Human Molekylärgenetik
Del 1 – Inledning till human genetik
föreläsning 1
• vävnader, celltyper, organeller, DNA,gener
• transkription, translation, genomsekvensering, genomik
• genetisk variation
• monogena vs. komplexa anlag
• SNPs och effekten av dessa på en gens funktion
• utvecklingen av statiner
• kranskärlssjukdom –en komplex sjukdom
• övergripande strategier för att koppla egenskap till gen
1
humana organ och vävnader
2
en eukaroyot cell
3
4
promoter
D NA
untranslated region
1 intron 2
intron
3
intron 4
transcription
pre-mRNA G 1 intron 2
intron
3
intron 4 AAAAAAAA
RNA processing
mature mRNA
G 1
2
3
4 AAAAAAAA
translation
protein
5
Transcription in higher eukaryotes
Post‐translationella förändringar
6
Framtagandet av genomkartor
Det humana genomet
• Komplett genomsekvens hos 5 individer i april 2003
• Shotgun‐sequenceing och datorbaserad assemblering
• Ett teknologiskt genombrott!
• Antalet gener cirka 23 000
• Gen‐annotering
• Startskott för identifiering av geners funktion och kopplingar till humana sjukdomar
7
HUGO vs. CELERA methods
Genom
DNA
Transkriptom
mRNA
Protein
Proteom
8
NCBI databasen
CoreNucleotide
EST
Protein
Genome
Structure
Taxonomy
SNP
Gene
HomoloGene
dbGaP
UniGene
CDD
3D Domains
UniSTS
PopSet
GEO Profiles
GEO DataSets
GENSAT
Probe
Protein Clusters
Core subset of nucleotide sequence records
Expressed Sequence Tag records
sequence database
whole genome sequences
three dimensional macromolecular structures
three-dimensional
organisms in GenBank
single nucleotide polymorphism
gene-centered information
eukaryotic homology groups
genotype and phenotype
gene-oriented clusters of transcript sequences
conserved protein domain database
domains from Entrez Structure
markers and mapping data
population study data sets
expression and molecular abundance profiles
experimental sets of GEO data
gene expression atlas of mouse central nervous system
sequence-specific reagents
a collection of related protein sequences
steg 1: genfunktion, steg 2: effekt av variation
Alla individer är genetiskt unika.
9
Ärftliga egenskaper
Monogena fenotyper
• Hängande eller fast örsnibb
– autosomalt recessivt
• Spetsigt eller runt hårfäste
Spetsigt eller runt hårfäste
– autosomalt recessivt
• Blödarsjuka
– X‐kromosom bunden
• Cystisk fibros
– autosomalt recessiv
t
lt
i
• Blodgrupp – Codominant autosomalt
10
Nedärvningsmönster och dominanta / recessiva anlag
• Relaterar
Relaterar till fenotyputtrycket för till fenotyputtrycket för
ett monogent anlag • Dominant
• Recessiv
• Co‐dominant
• Autosomal
• Könsbunden
Polygena fenotyper
• Längd och vikt
• Kroppens förmåga att göra av med energi
• Humana sjukdomar
H
j kd
– Diabetes, reumatoid artrit, inflammatorisk tarmsjukdom, hjärtinfarkt, venös blodpropp m. fl.
• Effektivitet av läkemedel
• Hudens åldrande
• Infektionsbeägenhet
I f ki b ä h
11
Human genetisk diversitet
•
•
•
•
•
Gemensamma anfäder
Människan är evolutionärt ung
M t ti
Mutation
Rekombination vid meios
Mekanismer som driver evolution
Mutation
Population size:
