedingen

• Geen stolling van het bloed/het bloed stopt niet met bloeden

• Onderhuidse bloedingen (met name op de knie)

• Gewrichtsbloedingen wat leidt tot schade van de gewrichten en veel pijn

De behandeling voor hemofilie is het toedienen van stollingsfactoren. Deze behandeling draagt ook risico’s met zich mee, er kunnen namelijk allergische reacties plaatsvinden, infecties kunnen ontstaan of het lichaam gaat antistoffen produceren.

Type A en B

Bij hemofilie type A heeft de patiënt onvoldoende stollingsfactor 8. Bij type B stollingsfactor 9. De reden dat type A veel vaker voorkomt, is het feit dat bij factor 8 26 exonen zijn betrokken en bij factor 9 slechts 8. Factor 9 is dus veel kleiner en zal minder vaak muteren dan factor 8.

Hemofilie kan al in een vroeg stadium van de zwangerschap aangetoond worden door middel van prenatale diagnostiek (vruchtwaterpunctie of vlokkentest).

PD Monogenetischeziekten 2 (6 december 2013)

X-linked adrenoleukodystrofie is een stofwisselingsziekte waarbij de myelineschede in de hersenen en ruggenmerg wordt afgebroken. Ook worden de bijnieren aangetast door deze ziekte. De bijnier is vaak beschadigd voordat de neurologische bijwerkingen gaan optreden, hierdoor is de patiënt vaak ziek. Dit komt doordat de bijnier immuunreacties dempt.

Adrenoleukodystrofie heeft de volgende ziektebeelden:

• Blindheid

• Doofheid

• Slikstoornis (hier overlijden de meeste patiënten aan)

• Hemochromatose (ijzer opstapeling)

Bij adrenoleukodystrofie kan dezelfde mutatie zich op verschillende manieren uiten. Wat het meest voorkomt is dat het aminozuur cystine wordt vervangen door trypsine. Hierdoor wordt het eiwit dat codeert voor het membraan peroxisoom, wat nodig is voor de afbraak van vetzuren niet aangemaakt. Hierdoor worden vetzuren niet/nauwelijks afgebroken.

X-linked adrenoleukodystrofie komt vaker voor bij mannen dan bij vrouwen. Dit komt doordat het een X-linked aandoening is. Bij vrouwen is namelijk 1 X chromosoom voor het grootste deel inactief (lyonisatie).

Vaak wordt bij adrenoleukodystrofie patiënten een beenmerg getransplanteerd. Hierbij moet eerst de beenmerg van de patiënt leeg worden gemaakt, dit gebeurt met een chemo. Een probleem wat bij een beenmergtransplantatie kan optreden is dat het immuunsysteem van de donor het lichaam van de patiënt aanvalt. Een oplossing voor dit probleem is van te voren te onderzoeken of de donor en de patiënt hetzelfde HLA hebben. HLA zit geclusterd in genen op chromosoom 6. De kans dat je als broer en zus hetzelfde HLA hebt is 25%.

Genetische associatie kan een positieve of een negatieve associatie hebben.

Bij een positieve associatie komt de genetische marker frequenter voor bij patiënten. Bij een negatieve associatie komt de genetische marker minder vaak voor bij een patiënt.

HC Kansberekeningen (6 december 2013)

Als arts heb je later vaak met kansrekeningen te maken: hoe groot is de kans dat een ex-kanker patiënt over 5 jaar nog steeds gezond is? Hoe waarschijnlijk is de kans iemand met een positieve testuitslag echt ziek is?

Een proportie in een populatie noemt men een kans (P). Het begrip populatie kan heel divers zijn; de hele samenleving, kinderen van 5-6 jaar, 65+ etc. De relevante populatie moet daarom duidelijk zijn in de context.
Het is (meestal) onmogelijk om een hele populatie te bestuderen, daarom wordt er vaak gebruik gemaakt van een steekproef. Een steekproef is een willekeurige trekking uit de populatie. Bij een steekproef geldt de ‘Wet van grote aantallen’. Een grote steekproef geeft een meer reëel beeld van de werkelijke populatie dan een kleinere steekproef. Vervolgens wordt de uitslag van een steekproef met behulp van statistiek vergeleken met de populatie.

Een voorwaardelijke kans is de proportie in een deelpopulatie. Men kijkt hier bijvoorbeeld alleen naar patiënten met een positieve test uitslag die daadwerkelijk ziek was. Je berekent de voorwaardelijke kans doormiddel van de formule:

P(A/B) = aantal (A & B) / aantal (B)

Een andere notatie voor deze formule is:

P(A/B) = P(AB) / P(B)

Je moet goed opletten met deze formule, wanneer je namelijk A en B omwisselt krijg je een hele andere uitkomst, bijvoorbeeld: P(messi | voetballers) is heel klein, de kans is namelijk heel klein dat je Messi bent. De kant P(voetballers | messi) is heel groot namelijk 1, aangezien hij een voetballer is.

De regel van Bayes

Doormiddel van Bayes kan je uit P(A|B) P(B|A) berekenen. Volgens deze formule:

P(A|B) = P(B|A) P(A) / P(B|A) P(A) + P(B|niet A)P(niet A)

Wanneer je met een diagnostische test werkt kunnen er 2 fouten voorkomen: fout positieve en fout negatieve.
Hierbij wordt gekeken naar de specificiteit (terecht negatieve) en de sensitiviteit (terecht positieve). Wanneer beide waarden hoog zijn, heb je een goede test.

Daarnaast wordt er gekeken naar de positief voorspellende waarde (de kans dat je met een positieve uitslag echt ziek bent) en de negatief voorspellende waarde (De kans dat je met een negatieve uitslag niet ziek bent). De positief en negatief voorspellende waarden zijn niet test gebonden, maar verschillen bij populaties. Hierdoor kan een test met een hoge specificiteit en een hoge sensitiviteit toch zorgen voor een lage positief voorspellende waarde.

De volgende formule ontstaat:

Positief voorspellende waarde = sensitiviteit x prevalentie / (sensitiviteit x prevalentie + (1-specitifiteit) x (1-prevalentie)

Wanneer je moeite hebt met het rekenen aan de hand van formules kun je ook een tabel maken.

Bij een numerieke waarneming ga je uit van een normaal verdeling. Veel gegevens bevatten een gemiddelde waarde en maxima en minima. De gemiddelde (μ) bepaalt het centrum van de grafiek en de standaarddeviatie (sd) (σ) de spreiding. De kans op een bepaalde waarde is dan de oppervlakte onder de grafiek. Hiermee kan je oefenen in de e-learning (blackboard).

In een normaal verdeelde populatie ligt altijd 95% van de populatie tussen: μ-2σ en μ+2σ. Dit wordt de normaalwaarde/referentie waarde genoemd.

A en B zijn onafhankelijk van elkaar wanneer het voorkomen van A niet leidt tot een ander voorkomen van B. Wanneer A en B onafhankelijk zijn van elkaar mag je A en B met elkaar vermenigvuldigen. Dit zie je bijvoorbeeld terug in de Hardy Weinberg, waarbij de genen onafhankelijk zijn van elkaar en in families waarbij de allelen onafhankelijk zijn.

Sommige kansen gaan via tellingen, hoe groot is de kans op een blond kind in een gezien met 4 kinderen? Dit noem je dan een binomiale verdeling.

Collegeaantekeningen: Deel 2

Collegeaantekeningen bij Thema II: Monogenetische ziekten en overervingspatronen

HC Monogenetische ziekten en overervingspatronen 1 (6 december 2013)

Er zijn 3 soorten afwijkingen:

1. Single gene afwijking: er is een mutatie in 1 gen

2. Chromosomale afwijking: er is een kwalitatieve of een kwantitatieve afwijking van een chromosoom.

3. Multifactoriële afwijkingen: hierbij zijn meerdere genen betrokken.

Een genetische eigenschap kan dominant (sterk/puur dominant, co-dominant en incompleet /semidominant) of recessief zijn. Dominant wordt met een hoofdletter aangegeven en recessief met een kleine letter. Homozygoot betekend dat je 2 dezelfde genen hebt bijvoorbeeld RR of rr en heterozygoot is dan Rr.

Begrippen

De specifieke plek van een gen is een locus. Een locus ligt dus op een chromosoom.
Een allel is een gen variant. Wild type is het allel wat het meeste voorkomt. Een variant/mutant wijkt af van het wild type. Dit kan al oud zijn en met de evolutie zijn ontwikkeld; polymorfisme. Het kan ook nieuw zijn: een mutatie. Het fenotype is datgene wat je ziet, het uiterlijk. Het genotype zie je niet; het genoom. Een afwijking die je al vanaf je geboorte hebt noemt men een congenitale afwijking.

Penetrantie/All-or-none betekent dat je óf ziek bent óf gezond. Wat hierbij een probleem kan zijn is dat één gen op verschillende manieren tot expressie kan komen. Dit noemt men pleiotropie: 1 mutatie kan tot variabele expressies leiden.

Wanneer mutaties op verschillende genen leiden tot hetzelfde fenotype is er sprake van genetische heterogeniteit. Genetische heterogeniteit kan allelisch zijn of locus. Een ander allel maar dezelfde locus noemt allelisch. Wanneer verschillende genen leiden tot hetzelfde fenotype noemt men locus.

Wanneer verschillende mutaties in hetzelfde gen leiden tot een ander fenotype noemt men fenotypische heterogeniteit.

Sommige ziektes of aandoeningen kunnen overgeërfd zijn. Een ziekte of aandoening kan autosomaal overgeërfd worden of via de geslachtschromosomen (X-linked). Een ziekte die X-linked overgeërfd wordt, komt vaker tot expressie bij mannen dan bij vrouwen. Dit komt door het feit dat vrouwen twee X-chromosomen hebben en een man slechts 1. Wanneer het recessieve allel zich bevindt op het X-chromosoom komt deze dus tot uiting bij de man (X^rY), terwijl de vrouw dan draagster van deze ziekte kan zijn (X^RX^r). Bij een X-linked aandoening zijn er bij een vrouw 3 genotypes mogelijk, bij een man 2.

De meeste aandoeningen komen voor bij de combinatie heterozygoot x recessief homozygoot (Rr x rr). Wat minder vaak voorkomt is de kruising heterozygoot x heterozygoot (Rr x Rr). De kruising homozygoot dominant x heterozygoot (DD x Dd) komt het minst vaak voor. De meeste mutaties bevinden zich dus in dragers.

Bij een horizontale transmissie komt een ziekte/aandoening tot uiting in 1 generatie. Bij een verticale transmissie komt een ziekte/aandoening tot uiting bij meer dan 1 generatie. Bij een diagonale transmissie is er een ongelijke verdeling in de verhouding van de ziekte/aandoening tussen mannen en vrouwen. 

HC Monogenetische ziekten en overervingspatronen 2 (6 december 2013)

Wanneer niet in elke lichaamscel een mutatie in de genen heeft plaatsgevonden is er sprake van mozaïek. Mutaties zijn niet altijd stabiel, dit noemt men onstabiele repeat expansions. Wanneer een allel steeds langer wordt generatie op generatie is er sprake van anticipatie. Het fenotype zal dus ook in de loop der generaties sterker tot uiting komen.

Bij uniparentale disomie, komen beide genen van 1 ouder tot uiting. Dit is een afwijking van het normale overervingspatroon. Uniparentale disomie heeft twee vormen; isodisomie en heterodisomie. Bij isodisomie heeft er een fout plaatsgevonden tijdens de meiose 2. Bij heterodisomie heeft er een fout plaatsgevonden tijdens de meiose 1.

Een mitochondrische mutatie komt alleen tot expressie wanneer er veel mutaties zijn in dit DNA en deze mutaties boven een bepaalde drempelwaarde uitkomen. Mitochondrische mutaties worden vaak overgedragen via de moeder. Dit komt doordat de eicel veel groter is dan een zaadcel en een eicel meer bijdraagt aan de mitochondriën van het kind.

Hardy Weinberg

Onder bepaalde voorwaarde blijft de genfrequentie binnen een bepaalde generatie constant. Wanneer er in een populatie willekeurige paring plaatsvindt, geen mutaties optreden en de populatie groot genoeg is kan het Hardy Weinberg evenwicht optreden.

Allelfrequentie: p + q = 1

Genotypes: AA + Aa + aa

Genotype frequentie: p² + 2pq + q² = 1

Aan de hand van deze formules kan men berekenen hoe groot de kans is dat je een ziekte wel/niet hebt en of je drager bent van deze ziekte.

Bayes theorie

Deze theorie gaat uit van 2 regels:

1. Addition law – wanneer het de ene niet is, dan is het de ander. Wanneer je bijvoorbeeld zwanger bent en het geen jongetje is, dan is het een meisje. 1 + 1 = 2

2. Muliplication law is een vermenigvuldiging. De kans op bijvoorbeeld een recessieve ziekte tot uiting komt bij een kind met 2 heterozygote ouders (Rr x Rr) is dan ½ x ½ = ¼

Hierbij spelen de vooraf kans en de achteraf kans ook een belangrijke rol.

Bij een monogenetische ziekte kan men dus informatie over de diagnose en de wijze van overerving bekijken aan de hand van stambomen. Aan de hand van deze stambomen kan men dus de risico’s op een ziekte berekenen. Ook kun je berekenen hoe groot de kans is dat je drager bent. Toch kun je niet altijd aan de hand van deze stambomen een beslissing maken, aangezien er altijd spontane mutaties of uniparentale disomie kan ontstaan en je dit niet aan de stambomen kunt aflezen.

PD Monogenetische ziekten 1 (6 december 2013)

Hemofilie is een stollingsstoornis. Het is een X-gebonden recessieve aandoening. Bij hemofilie is er sprake van een puntmutatie. De prevalentie is ongeveer 8,5:100.000. Er zijn twee soorten hemofilie. Hemofilie type A, wat in 85% van de gevallen voorkomt, en hemofilie B wat 15% voorkomt. Hemofilie heeft een ernstige, matige en milde variant. In 50% is de hemofilie sporadisch, dat wilt zeggen dat diegene de enige is in de familie die hemofilie heeft.

Hemofilie heeft de volgende ziektebeelden:

• Spontane bloedingen

• Geen stolling van het bloed/het bloed stopt niet met bloeden

• Onderhuidse bloedingen (met name op de knie)

• Gewrichtsbloedingen wat leidt tot schade van de gewrichten en veel pijn

De behandeling voor hemofilie is het toedienen van stollingsfactoren. Deze behandeling draagt ook risico’s met zich mee, er kunnen namelijk allergische reacties plaatsvinden, infecties kunnen ontstaan of het lichaam gaat antistoffen produceren.

Type A en B

Bij hemofilie type A heeft de patiënt onvoldoende stollingsfactor 8. Bij type B stollingsfactor 9. De reden dat type A veel vaker voorkomt, is het feit dat bij factor 8 26 exonen zijn betrokken en bij factor 9 slechts 8. Factor 9 is dus veel kleiner en zal minder vaak muteren dan factor 8.

Hemofilie kan al in een vroeg stadium van de zwangerschap aangetoond worden door middel van prenatale diagnostiek (vruchtwaterpunctie of vlokkentest).

PD Monogenetische ziekten 2 (6 december 2013)

X-linked adrenoleukodystrofie is een stofwisselingsziekte waarbij de myelineschede in de hersenen en ruggenmerg wordt afgebroken. Ook worden de bijnieren aangetast door deze ziekte. De bijnier is vaak beschadigd voordat de neurologische bijwerkingen gaan optreden, hierdoor is de patiënt vaak ziek. Dit komt doordat de bijnier immuunreacties dempt.

Adrenoleukodystrofie heeft de volgende ziektebeelden:

• Blindheid

• Doofheid

• Slikstoornis (hier overlijden de meeste patiënten aan)

• Hemochromatose (ijzer opstapeling)

Bij adrenoleukodystrofie kan dezelfde mutatie zich op verschillende manieren uiten. Wat het meest voorkomt is dat het aminozuur cystine wordt vervangen door trypsine. Hierdoor wordt het eiwit dat codeert voor het membraan peroxisoom, wat nodig is voor de afbraak van vetzuren niet aangemaakt. Hierdoor worden vetzuren niet/nauwelijks afgebroken.

X-linked adrenoleukodystrofie komt vaker voor bij mannen dan bij vrouwen. Dit komt doordat het een X-linked aandoening is. Bij vrouwen is namelijk 1 X chromosoom voor het grootste deel inactief (lyonisatie).

Vaak wordt bij adrenoleukodystrofie patiënten een beenmerg getransplanteerd. Hierbij moet eerst de beenmerg van de patiënt leeg worden gemaakt, dit gebeurt met een chemo. Een probleem wat bij een beenmergtransplantatie kan optreden is dat het immuunsysteem van de donor het lichaam van de patiënt aanvalt. Een oplossing voor dit probleem is van te voren te onderzoeken of de donor en de patiënt hetzelfde HLA hebben. HLA zit geclusterd in genen op chromosoom 6. De kans dat je als broer en zus hetzelfde HLA hebt is 25%.

Genetische associatie kan een positieve of een negatieve associatie hebben. Bij een positieve associatie komt de genetische marker frequenter voor bij patiënten. Bij een negatieve associatie komt de genetische marker minder vaak voor bij een patiënt.

HC Kansberekeningen (6 december 2013)

Als arts heb je later vaak met kansrekeningen te maken: hoe groot is de kans dat een ex-kanker patiënt over 5 jaar nog steeds gezond is? Hoe waarschijnlijk is de kans iemand met een positieve testuitslag echt ziek is?

Een proportie in een populatie noemt men een kans (P). Het begrip populatie kan heel divers zijn; de hele samenleving, kinderen van 5-6 jaar, 65+ etc. De relevante populatie moet daarom duidelijk zijn in de context.

Het is (meestal) onmogelijk om een hele populatie te bestuderen, daarom wordt er vaak gebruik gemaakt van een steekproef. Een steekproef is een willekeurige trekking uit de populatie. Bij een steekproef geldt de ‘Wet van grote aantallen’. Een grote steekproef geeft een meer reëel beeld van de werkelijke populatie dan een kleinere steekproef. Vervolgens wordt de uitslag van een steekproef met behulp van statistiek vergeleken met de populatie.

Een voorwaardelijke kans is de proportie in een deelpopulatie. Men kijkt hier bijvoorbeeld alleen naar patiënten met een positieve test uitslag die daadwerkelijk ziek was. Je berekent de voorwaardelijke kans doormiddel van de formule:

P(A/B) = aantal (A & B) / aantal (B)

Een andere notatie voor deze formule is:

P(A/B) = P(AB) / P(B)

Je moet goed opletten met deze formule, wanneer je namelijk A en B omwisselt krijg je een hele andere uitkomst, bijvoorbeeld: P(messi | voetballers) is heel klein, de kans is namelijk heel klein dat je Messi bent. De kant P(voetballers | messi) is heel groot namelijk 1, aangezien hij een voetballer is.

De regel van Bayes

Doormiddel van Bayes kan je uit P(A|B) P(B|A) berekenen. Volgens deze formule:

P(A|B) = P(B|A) P(A)   /    P(B|A) P(A) + P(B|niet A)P(niet A)

Wanneer je met een diagnostische test werkt kunnen er 2 fouten voorkomen: fout positieve en fout negatieve.

Hierbij wordt gekeken naar de specificiteit (terecht negatieve) en de sensitiviteit (terecht positieve). Wanneer beide waarden hoog zijn, heb je een goede test. Daarnaast wordt er gekeken naar de positief voorspellende waarde (de kans dat je met een positieve uitslag echt ziek bent) en de negatief voorspellende waarde (De kans dat je met een negatieve uitslag niet ziek bent). De positief en negatief voorspellende waarden zijn niet test gebonden, maar verschillen bij populaties. Hierdoor kan een test met een hoge specificiteit en een hoge sensitiviteit toch zorgen voor een lage positief voorspellende waarde.

De volgende formule ontstaat:

Positief voorspellende waarde = sensitiviteit x prevalentie / (sensitiviteit x prevalentie + (1-specitifiteit) x (1-prevalentie)

Wanneer je moeite hebt met het rekenen aan de hand van formules kun je ook een tabel maken.

Bij een numerieke waarneming ga je uit van een normaal verdeling. Veel gegevens bevatten een gemiddelde waarde en maxima en minima. De gemiddelde (μ) bepaalt het centrum van de grafiek  en de standaarddeviatie (sd) (σ) de spreiding. De kans op een bepaalde waarde is dan de oppervlakte onder de grafiek. Hiermee kan je oefenen in de e-learning (blackboard).

In een normaal verdeelde populatie ligt altijd 95% van de populatie tussen:  μ-2σ en   μ+2σ. Dit wordt de normaalwaarde/referentie waarde genoemd.

A en B zijn onafhankelijk van elkaar wanneer het voorkomen van A niet leidt tot een ander voorkomen van B. Wanneer A en B onafhankelijk zijn van elkaar mag je A en B met elkaar vermenigvuldigen. Dit zie je bijvoorbeeld terug in de Hardy Weinberg, waarbij de genen onafhankelijk zijn van elkaar en in families waarbij de allelen onafhankelijk zijn.

Sommige kansen gaan via tellingen, hoe groot is de kans op een blond kind in een gezien met 4 kinderen? Dit noem je dan een binomiale verdeling.

Collegeaantekeningen bij Thema III: DNA-replicatie, -transcriptie, -repair en –recombinatie

Hoorcollege DNA Replicatie en Transcriptie (11 december 2013)

DNA wordt omgezet in mRNA wordt omgezet in Eiwit

Het centrale dogma houdt in dat ons erfelijk materiaal gecodeerd wordt door het DNA, maar dat in onze cellen de meeste functies worden uitgevoerd door eiwitten en door RNA. Om van het DNA tot eiwitten te komen, wordt het DNA, waar de boodschap in gecodeerd ligt, afgelezen. Het mRNA zorgt er vervolgens voor dat er eiwitsynthese plaats kan vinden. Het omzetten van DNA naar RNA gebeurd door transcriptie (=overschrijving van nucleotiden) en de eiwitsynthese vindt plaats door translatie (=vertaling in aminozuren).

Nucleotiden
De bouwstenen van DNA en RNA zijn nucleotiden. Nucleotiden zijn opgebouwd uit drie componenten: een base, een ribose-molecuul en een fosfaatgroep. DNA en RNA verschillen in de hydroxylgroep die bij het RNA (ribonucleic acid) op het 2de C-atoom van het ribose-molecuul zit. Bij DNA (deoxyribonucleic acid) zit daar alleen een waterstofatoom. Het tweede verschil is dat bij RNA op elke plek van een Thymine een Uracil is ingebouwd. De basen zijn opgesplitst in twee soorten: purinen (adenine en guanine) en pyrimidinen (thymine, cytosine en uracil). De basen paren met de ‘andere soort’ A met T of U en G met C. Purines zijn opgebouwd uit twee ringen en zijn wat groter dan de pyrimidines die opgebouwd zijn uit een enkele ring.

Replicatie
DNA replicatie is het polymeriseren van de nucleotiden waardoor er een lange keten wordt aangemaakt. DNA wordt gesynthetiseerd in de 5` naar de 3` richting en gebeurd semiconservatief (de dubbele helix in de dochtercellen bestaat uit een oude en een nieuwe enkele helix). De 5’ naar een 3’ richting wordt zo genoemd omdat DNA wordt gesynthetiseerd vanaf de fosfaatgroepkant naar de hydroxylgroepkant van het 5de C-atoom naar het 3de C-atoom op het ribose molecuul.

Aan elke oude strand (enkele DNA streng) wordt een nieuwe strand gekoppeld die complementair is. Elke keer wordt de hydroxylgroep van de bestaande keten gekoppeld aan de (tri)fosfaatgroep van de nieuwe geïndiceerde nucleotide. De energie die nodig is om te polymeriseren zit in die trifosfaatgroep. De verbinding (3 waterstofbruggen) tussen het G-C basenpaar is sterker dan de verbinding (2 waterstofbruggen) tussen het A-T basenpaar. Er is dus meer energie nodig om het G-C basenparen te verbreken. Ons genoom is voornamelijk A-T rijk, dat heeft er waarschijnlijk te maken met dat het DNA dan gemakkelijker opengemaakt kan worden voor de replicatie.

Als het DNA wordt gerepliceerd door DNA polymerase wordt het door dat eiwit ook meteen gecontroleerd, dit heet proofreading. Dit zou niet mogelijk zijn als het DNA van 3’ naar 5’ werd gesynthetiseerd, omdat dan geen energie meer in de fosfaatgroep zit bij herstel.

DNA replicatie begint bij de ‘origin of replication’. Er is een veelvoud van deze ‘origins of replication’ verspreid over het genoom. Initiator eiwitten binden aan deze ‘origins of replication’ en openen de helix (helicase). Het single strand DNA kan vervolgens gebruikt worden voor DNA synthese. In het begin van de S-fase vind deze opening van de helix plaats. Dit gebeurt op ongeveer 10.000 plekken in het menselijk genoom. Bij het begin van de synthese wordt door primase een RNA primer geplaatst waaraan polymerase kan hechten en zo de streng kan verdubbelen. De leading strand heeft een continue doorlopende synthese terwijl de lagging strand in stukjes (okazaki fragmenten) gesynthetiseerd wordt. Hiervoor wordt steeds een RNA primer geplaatst waaraan vervolgens een stukje DNA wordt aangebouwd tot het de vorige RNA primer tegenkomt. Deze primer wordt dan verwijdert door een nulease (RNAse). Daarna wordt deze ruimte weer opgevuld door repair polymerase (wat bind aan het einde van het vorige okazaki fragment) tot het begin van het volgende okazaki fragment. Ligase lijmt de twee stukken vervolgens aan elkaar.

Topoisomerase is een eiwit dat ervoor zorgt dat de stress die ontstaat bij het ontwinden van het DNA tijdens replicatie weer wordt weggehaald. Topoisomerase maakt breuken in een DNA streng zodat de spanning eraf kan. Deze breuk wordt vervolgens weer aan elkaar gelijmd.

De sliding clamp is een ringvormige co-factor van DNA polymerase. De sliding clamp zit als ringstructuur om het DNA heen en houdt het DNA polymerase vast bij het DNA.

DNA polymertisatie in vitro = Polymerase chain reaction (PCR)

Het principe van PCR is van een klein specifiek stukje DNA heel veel maken. Het dubbelstrengs DNA wordt eerst ontwonden (94 graden). Vervolgens worden er specifieke DNA primers toegevoegd, die complementair zijn aan gebied waarin je geïnteresseerd bent. Vervolgens wordt de temperatuur optimaal gemaakt (55 graden) gemaakt, zodat alleen de primers kunnen binden aan het substraat (nucleotiden) en er geen andere bindingen ontstaan. Vervolgens worden er polymerases en nucleotiden toegevoegd en wordt de temperatuur op 72 graden gebracht. Nu kan het specifieke stukje dat je wilt bekijken gepolymeriseerd worden. Deze reactie kan worden herhaald en zo ontstaat er een exponentiele curve per cyclus van het aantal gepolymeriseerde fragmenten van het genoom.

Toepassing van PCR:

• Forensisch onderzoek

• Scheiden op grootte door middel van gelelectroforese (DNA – fingerprinting)

• Sequencing, de basenpaarvolgorde bepalen

• Prenatale diagnostiek (Klinefelter, syndroom van Bloom etc.)

• Detectie pathogenen

• Biomedisch onderzoek

Transcriptie
Transcriptie is de synthese van RNA door RNA polymerase. Het proces lijkt erg op replicatie alleen zijn de basen anders. Bij prokaryoten zijn er specifieke DNA volgordes die het RNA polymerase ‘vertellen’ waar de transcriptie moet beginnen (promotor) en stoppen (terminator). De sigma factor herkent deze plekken. Bij Eukaryoten zijn er ook factoren die aangeven waar transcriptie moet beginnen. De TATA box zorgt ervoor dat de transcriptiefactoren kunnen binden. Er zijn ook nog andere activatoreiwitten die de binding bevorderen of bemoeilijken. chromatine ‘remodeling’ complexes en histon modifying enzymes zorgen dat het DNA zo is opgerold dat het gen juist wel of niet kan worden afgelezen. Het DNA kan ook gemodificeerd worden door methylering van cytosine hierdoor worden grotere delen van het DNA geïnactiveerd en dit wordt ook doorgegeven na de deling.

Het ontstane pre-RNA moet nog afgemaakt worden. Aan een het 5’ uiteinde wordt een cap toegevoegd (additie 7-methylguanosine). De functie van de 5’ cap is bescherming en transport van het mRNA. RNA splicing zorgt ervoor dat de niet-coderdende gedeeltes (intronen) eruit worden geknipt en er alleen exonen overblijven. Tot slot treedt er polyadenilatie op aan het 3’ uiteinde (poly A-staart).

Alternatieve splicing (hierbij worden ook coderende exonen gespliced) zorgt ervoor dat er een variatie van eiwitten per gen kunnen worden gemaakt. Specifieke sequenties in introns geven aan waar er gespliced moet worden. Wanneer het RNA is afgemaakt kan het uit de celkern worden getransporteerd.

Hoorcollege Repair I en II (11 december 2013)

Het menselijk lichaam heeft 10¹⁴ cellen en er worden 10¹⁶ cellen omgezet in een leven. Het menselijk genoom heeft 6x10⁹ basenparen en dus 6x10²⁵ basenparen worden gekopieerd. Een celdeling kost 5 uur en er wordt minder dan 1 fout gemaakt. Zonder fouten in de deling is er geen evolutie. Dat is positief voor een soort, maar niet altijd voor een individu.

Mutatie: permanente verandering in het DNA die wordt doorgegeven aan dochterscellen of nageslacht.

Genoommutatie: het verliezen of verkrijgen van chromosomen.

Chromosoom mutatie: een translocatie (verplaatsing) of een inversie (omkering).

Genmutatie: een substitutie (verkeerd base paar), een insertie (extra base paren) of een deletie (verlies van base paren).

Stille mutatie: veroorzaakt geen verandering van aminozuur.

Missense mutatie: verandert aminozuur, dit kan positieve of negatieve of geen effect hebben op het eiwit.

Nonsense mutatie: een stopcodon wordt geplaatst, dit heeft meestal negatieve gevolgen op het eiwit.

Frameshift mutatie: een insertie of deletie verschuift het ‘frame’ alle aminozuren worden anders dit resulteert meestal in een voortijdig stopcodon en een niet functioneel eiwit.

Mutaties in niet coderend DNA kunnen ook ziektes veroorzaken, een fout in:

• promotor: meer of minder transcriptie van een eiwit

• regulator element: verstoort regulatie

• 5’UTR/3’UTR: beïnvloed de stabiliteit van het mRNA of de translatie

• splice recognition sequence: geen correcte splicing

Als de mutatie germ-line is geeft de persoon deze door aan zijn nageslacht hij heeft dan deze mutatie in alle cellen. Somatische mutaties treden pas na de bevruchting op, deze bevinden zich in een deel van de cellen en worden niet doorgegeven aan het nageslacht.

Oorzaken:

Tijdens replicatie worden de fouten in het DNA worden door proofreading verminderd van 1 op 10⁵ naar 1 op 10⁷. De mismatch repair haalt hier nog eens 99% van de fouten weg wat minder dan 1 op 10⁹ fouten maakt. Als mismatchrepair niet werkt krijg je sneller kanker, dit uit zich in de darmen omdat dat weefsel snel delend is. Dit is het Lynch syndroom.

De fouten kunnen ook worden veroorzaakt door beschadigingen: levensstijl, milieu, medische handelingen en voedsel hebben hier invloed op. UV-licht kan een binding tussen pyrimidines veroorzaken, waardoor deze niet meer goed herkend worden, Translesion synthesis polymerase (TLS) zet hier dan een willekeurige base tegenover.

Door chemische schade verlies je 10.000 basen per dag door:

• depurinatie: een purine (G of A) reageert met water en gaat daardoor los van de deoxyribose, je verliest deze base.

• deaminatie: C reageert met water en daardoor splitst een methylgroep af en veranderd de cytosine in uracil. Hierna wordt de verkeerde base ingebouwd.

Schade kan worden gerepareerd, een mutatie niet meer. Het is dus belangrijk om de schade te herstellen voor replicatie. Base excisie herstel: uracil wordt weggehaald, de suikerfosfaat binding wordt verbroken en ligase bouwt een nieuwe C in (complementair aan de A ertegenover). Zonder dit herstel is er geen leven mogelijk.

Nucleotide excisie herstel: C en T aan elkaar gebonden verstoren de helix, worden met een stuk eromheen weggeknipt uit het DNA, dan wordt dat weer aangevuld aan de hand van de informatie op de andere streng. Zonder dit herstel krijg je huidkanker.

Een andere ernstige vorm van schade is een breuk in beide DNA strengen. Dit kan worden gerepareerd door Non-homologous End Joining (NHEJ). Hierbij gaat er informatie verloren en krijg je een deletie en dus zeker mutaties. Een ingewikkeldere manier is: Homologous Recombination (HR). Hierbij wordt gebruikgemaakt van de zusterchromatiden of van homologe chromatiden. De strengen worden dan verlengt aan de hand van deze chromatiden omdat alle informatie dubbel in het DNA zit is dat mogelijk. Hierbij ontstaat er geen schade. Van dit proces wordt ook gebruik gemaakt bij cross-over tijdens de meiose. Er wordt dan een breuk gemaakt en deze wordt dan aan de andere homologe chromatide vast gemaakt, hierdoor wordt informatie uitgewisseld. Als twee stukken echter erg op elkaar lijken kan het worden gerepareerd aan de hand van het verkeerde stuk. Als er dan recombinatie optreedt veroorzaakt dat een inversie en een deletie. Dit is bij grote stukken niet levensvatbaar en bij kleine stukken kan het ziekte veroorzaken.

PD Familiaire tumoren (11 december 2013)

Mevrouw op haar 21 darmkanker geconstateerd en zeer veel poliepen. Eerst is het stuk met de tumor verwijderd, later haar hele dikke darm. Nu moet ze nog regelmatig op controle en moet ze haar eetgedrag aanpassen, licht verteerbaar en overgevoelig voor bepaald voedsel, verder moet ze moeite doen om op gewicht te blijven. Ze heeft het MAP een recessief overerfbare aandoening. Haar ouders zijn beide drager.

Het MUTYH-gen is hierbij aangedaan en dit heeft tot gevolg dat het mismatch repair systeem niet meer werkt hierdoor komen er veel meer mutaties in de cellen en dat veroorzaakt kanker in sneldelende weefsels zoals de darmen, de baarmoeder en de eierstokken. Bij deze ziekte krijg je periodieke controles, eens in de 2 jaar een colonoscopie en elke 1 tot 5 jaar een gastroduodenoscopie (maag en twaalfvingerige darm). Als de dikke darm wordt verwijderd kan er een pouch worden gemaakt uit wat lussen van de dunne darm die de endeldarm vervangt. MUTYH-gen is een autosomaal recessieve overerving op chromosoom 1 en het is een fout in het base excision repair. De tumor is slijmrijk en vol ontstekingscellen. Je hebt een betere overlevingskans door aanpassingen dan bij normale kanker.

Lynch syndroom (HNPCC) kan naast darmkanker ook kanker in het endometrium, ovarium en de urinewegen geven. Hier is één van de vier mismatch repair eiwitten gemuteerd en werkt het systeem daardoor niet meer. Dit veroorzaakt microsatelliet instabiliteit (MSI) repeterende groepen worden dan niet goed overgeschreven en zo worden het minder of meer herhalingen.

Bij deze ziekte krijg je vanaf 25 jaar elke 2 jaar een colonoscopie. Ook wordt op de baarmoeder gelet. Deze ziekte is dominant.

Collegeaantekeningen: Deel 3

HC Translatie

Transcriptie betreft de overschrijving van DNA naar mRNA, dit is beide in nucleotides. Vervolgens wordt bij translatie het messengerRNA (mRNA), omgezet in aminozuren. Omdat mRNA en de aminozuren geschreven zijn in een ‘verschillende taal’ is er een tolk nodig: transferRNA (tRNA), die het mRNA vertaalt naar aminozuren. Specifieke enzymen koppelen het aminozuur aan het correcte tRNA, de aminoacyl-tRNA synthetases.

Het mRNA codeert voor eiwitten in tripletten, 1 triplet wordt een codon genoemd en bevat 3 nucleotiden. Deze 64 verschillende mogelijke codons coderen weer voor 20 verschillende aminozuren. Er zijn dus meerdere codons die voor hetzelfde aminozuur coderen. Ook zijn er twee verschillende tripletten die aan AUG binden, één om te beginnen en één voor als het verderop in de keten nodig is. Omdat de codering in tripletten is, kan de mRNA streng op verschillende manieren worden afgelezen. Er zijn dus drie verschillende leesramen (open reading frames). Waar wordt begonnen met lezen wordt bepaald door het startcodon AUG, vanaf hier wordt er met tripletten geteld. De eerste AUG (aan de meest 5’ kant) bepaalt dus het leesraam.

De transferDNA’s zetten het mRNA om in aminozuren, ze doen dit samen met de ribosomen. Ribosomen hebben drie bindingsplekken de A-site (aminoacyl tRNA) de P-site (pepidyl tRNA) en de E-site (empty tRNA).

Allereerst gaat het initiator tRNA (met het aminozuur methionine eraan op de P-site) opzoek samen met het kleine deel van het ribosoom naar de eerste AUG van de 5’ kant mRNA streng. Als deze gevonden is, bindt vervolgens ook het grote deel van het ribosoom aan het stukje tRNA en ribosoom. Vervolgens wordt het volgende aminozuur gebonden op de A-site en vormt een peptidebinding tussen het eerste en het tweede aminozuur. Het eerste aminozuur koppelt dan los van het tRNA. Het grote deel en het kleine deel van het ribosoom schuiven dan op, zodat het lege tRNA op de E-site komt. Het tRNA met de polypeptideketen eraan komt dan op de P-site. Vervolgens komt er een nieuw aminoacyl tRNA op de A-site en laat het lege tRNA op de E-site los. De translatie begint dus altijd met de initiator! De eiwitsynthese (elongatie) gaat verder vanaf hier. Er komt steeds en nieuw stukje tRNA bij, het aminozuur vormt een peptidebinding met die ernaast en het grote stuk ribosoom schuift op. Het einde van de eiwitsynthese in eukaryoten (terminatie) wordt gegeven door de stopcodons UAA, UAG of UGA. Er wordt een loslatende factor gebonden en de translatie stopt. De initiator zoekt alleen de eerste AUG dus bij een AUG verderop in het mRNA wordt geen nieuwe keten gevormd. Bij prokaryoten blijft het onderste, kleine deel van het ribosoom wel gebonden. Daar wordt bij een tweede startcodon wel een nieuwe keten gevormd. Het begin is bij prokaryoten ook anders. Er is ook een bindingssequentie nodig in de buurt van een AUG waaraan de ribosoom bindt. Dit hoeft dus niet de eerste AUG te zijn die voorkomt in het tRNA.

Cytoplasmatische eiwitten worden gesynthetiseerd in polyribosomen of polysomen. Dat wil zeggen dat een heleboel ribosomen tegelijk achter elkaar het mRNA aflezen.

Eiwitten hebben vaak binding van een cofactor nodig en/of modificaties van aminozuren voor volledige functionaliteit. Vouwingen, fosforylering of glycosylering zijn voorbeelden van post translationele modificaties (veranderingen die na de translering plaatsvinden). Co-translationele modificaties vinden al plaats tijdens de translatie, die gebeurt in prokaryoten.

Uiteindelijk vindt er eiwitafbraak plaats, dit is vaak via ubiquitine-afhankelijke, proteasomale afbraak. Ubiquitine bindt aan een eiwit, en dit worden er steeds meer tot het een echte keten is. Dan wordt het eiwit door een proteasome in stukken van 8 tot 10 aminozuren gehakt. De ubiquitine wordt gerecycled door DUBs voor het volgende eiwit. De ubiquitine reguleert zo de hoeveelheid eiwit in een cel. Dit is afhankelijk van een heleboel factoren. De resten van de eiwitten binden in het endoplasmatisch reticulum aan MHC eiwitten (HLA). Deze tonen de resten aan de buitenkant van de cel. Zo kunnen T-lymfocyten zien welke eiwitten in de cel zitten en of deze cel dus een virus bevat.

HC Structuur en functie van eiwitten

Eiwitten worden gesynthetiseerd van the aminoterminus naar de carboxyterminus. De aminozuurvolgorde wordt altijd van N-term naar C-term weergegeven.

De aminozuursamenstelling (zie ook pagina 122 in Alberts)
- N-term (NH2)
- C-term (COOH)
- Zijketen
- Peptidebinding (polypeptide): De peptide binding is een relatief starre binding. Dit is ook de ‘ruggengraat van de keten’.

De primaire structuur in een eiwit is de aminozuurvolgorde. De restgroepen bepalen welk aminozuur het is. Je hoeft niet de structuur van elk aminozuur te weten. Wel moet je weten dat:

• Positief geladen: Arg(inine), Lys(ine) en His(tidine)

• Negatief geladen: Asp(artine zuur) en Glu(tamine zuur)

• Cys(teine) heeft een -SH groep, een zwavelbrug is dus mogelijk.

• Met(hionine) is het begin van ieder eiwit.

• Ser(ine), Thr(eonine) en Tyr(osine) hebben een hydroxylgroep en kunnen dus veel post translationele modificaties krijgen, fosforylering.

Ook moet je polair (hydrofyl) en niet-polair (hydrofoob) kunnen herkennen. 

De secundaire structuur is het geheel van alfa-helices en beta-sheets.

De alfa helices worden gevormd door waterstofbruggen tussen moleculen in de ruggengraat van de keten. Dit vormt een helix. Beta-sheets zijn ook waterstofbruggen tussen deze moleculen maar dan van delen van het eiwit die veel verder van elkaar zitten. Zijgroepen van de aminozuren kunnen deze structuren verbreken.

Anti-parallele beta-sheet:
start --->---->---->----> beta turn
beta turn <----<----<-----<-----
---->---->----->---->---->end
Parallele beta-sheet:
start --->---->---->----> beta turn
---->---->----->---->---->beta turn
---->---->----->---->---->end

De tertiaire structuur (kristal of 3D structuur) omvat de ruimtelijke structuur van een eiwitketen. Hierbij zit ook de heemgroep (de plaats waar zuurstof gebonden kan worden).

De quaternaire structuur omvat de ruimtelijke structuur van een gedefinieerd complex van meerdere eiwitketens samen. Myoglobine heeft geen quaternaire structuur omdat dit eiwit maar uit één aminozuurketen bestaat.

Hemoglobine is een voorbeeld van een eiwitcomplex, dit bestaat uit vier eiwitketens, en bevat ook vier heemgroepen en dus vier bindingsplekken voor zuurstof. Als één van de plekken gebonden is aan zuurstof vervormen de naastliggende plekken zodat ze eerder zuurstof willen opnemen. Myoglobine heeft zo’n effect niet.

De meeste eiwitten nemen dezelfde vorm weer terug aan als je de bindingen zou verbreken en opnieuw zou laten vormen. Dit heet denatureren en gebeurt met ureum.

De onderstaande verbindingen zorgen ervoor dat een eiwit zijn structuur krijgt:

• H-bruggen (waterstofbruggen tussen O en H)

• Van der Waals bindingen (hydrofobe groepen CH₃ trekken naar elkaar toe)

• Elektrostatische aantrekkingen (geladen groepen trekken naar elkaar toe)

• Zwavelbruggen (buiten de cel)

Keratine heeft een alfa helices en bevat veel cysteine en daarmee veel zwavelbruggen.

Collageen zijn 3 eiwitketens om elkaar heen gewikkeld als een helix (alfa helices) en bevat veel glycine proline en hydroxyproline (gehydroxileerd proline). Daardoor is het erg stevig.

Zijde heeft beta-sheets. Het bevat veel glycine en alanine zodat het strak tegen elkaar ligt.

Proteasomen die eiwitten afbreken geven de peptideresten aan MHC eiwitten in het endoplasmatisch reticulum. Het gaat door het golgi naar het celmembraan en toont de resten daar aan de T-lymfocyten. Wanneer je als virus niet gezien wilt worden moet je zorgen dat dit niet gebeurt. Daarvoor zijn twee mogelijkheden. Het eiwit EBV-EBNA-1 GAr wat de ziekte van Pfeiffer veroorzaakt heeft een vorm die het proteasome niet in kan. Hierdoor kan het niet afgebroken worden. Er zijn dus ook geen resten van aan de buitenkant te zien. Het CMV-US2 eiwit zorgt dat de MHC eiwitten niet meer naar het celmembraan gaan. Hierdoor kan de buitenwereld de resten niet zien. Deze trucs van virussen kan men gebruiken bij onderzoek.

Patiëntdemonstratie maandag 16 december

Deze patiëndemonstratie stond in het teken van VCFS. Bij patiënten met VCFS ontbreekt er een stukje op een van de twee chromosomen 22; deletie 22q11. Enkele symptomen zijn:

• Psychische problemen

• Afwijkend uiterlijk, kleine oren, kleine oogspleet, lang aangezicht

• Lichamelijke beperkingen

• Open gehemelte (Shprintzen)

• Laat met ontwikkeling

• Hartafwijking

• Immuunproblemen (Di George)

• laag calciumgehalte

De deletie kan erg duidelijk tot expressie komen, maar het kan ook nauwelijks te merken zijn. Op chromosoom 22 zitten veel repeterende stukken die grote overeenkomst hebben. Dit is in nog wel meer chromosomen het geval. Tijdens de meiose vindt er recombinatie plaats. Als deze fout gaat, doordat de chromatiden verschoven tegen elkaar aan gaan liggen kan er een stuk wegraken of zou er bij de andere een stuk bij kunnen komen. Zo kan dus deze deletie ontstaan. De deletie is op te sporen met de FISH techniek. Met een gelabelde probe kan je dan aantonen dat het stukje maar één keer in het DNA zit in plaats van twee keer. Behalve een geslachtscel met een deletie ontstaat hierbij ook een geslachtscel met een duplicatie met dit deel. De deletie kan ook nog plaatsvinden door een ringvorming waarbij het chromosoom recombineert met zichzelf. Een bisattellited chromosoom ontstaat als een inversie plaatsvindt. Hierbij komen dan in één chormosoom twee centromeren.

Bij het cat eye syndrome heeft iemand een klein extra chromosoom 22 dit geeft milde afwijkingen, maar is niet zo erg als VCFS. Het voornaamste kenmerk is de coloboom iris

Als je zelf drager bent, heb je 50% kans om het door te geven. Als het de eerste keer is dat deze deletie voorkomt in een gezin, is de kans gering dat het nogmaals voorkomt.

In het tweede uur spraken we met een andere patiënt. We spraken met de ouders van een peuter met VCFS. Ze werd zwanger op haar 35^e. Ze had een prenatale screening laten doen, maar alles leek goed te zijn.

Na de 20 weken echo bleek er sprake te zijn van de tetralogie van Fallot, dit zijn 4 afwijkingen van het hart in één.

• De aorta is naar rechts verschoven

• Er is sprake van VSD, dit zijn openingen in het septum tussen de kamer

• Er is een vernauwing van de ingang van de longslagaders

• Verdikking van de wand in de rechterkamer, omdat deze harder moet werken door de vernauwing.

Vaak is er bij de tetralogie van Fallot, sprake van een chromosoomafwijking. Er werd gedacht aan VCFS. VCFS heeft echter erg veel symptomen (190), dus het achterhalen hiervan is erg lastig. VCFS geeft dus een erg variabel beeld. Beide ouders hadden geen VCFS, maar bij het kindje bleek dit wel zo te zijn. Er had dus een deletie plaatsgevonden.

Na de geboorte is het hartje geopereerd en die functioneert nu weer naar behoren. Dit was nodig omdat er anders zuurstof tekort zou optreden. Binnenkort krijgt hij een catheterisatie om de longslagaders te verwijden met een dotterbehandeling en een stand als dat nodig is.

PD Hemoglobine en hemoglobinopathie

De aanmaak van (rode) bloedcellen (erythropocieten) wordt erythropoiese genoemd. Erythropoiese vindt constant plaats in het beenmerg. Tijdens de rijping wordt hemoglobine gemaakt en verdwijnt de celkern.

Het hemoglobine- molecuul zorgt voor zuurstof (O₂) transport in het lichaam. Hemoglobine bestaat uit 2 alfa- en 2 beta-globine ketens. Ze kunnen door middel van vier heemgroepen vier zuurstof moleculen binden. Er zijn drie genen die coderen voor deze globine ketens. Twee die coderen voor alfa-globine (op 16p) en één die codeert voor beta-globine (op 11p). De hoeveelheid die van alfa- en beta-globine wordt gemaakt is wel gelijk. In het gencluster waarin ze liggen, liggen ook andere genen. Pseudogenen zijn door mutaties inactief. De andere genen worden in en uitgeschakeld om de verschillende soorten hemoglobine te reguleren, de hemoglobine switch (locus control region regelen dit).

Zeta-globine komt to expressie in een vroeg embryonaal stadium. Het vormt hemoglobine Gower I en II en hemoglobine Portland. Zeta en epsilon expressie neemt af in de foetale periode.Hemoglobine F (HbF) wordt daarna gemaakt door expressie van gamma en de alfa-globines. In de volwassen levensfase is het hemoglobine molecuul HbA geworden. Dit wordt gevormd door de alfa en beta-globines. Ook is er een klein beetje HbA₂ wat gevormd wordt door alfa en delta-globines.
embryonaal (Hb Gower I,II, Hb Portland) > foetaal (HbF) > adult (HbA)

Na geboorte heeft het kind behoefte aan een lagere Hb affiniteit. HbF heeft een heel hoge affiniteit en de concentratie hiervan gaat afnemen en de concentratie van HbA gaat toenemen. Door middel van de HPLC (high pressure liquid chromatography) scheidingsmethode kun je de verhouding tussen de soorten hemoglobine weergeven. De verschillende soorten hechten namelijk niet even goed. De zwak gebonden verschijnen als eerste op de grafiek in de vorm van pieken. De goed gebonden als laatste. Hoe groter de piek hoe hoger de concentratie. Een volwassene behoort 97-98% HbA en 2-3% HbA2 te hebben. Een normale neonaat heeft 80% HbF en 20% HbA en nog geen detecteerbaar HbA2. Omdat de neonaten nog een andere hemoglobine samenstelling hebben, hebben ze dan ook nog geen effect van de ziekte. De ziekteverschijnselen komen pas na zes maanden.

De meest voorkomende hemoglobinopathieën (HbP) zijn sikkelcelziekte en thalassemie. Het zijn beide autosomaal recessieve aandoeningen veroorzaakt door mutaties op de globine genen. 5% van de wereldbevolking is drager, dit is bijzonder hoog. Het komt omdat het dragerschap een bescherming geeft tegen malaria tropica. Door migraties komt het nu over heel de wereld voor.

Een HbP kan twee verschillende oorzaken hebben:

• structuurdefect: veroorzaakt een afwijkende vorm van Hb, bijvoorbeeld sikkelcelziekte

• expressiedefect: thalassemiën bijvoorbeeld beta-Thalassemie Major

Bij een anemie (bloedarmoede) is er sprake van:

• een te laag hemoglobine gehalte

• een probleem bij de aanmaak van rode bloedcellen (erythropoiese) (door een tekort aan ijzer of een andere bouwsteen)

Bij thalassemie is er sprake van:

• een te laag hemoglobine gehalte

• versnelde afbraak van de rode bloedcellen

• probleem bij de aanmaak (erythropoiese)

Hierdoor krijg je erythropoietische stress. De behandeling (chronische hemolyse) veroorzaakt ijzerstapeling in de platte beenderen, gladspierweefsel, hartspieren en de lever, ook is er miltvergroting.

Bij ernstige hemolytische anemie krijg je bloedtransfusie of chelatie-therapie (om ijzerstapeling te verminderen). Hydroxy ureum kan hierbij ook helpen (zie sikkelcelziekte) maar werkt lang niet bij iedereen. Een permanente oplossing is een beenmerg transplantatie, maar daarvoor moet wel een geschikte match zijn. Drager hebben heel lichte anemie, maar ze zijn niet ziek.

Bij sikkelcelziekte is er sprake van:

• meestal een normaal hemoglobine gehalte (dus geen anemie!)

• versnelde afbraak van de rode bloedcellen alleen bij crisis (wordt veroorzaakt door te veel beweging)

• geen probleem bij de aanmaak

Crisis veroorzaakt ernstige hemolytische anemie (snellere afbraak dan aanmaak). De pijn en schade komt door verstopping van de haarvaten wat necrose veroorzaakt. Dit veroorzaakt veel pijn die chronisch is en wordt bestreden met morfine. De hemoglobine zit normaal los in de rode bloedcel. Bij sikkelcelziekte vormt de hemoglobine bij een lage zuurstofspanning een vast vezel. Deze kunnen de vaten verstoppen. Dragers zijn niet ziek en hebben geen anemie.

De behandeling is met hydroxy ureum dit verhoogd het HbF wat meer zuurstof kan opnemen. Een andere permanente oplossing is een beenmergtransplantatie dan is er alleen wel een match nodig.

Mutaties in het beta-globine gen kunnen leiden tot:
- Structuurdefect: afwijkend Hb, vb. sikkelcelziekte Er zijn meer dan 600 verschillende soorten Hb.
- Expressiedefect: thalassemie, er wordt minder tot geen eiwit gevormd. Hiervan zijn meer dan 200 verschillende mutaties.

Allel heterogeniteit: verschillende mutante allelen van hetzelfde locus kunnen een ander fenotype geven.
Locus heterogeniteit: mutaties in 2 of meerdere verschillende loci kunnen identiek fenotype veroorzaken.

De overerving is recessief. Omdat er echter zoveel verschillende mogelijke mutaties zijn wordt het ingewikkelder. Als je van 1 van je ouders het HbS (hemoglobine met sikkelcelziekte) gen krijgt en van je andere ouder het gezonde gen ben je gezond.

Heb je van beide ouder het HbS gen, dan heb je sikkelcelziekte. Heb je van één van je ouders het HbS gen en van de andere ouder het beta-thalassemiegen dan heb je ook sikkelcelziekte. Het gezonde gen wordt dan niet meer aangemaakt door de thalassemie. Heb je van één ouder het HbS gen en van een andere ouder een ander structuurdefect (bijvoorbeeld HbC of HbD) dan heb je ook sikkelcelziekte.

Met de HPLC techniek kan je dragerschap herkennen. Bij thalassemie is de HbA2 verhoogd omdat de alfa-globineketens dan aan delta-globineketens binden omdat er minder beta-globineketens zijn. Bij afwijkende hemoglobines ontstaan er pieken op andere plekken.

Bij sikkelcelziekte vormen de hemoglobine eiwitten in de rode bloedcellen bij een lage zuurstofspanning (deoxygenatie) een fiber. Hierdoor wordt de cel massief en kan afsluitingen van de haarvaten veroorzaken. Dit veroorzaakt necrose en veel pijn.

Bij Beta-thalassemie kan het zijn dat de cap-site niet herkend wordt en dat daardoor het mRNA niet wordt afgelezen (initiatie transcriptie). Ook kan het zijn dat het begin codon gemuteerd is en daardoor niet herkend wordt (initiatie translatie). Er kan een fout zitten bij de transcriptie van het begin van het mRNA dan is er wel wat expressie maar niet alle. Bij de RNA processing kunnen fouten plaatsvinden met de splicing. Er kan minder uit worden gespliced, of juist meer wat het eiwit verkort of verlengt soms in combinatie met een frameshift. Meestal veroorzaakt een frameshift een vervroegd stopcodon (nonsense). Ook kan de poly-A-staart gemuteerd zijn waardoor er geen mRNA wordt gevormd wat uit de celkern kan. Als er een fout zit in de regulerende elementen van het gencluster, worden al deze genen niet afgelezen. Hierdoor ontstaat er een disbalans tussen de verschillende peptideketens. De gemuteerde genen die niet tot uiting komen worden afgebroken.

Deze afwijkingen kunnen met de hielprikscreening worden ontdekt. Hierbij kan ook dragerschap worden ontdekt. Dan kunnen de ouders worden gescreend. Beter is het om bij risico groepen vooraf al te screenen zodat ze beter inzicht hebben op de situatie.

Collegeaantekeningen: Deel 4

Thema V

HC-12: Glucosemetabolisme en Enzymologie, 06-01-2014

Katabolisme is het afbreken van stoffen (dissimilatie) en anabolisme is het opbouwen van stoffen (assimilatie).

De oxidatie van de monosacharide glucose levert energie.

C6H12O6 + 6 O2 wordt  6 CO2 + 6 H2O + ATP

In deze reactie wordt glucose geoxideerd. De energie die vrijkomt bij de oxidatie van glucose kan voor verschillende processen in het lichaam worden gebruikt. Glucose wordt geoxideerd in kleine stapjes door middel van carrier moleculen om alle energie zo efficiënt mogelijk op te kunnen slaan. Zou het in één stap gebeuren, dan zou heel veel energie verloren gaan in warmte en zou de cel stuk gaan. Ook is daar een grote activeringsenergie voor nodig. Voor de kleinere stapjes is een kleinere activeringsenergie nodig.

Enzymen beïnvloeden de activeringsenergie. Ze verlagen deze, zodat de reactie sneller kan plaatsvinden en er is minder energie nodig om de reactie te laten starten. Enzymen hebben dus een katalytische werking. Het enzym bindt aan het substraat zodat het enzymsubstraatcomplex ontstaat. Dit katalyseert naar het enzymproductcomplex en dan laat het product los. Het enzym kan opnieuw worden gebruikt.

Enkele enzymen:

Hydrolase katalyseert hydrolytische reactie (splitsing van molecuul, door toevoeging van water)

Protease breekt eiwitten af door de hydrolysatie van peptidebindingen te katalyseren.

Polymerase katalyseert polymerisatie reacties zoals de synthese van RNA en DNA.

Kinase katalyseert de toevoeging van fosfaatgroepen aan moleculen

Fosfatase katalyseert het hydrolytische verwijderen van een fosfaatgroep. Het heeft dus een tegengestelde werking van kinase.

Oxido-reductase (oxidases, reductases, and dehydrogenases) katalyseert reacties waarin een molecuul wordt geoxideerd en een ander molecuul gereduceerd. Dit zijn dus redoxreacties.

Het berekenen van de omzetsnelheid

V= Vmax * (substraatconcentratie/(Km + substraatconcentratie))

De Vmax is de maximale omzettingssnelheid. Dit hangt af van het turnovergetal (efficiëntie, aantal omzettingen per seconde, veel variërend) en de hoeveelheid van het enzym. De Km is de substraatconcentratie als het enzym op de helft van zijn maximale snelheid is. Een grafiek zal altijd een verticale asymptoot hebben. Enzymen zullen op een gegeven moment hun maximale capaciteit bereikt hebben. Tot het Km is de lijn ongeveer lineair.

Competetieve enzymremmer

De inhibitor bindt aan het enzym op de actieve bindingsplaats. Er ontstaat een complex met de inhibitor en het enzym. Hierdoor kan het substraat niet meer binden en wordt de reactie geremd. Dit is reversibel, bij een hoge concentratie van het substraat laat hij weer los. De Km waarde is groter.

Geactiveerde drager moleculen

• Hoog energetisch fosfaat in de vorm van ATP. De energie die van eten of van zonlicht komt, zorgt ervoor dat een derde fosfaat groep bindt aan ADP. Zo krijg je ATP. Deze laatste fosforester binding bevat veel energie, die vrijgemaakt kan worden zodra deze derde fosfaat groep loslaat. De maximale vrije energie, die kan worden onttrokken aan zo’n reactie verschilt per soort fosfaatbinding.

• Elektronen dragers: NADH/NAD+ en FADH2/FAD. De energieoverdracht gaat hier via redoxreacties. NAD+   +   H+   +   2e-  wordt NADH. Zo geldt dit ook voor FAD, die twee postieve waterstofionen opneemt. De elektronen worden zo opgeslagen voor later gebruik.

• Acetyldrager: Co-enzym A. Deze bestaat uit een nucleotide (ribose en adenine), een lange koolstofstaart. Als acetyl heeft gebonden, dan zit deze aan het einde van de koolstofstaart. Dit is een energierijke binding (zwavel). Acetyl-CoA heeft een belangrijke rol in: vetzuursynthese, aminozuursynthese, beta-oxidatie (hierin worden vetzuren afgebroken tot acetyl-CoA), citroenzuurcyclus.

Katabolisme van glucose

1. Glycolyse. Bij de glycolyse wordt glucose omgezet in 2 pyruvaat en water. Eerst wordt energie geïnvesteerd, maar netto komen hierbij 2 ATP en 2NADH moleculen vrij. Belangrijk is dat er geen zuurstof wordt gebruikt en de reactie dus anaeroob is. Het vindt plaats in het cytoplasma.

2. Pyruvaat dehydrogenase. Deze reactie vindt plaats tussen de glycolyse en de citroenzuurcyclus. Pyruvaat gaat via een transport eiwit van het cytoplasma naar het matrix van een mitochondriën. Naar het binnenste membraan die oppervlaktevergroting bereikt door instulpingen. De acetylgroep van pyruvaat wordt gekoppeld aan Co-enzym A. CO2 komt vrij en NAD+ wordt omgezet in NADH. Dit wordt gedaan door een eiwit bestaande uit 3 verschillende soorten moleculen iedere soort doet 1 stap.

3. Citroenzuurcyclus. Dit vindt ook plaats in het matrix. Eerst wordt acetyl-CoA (met 2 c-atomen) omgezet in citroenzuur (met 6 c-atomen) door toevoeging van oxaloacetaat. Vervolgens wordt er in kleine stapjes energie onttrokken. Acetyl-CoA + 3NAD + FAD + GDP + Pi   2 CO2 +CoA-SH + 3NADH + 3 H + FADH2 + GTP. GTP kun je gelijktrekken aan ATP. Je begint dus met acetyl-CoA, dit wordt citroenzuur en je eindigt met oxaloacetaat. Oxaloacetaat wordt vervolgens weer opnieuw gebruikt in een nieuwe cyclus.

4. Oxidatieve fosforylering. Dit vindt plaats in het binnenste membraan van de mitochondriën. Het belangrijkste van deze reactie is het creëren van energierijke verbindingen in  ATP. NADH en FADH2 zijn geladen met elektronen, nadat deze zijn gevormd gaan deze lopen langs de elektronentransport keten in het membraan. Hier staan ze de H+ ionen af. Op deze manier wordt ook weer NAD geregenereerd die weer gebruikt moet worden in een volgende cyclus. Deze H+ ionen gaan door het membraan heen door de energie die vrijkomt bij het afstaan van de ionen. Hierdoor ontstaat een hoog H+ gradiënt buiten het membraan. Dit kan worden gebruikt voor de fosforylering van ADP naar ATP. Het wordt gebruikt door het enzym ATP synthase.  H+ gaat door het kanaal van ATP synthase en aan het einde van dit kanaal binden de ionen aan zuurstof om water te vormen. Hierbij wordt ADP omgevormd naar ATP. De oxidatie van NADH geeft 2,5 ATP en de die van FADH2 1,5 ATP.

Alle bovenstaande  processen bij elkaar leveren per cyclus tussen de 30 en de 32 ATP.

• Anaerobe glycolyse. Dit vindt ook plaats in het cytoplasma. Hierbij wordt glucose omgezet in pyruvaat waarbij 2ATP en 2NADH wordt gevormd. Vervolgens wordt het pyruvaat omgezet in melkzuur (lactate), hierbij wordt de NADH weer gebruikt. Per glucose molecuul komen worden er dus 2ATP moleculen gevormd. Dit alles vindt plaats in de afwezigheid van zuurstof. De citroenzuurcyclus en de oxidatieve fosforylering vind niet plaats. De vorming van melkzuur zorgt voor regeneratie van NAD+. Hoge concentraties van melkzuur kunnen zorgen voor spierpijn en in hogere concentraties voor verlaging van de pH in het bloed (lactate acidosis).

Opslag van glucose

Glucose kan in de lever worden opgeslagen als de polysaccharide glycogeen. Hexokinase  in de spieren en glucokinase in de lever kunnen glucose ombouwen tot glucose-6-fosfaat. Glucose-6-fosfatase kan in de lever ook weer omgezet worden in glucose. Glucose-6-fosfaat wordt via mutase omgezet in glucose-1-fosfaat, dit wordt uiteindelijk glycogeen. De vorming van glycogeen kost energie. Dit proces is niet volledig omkeerbaar en dus worden in afbraak van glycogeen bepaalde stappen overgeslagen via bypass reacties. Drie stappen verschillen in het proces en dit zorgt ervoor dat het gluconeogenesis meer energie kost. Glycogeen ligt opgeslagen in het cytoplasma.

De lever zorgt er ten alle tijden voor dat de glycolyse en de gluconeogenese (vormen van glucose uit puruvaat of lactate) in balans zijn. Deze cyclus wordt de cori cyclus genoemd. Zo is melkzuur en glucose in balans. De lever is het enige orgaan wat ook weer glucose afgeeft aan het bloed, dit maakt hem altruïstisch.

Glycolyse

Glucose + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi   2 Pyruvaat + 2 NADH + 4 H+ 2ATP + 2 H20

Gluconeogenese

2 Pyruvaat + 2 NADH + 4 H+ 4 ATP + 2 GTP + 6 H20  Glucose + 2 NAD+ 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi

Totaal:  2 ATP + 2 GTP + 4 H20  2 GDP + 2 ADP + 4 Pi

HC-13: Vetmetabolisme, 06-01-2014

Een vet bestaat uit een triglycerol en daaraan met een esterbinding drie vetzuren. Het molecuul is apolair en deze moleculen trekken naar elkaar tot een druppel. Vetzuur synthese (anabolisme): vetzuren worden gevormd uit citraat (uit de citroenzuurcyclus) dat via acetyl CoA en malonyl CoA wordt omgezet in vetzuren. Katabolisme: triglycerol en 3 watermoleculen worden glycerol en 3 vetzuren.

De Beta oxidatie cyclus levert veel energie op (NADH en FADH2). De vetzuren worden omgezet in acetyl CoA en dit gaat de citroenzuurcyclus in. Dit levert meer energie dan glucose. Vetzuur oxidatie: palmitate + 7 NAD+ + 7 FAD + 8 CoA + 7 H2O + ATP -> 8 acetyl-CoA + 7 NADH + 7 FADH2 + AMP + 2 Pi + 7 H+

Volledige oxidatie geeft:

palmitate + 23 O2 + 106 ADP + 106 Pi -> 16 CO2 + 106 ATP + 122 H2O

Bij een teveel aan acetyl-CoA worden keton bodies gevormd. Twee acetyl-CoA vormen een acetoacetyl CoA die kan worden omgevormd tot acetoacetate. Op zijn beurt vormt dit aceton en beta hydroxybutyrine zuur. Aceton adem je uit, bij een grote hoeveelheid kan je dit ruiken. De andere stoffen zijn zuur en verlagen bij hoge hoeveelheden de bloed pH, dit veroorzaakt ketoacidosis. Dit kan coma en dood veroorzaken. De keton bodies zijn verder een energiebron voor het hart en de hersenen. Vorming hiervan ontstaat als men langdurig niet eet en bij diabetes.

PD-05: Monogenetische diabetes, 06-01-2014

Diabetes type I: jonge leeftijd last, levenslang insuline (4x per dag spuiten)

Diabetes type II: grotere groep overgewicht en lichaamsbeweging hebben invloed

Metabolisme: De pancreas geeft insuline af met de betacellen in de eilandjes van Langerhans. Dit is 1-2% van de pancreas (verspreid) de rest produceert spijsverteringsenzymen.

Insuline stimuleert de opname van glucose in alle lichaamscellen. Als de suikerspiegel is gedaald remt de lever de insuline, zo wordt het tussen nauwe grenzen gehouden. De 2000 insuline producerende cellen hebben glucosetransporter eiwitten op het membraan. Een hoge glucose concentratie stimuleert de secretie van insuline. Bij diabetes wordt dit nagebootst (3-4 keer per dag) door de bloedsuiker te meten en insuline te spuiten maar dit is lang niet zo goed als constant, wat het lichaam doet. De lever  geeft bij een te lage concentratie glucose af. De nier kan bij een veel te hoge concentratie glucose kwijtraken aan de urine maar verliest hier veel vocht bij. Hyperglycemie veroorzaakt dus veel plassen en dorst en moe zijn. Therapie kan echter ook een hypoglycemie veroorzaken (lage bloedsuiker).

De therapie heeft niet alleen effect op de korte termijn effecten van de hyperglycemie maar de lange termijn effecten (diabetische retinopathie (hoornvlies), diabetische nefropathie (nier), CVA, diabetische neuropathie en cardiovasculaire ziektes) worden ook bestreden. Met name de micro en macrovasculaire complicaties kunnen orgaanschade veroorzaken. Door de verbeterde therapieën leven mensen ook steeds langer met  deze ziekte.

Er zijn ook mutaties waarmee je diabetes kan krijgen, een voorbeeld hiervan is MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young). Dit erft monogenetisch en dominant over, maar de penetrantie is heel laag. Vaak wel een iets verhoogde glucose waarde maar niet diabetes.

Wanneer men ontdekt heeft dat iemand diabetes heeft wordt ook de familie gecontroleerd en onderzocht welke soort diabetes het is. Dit geeft informatie over de progressie en het risico op complicaties. Voor de familieleden wordt het risico op diabetes of het hebben ervan duidelijk. Meestal wordt de diagnose voor MODY vroeg gesteld. 2-3% van de diabeten hebben dit, meestal familie met diabetes onder  de 25. De vorm is vaak mild en er is dan ook vaak geen insuline nodig alleen een aanpassing op het dieet en soms orale medicijnen. Er zijn meer dan 8 genen die deze ziekte veroorzaken. Glucokinase wordt bijvoorbeeld niet gevormd door een fout in de transcriptie factoren. Glucokinase zorgt voor insuline secretie in de lever en de beta cellen. Dit kan grote bloedsuiker verhogingen snel terugbrengen. Wanneer dit niet werkt is de bloedsuikerspiegel constant verhoogd. Er is minder glycogeensynthese en opslag en daardoor een verhoogde gluconeogenese. Met twee gemuteerde genen is men niet levensvatbaar. Er zijn veel verschillende mutaties die hetzelfde fenotype geven, maar het komt niet vaak voor.

Thema VI

HC-14: Organellen: structuur en functie, 08-01-2014

De kern bevat genetische informatie en daarbinnen vindt replicatie, transcriptie, translatie, RNA processing (capping en splicing) en repair plaats. Er is eu- en heterochromatine. Het wordt omsloten door een kernenveloppen met kernporieën (openingen omgeven door eiwitten). De kernenvelop is continu met het ER.

Tijdens de interfase bevat de kern een (grote) nucleolus of meerdere (kleine) nucleoli. Deze zorgen ervoor dat acrocentrische chromosomen (met satelliet) bij elkaar komen te liggen. Ze zijn goed zichtbaar door de transcriptie van rDNA genen. Hiervoor zijn veel ribosomen nodig dus wordt de nucleolus groot en is er ook veel rER. Eiwitten van ribosomale subunits worden de kern in geïmporteerd en in de nucleolus in elkaar gezet. De subunits gaan vervolgens buiten de kern transleren. Het cytoplasma bestaat uit celorganellen en cytosol.

Membraan-omgeven organellen:

Plasma (cel) membraan scheidt de buiten en de binnenwereld van de cel, transporteert ionen en voedselmoleculen en geeft informatie door.

Het endoplasmatisch reticulum bestaat uit twee soorten die langzaam in elkaar overlopen. Het gladde deel zorgt voor de lipid en steroid synthese en de detoxificatie (ontgifting). In het ruwe deel vindt veel eiwitsynthese, eiwitmodificatie en eiwitvouwing plaats. Het is ruw omdat de ribosomen vaak aan het ER hechten.

Het golgi apparaat zorgt voor eiwitmodificatie en sorteert en concentreert de verschillende soorten eiwitten. Het heeft een cis kant waar ze vanuit het ER binnen komen en een transkant waar ze het apparaat verlaten.

Mitochondriën zijn er 100 tot 1000 per cel. Het heeft een dubbelmembraan en daarbinnen vinden de citroenzuurcyclus, vetzuuroxidatie en de oxidatieve fosforylering plaats. Het speelt ook een grote rol bij cellulaire zelfmoord (apoptose). Het heeft een eigen circulair mtDNA wat een eigen manier van transcriptie en translatie heeft. De meeste eiwitten in de mitochondriën komen wel uit het nucleaire DNA. Het is waarschijnlijk ontstaan door een eukaryotische cel die een prokaryotische cel opslokte.

Peroxisomen (honderden per cel) zorgen voor oxidatieve detoxificatie en de oxidatie van zeer lange vetzuurketens.

Endosomen sorteren stoffen die door endocytose zijn opgenomen. Membraaneiwitten worden hergebruikt, nuttige stoffen afgeleverd en afvalstoffen naar het lysosoom gebracht.

Lysosoom verteert het opgenomen materiaal. Het heeft een zuur milieu vol met hydrolytische enzymen. Het verteerd ook de versleten organellen (autofagie).

Vesicles zijn blaasjes die transport leveren. Transport vesicles vervoeren van ER naar cis-Golgi, tussen golgi blazen onderling, van plasmamembraan naar endosoom (endocytose), van endosoom naar lysosoom en van endosoom naar plasmamembraan. Gereguleerde secretie en constitutieve secretie door middel van exocytotische vesicles.

Niet-membraanomgeven organellen en insluitsels:

Ribosomen

Cytoskelet

• actine filamenten (dynamisch), zorgen voor beweeglijkheid, verankering membraaneiwitten, speciale celstructuren zoals microvilli en in spiercellen zorgen voor actine-myosine voor de contractie (sarcomeren)

• microtubuli (dynamisch) zorgen voor organel transport, en de spoeldraden tijdens de mitose. Het centrum wat dit regelt is het centrosoom.

• Intermediaire filamenten (vast) geven veerkracht en steun. Verschillende varianten komen in verschillende typen cellen tot expressie.

  • keratine in epitheelcellen

  • vimentinen in bindweefsel, spiercellen en glia cellen

  • neurofilamenten in zenuwcellen

  • nuclear lamina in alle cellen

HC-15: Transport over membranen, 08-01-2014

Een fosfolipide is een amfifatisch molecuul. Het heeft een hydrofobe staart en een hydrofiele kop (choline en fosfaatgroep). De staart bestaat uit twee delen (glycerol met 2 vetzuren). Vaak heeft een van de twee staarten dubbele bindingen en heeft daardoor een knik. Een knikje in de staart betekent dat het onverzadigd is.  Het amfifatische karakter zorgt voor een fosfolipidedubbellaag, met het hydrofobe deel naar binnen. Deze laag vormt een bolletje, een liposoom. Dit is een blaasje gevuld met water.

De dubbele bindingen zorgen ervoor dat de fosfolipiden niet meer helemaal goed aansluiten. Het membraan wordt vloeibaarder en lipiden mobieler. De mobiliteit hangt ook af van de lengte van de staarten. In dierlijke cellen kunnen de gaten die ontstaan door de knik in de staart worden opgevuld door een ander amfifatisch molecuul: cholesterol. Dit geldt als een regulator van de vloeibaarheid. Temperatuur is ook een belangrijke factor.

De fosfolipiden zijn continu in beweging. Ze draaien om hun eigen as (rotatie), buigen heen en weer (flexie) en wisselen van positie binnen dezelfde laag (laterale diffusie). Wisseling tussen twee lagen (flipflop) gebeurt zelden. Naast fosfolipiden bevat het membraan ook eiwitten, die dus ook over het membraan bewegen. Dit is essentieel voor het functioneren van een cel.

Membraaneiwitten

• Transporteiwitten

• Ankers (Anchors), koppelen membraaneiwitten bepalen zo de vorm

• Receptoren binden buiten de cel aan een stof en geven binnen signaal af

• Enzymen katalyseren reacties

Soorten membraan geassocieerde eiwitten

• Transmembraaneiwitten, vaak gevormt door alpha helices met de hydrofobe (apolaire) zijketens naar buiten. Meerdere transmembraaneiwitten samen kunnen een porie vormen; een kanaaltje om stoffen door te laten. Dit kanaal heeft een polaire binnenkant.

• Monolaag, ook dit is vaak een alfa helix.

• Vast aan een lipide

• Vast aan een andere eiwit

Apolaire, ongeladen moleculen (geen ionen!) kunnen door middel van passieve diffusie door het membraan heen. Dit zijn dus apolaire moleculen als O2, CO2 en N2. Kleine polaire moleculen kunnen er ook doorheen (water, glycerol, ethanol). Hier geldt hoe groter hoe minder makkelijk het gaat. Grote en geladen moleculen gaan door middel van actief transport. Er zijn verschillende mechanismen:

• Transportkanalen, hier gaan vooral ionen doorheen. Dit is passief transport met het concentratiegradiënt mee.

• Dan heb je twee transporters, een actieve tegen het concentratiegradiënt in en een passieve met het concentratiegradiënt mee. Dit wordt gefaciliteerde diffusie genoemd. Door het binden met een molecuul is het heel selectief. De kinetics grafiek is hetzelfde als die van de enzym katalysatie. Actief transport maakt gebruik van ATP of licht of een co-transporter.

In darmepitheelcellen wordt er gebruik gemaakt van een co-transporter. Glucosemoleculen gaan samen met een natrium molecuul de cel in. Dit is zodat glucose tegen de concentratie in de cel in kan.

Signaaltransmissie in cellen

Er zijn verschillende ionkanalen. Ze gaan open op verschillende manieren: verschil in lading, reageren op ligand (binnen of buiten de cel) en reagerend op stress. Ladingsverschillen in de zenuwcellen worden voornamelijk verschil in de concentratie van natrium, dit is buiten de cel heel hoog en binnen laag net als de calciumconcentratie. De kaliumconcentratie is binnen de cel veel hoger. Er zijn lekkanalen voor Kalium maar door het ladinggradiënt kan het niet allemaal naar buiten. De lading is normaal binnen de cel negatief. Bij een actiepotentiaal schiet dit omhoog. Door het binden van neurotransmitters worden de natrium kanalen geopend. Het gradiënt stijgt tot de grenswaarde, de natriumkanalen worden geïnactiveerd en kalium stroomt naar buiten om de lading te herstellen, hierna worden de natriumkanalen weer geactiveerd (maar zijn dan gesloten). Het natrium in de cel wordt later naar buiten gepompt door actieve Natrium Kaliumpomp. Bij de synaps aangekomen stroomt calcium de presynaptische cel binnen die ervoor zorgt dat de vesicles met neurotransmitter versmelten met het membraan. De neurotransmitter bindt aan de membraaneiwitten in de postsynaptische cel en deze zorgen voor depolarisatie en dat het signaal verder gaat.

HC-16: Eiwittransport in de cel, 08-01-2014

De eiwitten van een ribosoom worden gevormd in het cytosol en geïmporteerd in de kern. De units bestaan uit rRNA en eiwitten. Deze genen hiervoor liggen op de korte arm van de vijf acrocentrische chromosomen. In de kern wordt een nucleoli gevormd bij transcriptie. In de nucleoli worden de subunits geassembleerd en ze verlaten de kern via kernporiën. In het cytosol wordt het functionele ribosoom samengesteld.

Op het N-terminale deel van een eiwit zit een signaalsequentie die aangeeft waar het product heen moet.  Alleen de producten die in het cytosol (cytoplasma zonder organellen) horen hebben geen signaal.

In het mitochondriën zitten speciale receptor en translocator eiwitten in het buitenmembraan. Het dubbele membraan komt nog voort uit de evolutie. In het binnenmembraan zit ook een translocatoreiwit. Er zijn verschillende signalen voor beide membranen TIM en TOM. Het eiwit wordt ontvouwen gaat door deze translocator eiwitten. Binnen in het binnenste membraan wordt het opnieuw opgevouwen. Hier gaat ook het signaal eraf. Andere signalen:

• Peroxisomaal, er zitten speciale receptor en translocator eiwitten in het membraan

• Nucleair, dit gebeurt door de kernporiën. Deze lokaliseren het signaal op het eiwit en laten het naar binnen als het klopt.

• ER-signaal, deze gaat via het ER en het golgi apparaat.

Tijdens de synthese herkent een Signal Recognition Particle (SRP) de ER-signaal sequentie. Vervolgens valt de eiwitsynthese heel even stil. Het SRP bindt aan een SRP receptor die naar een translocatie kanaal doorstuurt. Met ribosoom en al bindt het geheel aan het translocator kanaal op het ER. Vervolgens komt de eiwitsynthese weer op gang. N-terminale deel van het eiwit verschijnt met een lus in lumen van het ER door het kanaal. De synthese gaat ondertussen nog steeds door. Nieuwe ribosomen starten op het ER-gebonden 5’ einde van het mRNA.  De signaalsequentie wordt erafgeknipt door een enzym: signaalpeptidase. Ondertussen gaat de eiwitsynthese door totdat ook het c-terminale deel in het lumen zit.  De lus wordt geglycolyseerd tijdens de synthese. Een suikergroep wordt vanaf het membraan op het eiwit toegevoegd. Of het eiwit gaat volledig de cel in, of zoals bij plasmamembraaneiwitten blijft een deel steken hiervoor is een hydrofobe stoptransfersequentie nodig.

Als het eiwit buiten de cel moet komen, gebeurt dit door middel van exocytose. Dit kan op geregelde wijze, zoals gebeurt bij hormonen, of op constitutieve wijze.  Er vindt eerste kwaliteitscontrole plaats in het ER. Er moet goede vouwing plaatsvinden, chaperonne moleculen helpen hierbij. Vervolgens knoppen er blaasjes af die diffunderen naar het golgi apparaat. Deze fuseren daar aan de cis-zijde. Dit is de zijde die het dichtst bij de kern zit. Vervolgens verplaatst het eiwit zich van cisterne naar cisterne (delen van het golgi-apparaat) naar de trans-zijde. Terwijl dit gebeurt worden de eiwitten verder geconcentreerd en vinden de laatste bewerkingen plaats. Eenmaal aangekomen aan de trans-zijde worden hier secretieblaasjes afgeknopt die zich naar het plasmamembraan bewegen. Deze blaasjes fuseren met het plasmamembraan waardoor het eiwit de cel uitgaat.  Dit kan ook worden beïnvloedt door neurotransmitters. Een belangtrijk voorbeeld hiervan is calcium. Dat wordt in een cel laag gehouden en als het naar binnen stroomt triggert het sacromeercontractie en exocytose. Eiwitten kunnen ook naar een endosome worden vervoert en zo later in een lysosome terecht komen.

Als er te veel foute eiwitten in het ER terecht komen, zal het ER eerst in grootte toenemen. Als dit niet voldoende is, zal de maximum capaciteit overschreden worden. Er vindt apoptose plaats. Als de vouwing niet lukt door een mutatie in het DNA of RNA kunnen de eiwitten ook worden afgebroken door proteolytische enzymen.

Er moeten dus ook eiwitten worden opgenomen. Dit kan door middel van endocytose. Vormen hiervan zijn fagocytose (dit doen macrofagen bij bacteriën), pinocytose (de opname van vloeistoffen) en receptor-mediated endocytose. Een stof bindt aan de recteptor en zorgt dat dit geheel een vesicle in de cel wordt. Eerst zit er een coating op van clathrin. Deze wordt eraf gehaald en het komt in het endosome. Het endosome sorteert de herbruikbare receptor en stuurt deze terug naar het membraan en de stof die moet worden afgebroken naar het lysosome. Daar wordt het verteerd tot bouwstenen.

PD-06: Ionkanaalziekte, 08-01-2014

Cystic fibrosis, cysteuze fibrose, mucoviscoïdose of taaislijmziekte is een deletie op de lange arm van chromosoom 7. Dit veroorzaakt een aminozuur deletie in het CFTR eiwit. Dit zorgt normaal voor een chloorkanaal. De meest beschreven mutatie is deltaF508. Dit erft recessief over. Het is niet in ieder geval even erg. Als chloor de cel kan verlaten verminderd hiermee de osmotische waarde en stroomt er dus meer water uit de cel. Als dit niet kan komt er ook meer Natrium in de cel waardoor er nog meer water de cel in stroomt. Bij delta F508 wordt het eiwit in het ER vastgehouden omdat deze fout er is. Het celmembraan heeft dan dus helemaal geen chloorkanalen.

Verschillende soorten defecten:

• defect in eiwitproductie: geen CFTR aanwezig

• defect in eiwitverwerking: CFTR komt niet op de juiste plek

• defect in regulatie: kanaal werkt onvoldoende

• defect in kanaaldoorgankelijkheid

• kleinere hoeveelheid: minder stabiel

De problemen bevinden zich in de luchtwegen, spijsvertering (darmen en pancreas) en bij het geniaal secreet.

In de luchtwegen veroorzaakt het taai slijm, hierdoor krijg je herhaaldelijk infecties en daardoor ontstaat luchtwegschade en als het vaak herhaald bronchiëctasieën. Daarbij gaat het weefsel stuk en er ontstaan verwijdingen met minder oppervlak en een andere structuur door littekenweefsel. Hierdoor ontstaat uiteindelijk een verstoorde longfysiologie en dus minder longfunctie.

Voor de diagnose wordt lichamelijk onderzoek gedaan (de vingers worden bij de nagels iets dikker) en een thoraxfoto en CT wordt gemaakt. Ook wordt er een longfunctie en een sputumkweek gedaan.

De spijsvertering krijgt een resorptiestoornis door te dik pancreassecreet. Vet en in vet oplosbare vitaminen en calorieën worden onvoldoende opgenomen. Ook is men veel energie kwijt met adem en hoestarbeid. Door die twee dingen samen ontstaat een groot energie tekort. Aan de ontlasting wordt de hoeveelheid vet en vitaminen gemeten.

Ook ontstaat er diabetes door de ontstekingen in de pancreas en daardoor weefsel wat stuk gaat. Je komt in katabole toestand omdat je bijna geen energie kan opnemen en wel veel verbruikt. Je moet dus meer eten (ongeveer twee keer zoveel) en groeit slecht.

De ziekte kan met een zweettest aangetoond worden, het Cl gehalte wordt dan gemeten. Ook wordt in het DNA gekeken naar de mutatie. En het Cl-transport kan worden gemeten in darm of neusslijmvlies. De behandelingen zijn: vernevelen om het slijm minder taai te maken, antibiotica om de infecties tegen te gaan en sporten om de longen goed te trainen. En de voeding moet worden aangepast. De levensverwachting is de afgelopen jaren heel hard gestegen.

De ziekte kan bij prenatale diagnostiek worden opgespoord. De andere klachten zijn heel algemeen, dus het is moeilijk om vroeg op te sporen. De groeicurve wijkt wel af en er zijn vaak dysmorfe kenmerken of afwijkende lichaamsproporties.

Collegeaantekeningen: Laatste deel

Communicatie en signaaloverdracht 1 (13-01-2014)

Wanneer er wordt gekeken naar communicatie en signaaloverdracht krijgt men te maken met zenders en ontvangers. Zenders zenden signalen uit en ontvangers ontvangen en verwerken signalen. Deze elektrische of chemische signalen verschillen in snelheid.

Signalen kunnen op verschillende manieren verspreidt worden:

1. Endocriene signalen. Deze signalen worden aan de bloedbaan afgegeven en worden hormonen genoemd.

2. Paracriene signalen. Deze signalen worden aan extracellulaire vloeistof afgegeven en deze signalen komen dus terecht bij buurtcellen.

3. Neuronale signalen. Deze signalen worden afgegeven door middel van neurotransmitters. (Bijvoorbeeld bij zenuwen).

4. Contact-afhankelijke signalen. Deze signalen worden van cel naar cel overgedragen door membraan gebonden signaalmoleculen.

Cellen kunnen zich op verschillende manieren gedragen. Een cel kan: overleven, groeien, delen, differentiëren in een andere cel of dood gaan (apoptose is celdood). Deze processen kunnen alleen goed uitgevoerd worden door goede cel communicatie.

Wanneer een extracellulair signaal hecht op een receptor, ontstaat er een intracellulaire reactie. Deze reactie kan snel of traag plaatsvinden. Deze receptoren kunnen zich aan de buitenkant van het plasmamembraan bevinden: de cel oppervlakte receptoren, of ze bevinden zich intracellulair: de intracellulaire receptoren. Hydrofiele signaalmoleculen hechten zich aan de cel oppervlakte receptoren en hydrofobe kleine signaalmoleculen hechten zich aan de intracellulaire receptoren (bijvoorbeeld steroïde hormonen en thyroxine).

Membraaneiwitten hebben verschillende functies:

1. Transport functie

2. Anker functie

3. Receptor functie

4. Enzym functie

Wanneer er een extracellulaire signaal molecuul hecht aan een receptor eiwit, worden er verschillende intracellulaire signaalmoleculen actief. Deze intracellulaire signaalmoleculen activeren vervolgens effector eiwitten die voor verschillende cel reacties kunnen coderen.

Er zijn 3 belangrijke klassen van cel oppervlakte receptoren:

• Ion-kanaal gekoppelde receptor

• Enzym gekoppelde receptor

• G-protein gekoppelde receptor

Communicatie en signaaloverdracht 2 (13-01-2014)

Er zijn twee belangrijke moleculaire schakel mechanismes:

• Het defosforyleren (fosfaatgroep eraf) en fosforyleren (fosfaatgroep eraan) van eiwitten. Het aanbrengen van een fosfaatgroep gebeurt door kinases.  Het verwijderen van een fosfaatgroep gebeurt door fosfatases. Sommige eiwitten zijn actief met een fosfaatgroep, sommige eiwitten zijn actief wanneer een fosfaatgroep verwijdert is.

• G-proteines: GTP binding en hydrolyse. Deze G-proteines kunnen heteromeer of monomeer zijn. Twee belangrijke target enzymen van G-proteines zijn adenylyl cyclase (maakt van ATP cyclisch AMP) en fosfolipase C.

Proteine kinase A wordt geactiveerd door Cyclisch AMP. PKA activeert onder andere enzymen en transcriptiefactoren.

De insuline receptor is een zogenaamde RTK.

1. Insuline bindt met insulinereceptoren.

2. Er vindt dimerisatie plaats van de receptoren.

3. Het intracellulaire deel gaat zich autofosfaryleren (er komen fosfaatgroepen aan de receptor).

4. IRS bindt aan de eiwitten.

5. Door fosforylering wordt IRS actief.

6. Fosforylering

7. Doormiddel van vesicles naar het plasmamembraan.

De doelwitcellen van insuline zijn spiercellen en levercellen. Bij diabetes type 2 zijn er te weinig transporters in het plasmamembraan aanwezig en ontstaat er dus insulineresistentie.  

PD Genetische oorzaken van grote lengte (15-01-2014)

Aan een groeidiagram kan men aflezen of er sprake is van een te grote lengte. Men spreekt van een te grote lichaamslengte wanneer met boven de 2SDS groeicurve uitkomt. Lengte is voor ongeveer 70% genetisch bepaalt, maar ook voeding en gezondheid spelen een rol in de lichaamslengte. Er zijn ook verschillende syndromen waarbij een lange lichaamslengte voorkomt. Bij deze syndromen komen naast een lange lichaamslengte ook andere symptomen voor. Syndromen zijn namelijk een patroonherkenning: meerdere symptomen bij elkaar.

Chromosomale aandoeningen die leiden tot een te grote lichaamslengte:

• Klinefelter (47XXY, 47XYY en 47XXX). Het SHOX gen ligt gelokaliseerd op het X-chromosoom, vandaar dat jongens met Klinefelter erg lang zijn. Andere symptomen voor deze aandoening zijn borstontwikkeling, acne en infertiliteit.

• Duplicatie 15q25. Dit is een structurele chromosoomafwijking, patiënten met deze aandoening hebben dus ‘gewoon’ 46 chromosomen. Dit syndroom heeft als kenmerken een lang en langgerekt voorhoofd en een hoge haargrens.

• Pallister-Killian syndroom: bij dit syndroom is er naast een normale chromosoom 12, een chromosoom 12 die bestaat uit 2x de korte arm. Patiënten met dit syndroom zijn lang en hebben een lage haargrens.

• Marfan syndroom (chromosoom 15). Bij dit syndroom is er een afwijking in het bindweefsel. Men is hypermobiel, hebben platvoeten, striae op vreemde plekken (o.a. onderrug), lange benen en armen. Ook heeft men vaak last van een hartafwijking, door een hoge druk in de hartwortel ontstaat er een probleem aangezien dit bindweefsel daar erg zwak is. Vaak voorkomt een prothese bij de hartwortel verdere complicaties. Daarnaast schiet de ooglens als het ware uit het oogmechanisme, dit wordt ook veroorzaakt door zwak bindweefsel.

• Loeys-Dietz syndroom. Dit wordt het broertje van het Marfans syndroom genoemd. Het heeft dezelfde kenmerken, alleen de oogafwijking komt bij dit syndroom niet voor.

• PTEN-hamartoma syndroom (chromosoom 10). Kinderen met dit syndroom hebben een erg groot hoofd, een verstandelijke beperking en last van hypotonie. Op de penis van deze patiënten is maculae (een kleurverandering) te herkennen. Daarnaast zijn er op de huid van deze patiënten vaak kleine bultjes te vinden. Deze ‘mini tumoren’ kunnen rood of wit zijn.

• Beckwith-Wiedemann syndroom (chromosoom 11). Bij dit syndroom komt een te grote tong voor, rimpeltjes in de oorlel en kuiltjes op de oorschelp. Daarnaast is er een verhoogd risico op embryonale tumoren. In de meeste gevallen wordt dit syndroom veroorzaakt door uniparentale disomie (tijdens meiose).

• Mccune-Albright syndroom. Kenmerken voor dit syndroom zijn cafe-au-lait plekken (donkere en lichte plekken op de huid), vaak komen deze plekken alleen op de romp en het hoofd voor. Daarnaast zijn vaak de heupbotten van deze patiënten niet goed ontwikkeld.

• Sotos syndroom (chromosoom 5). Kinderen met dit syndroom hebben een puntige kin, breed voorhoofd en een grote lichaamslengte. Uiteindelijk zullen zij op volwassen leeftijd een gemiddelde lichaamslengte hebben.

• Weaver syndroom (chromosoom 7). Kinderen met dit syndroom hebben een breed voorhoofd en een grote lichaamslengte. Vaak zijn deze patiënten als baby erg groot en zwaar.

PD Achondroplasie (15-01-2014)

Een andere naam voor achondroplasie is dwerggroei. Achondroplasie komt ongeveer voor op 1:15.000 – 1:40.000. Achondroplasie is aan de hand van een groeicurve/diagram eenvoudig vast te stellen.

De uiterlijke kenmerken voor achondroplasie zijn vaak dezelfde kenmerken:

• Kleine lichaamslengte

• Een groot hoofd (in verhouding met de lichaamslengte)

• Korte armen

• Korte benen

• Een holling in de rug (lordose)

• Diepe neusbrug

• Korte vingers

• Huidplooien

Op een röntgen kan men aan de hand van de botvorming zien dat er sprake is van achondroplasie. De korte vingers, de holling in de rug en de korte ledematen zijn daarop zichtbaar.

Mensen met achondroplasie hebben vaak een vertraagde motorische ontwikkeling, zij bewegen moeilijker en minder van gemiddeld. Mede daardoor is er vaak sprake van obesitas. Slaapapneu komt ook vaak voor bij achondroplasie patiënten dit valt te linken aan de obesitas die frequent voorkomt.

Achondroplasie valt moeilijk te behandelen. Vaak vindt er groeibevordering en ledemaat verlening plaats. Er wordt nog volop onderzoek gedaan of gentherapie achondroplasie kan voorkomen. Bij Achondroplasie is er een mutatie op de korte arm van chromosoom 4. Achondroplasie is autosomaal dominant.

Bij Hypochondroplasie is er ook sprake van dwerggroei. Mensen met deze aandoening hebben een verstandelijke beperking, maar een normale motorische ontwikkeling. Hierdoor is er minder vaak sprake van obesitas.

Bij Tanatophore is er ook sprake van dwerggroei. Korte ledematen, een kleine lichaamslengte, een groter hoofd en een diepe neusbrug zijn de kenmerken van deze aandoening. Wat erg opvallend is, is de smalle thorax. Ook ontbreekt bij patiënten met Tanatophore een ‘lange/normale’ nek.

Principes van moleculaire structuur en functie: Zuurstoftransport

Blokboek bijlage 1, pagina 74-77

Myoglobine is een enkele polypeptideketen bestaande uit 153 aminozuren en een heemgroep. Vanwege de kleine lengte wordt het vaak bestudeerd. Het bestaat voornamelijk uit α-helices. De meeste α-helices hebben een polair en een apolair uiteinde, het centrum van het myoglobine is hierdoor apolair. Tussen de 5^e en 6^e helix zit de heemgroep, gevormd door onder andere bindingen met ijzer. Tussen dit ijzer en het distale histamine zit een ruimte net groot genoeg voor een zuurstofmolecuul. In myoglobine zitten geen zwavelbruggen, de tertiaire structuur wordt gevormd door niet-covalente bindingen.

Hemoglobine zit in rode bloedcellen. Deze worden in het beenmerg gevormd en leven ongeveer 120 dagen. Ze hebben geen kern, waardoor ze geen eiwitsynthese hebben en dus 'dood' zijn. Ook hebben ze geen mitochondria, hun energie krijgen ze anaerobisch. Hemoglobine bestaat uit vier polypeptiden, elk met een eigen heemgroep. Er zijn meerdere soorten hemoglobine:

• HbA is het meest voorkomende type hemoglobine bij volwassenen. Het bestaat uit 2 α-ketens en 2 β-ketens.

• HbA-2is een minder voorkomend type hemoglobine. Het bestaat uit 2 α-ketens en 2 δ-ketens.

• HbF is het foetale type hemoglobine. Het bestaat uit twee α-ketens en twee γ-ketens.

De α-ketens zijn wat korter dan de anderen, maar allen lijken erg op elkaar qua structuur. Hemoglobineketens zijn gerelateerd aan myoglobine, maar zijn alleen identiek rond de heemgroep (de proximale en distale histidines). De hemoglobine ketens vouwen wel zoals myoglobine, en worden door non-covalente bindingen bij elkaar gehouden.

In niet-geoxideerd hemoglobine bevinden zich zoutbindingen die verbreken als er een zuurstof gebonden wordt. Hierdoor is niet-geoxideerd hemoglobine sterker gebonden dan geoxideerd hemoglobine. De eerste noemen we de T-conformatie (tense), de tweede de R-conformatie (relaxed). Deze verandering komt doordat de afstand tussen stikstof en ijzer groter wordt als zuurstof gebonden wordt. De R-conformatie bindt zuurstof veel hechter dan de T-conformatie. Omdat hemoglobine van vorm kan veranderen, noemen we het een allosterisch eiwit. Een ligand is een klein molecuul dat omkeerbaar aan een eiwit kan binden, zoals zuurstof hier aan hemoglobine.

De bindingscurven van hemo- en myoglobine verschillen; hemoglobine laat bij een hogere zuurstofdruk zijn zuurstofmoleculen los. Ook de vorm van de curve verschilt; myoglobine heeft een hyperbole curve en hemoglobine een sigmoïde. Dit laatste komt doordat de binding van een zuurstofmolecuul effect heeft op de andere heemgroepen, deze nemen dan sneller zuurstof op. Dit heet positieve coöperatie en zorgt ervoor dat in de longen zuurstof wordt opgenomen en in de spieren zuurstof wordt afgestaan.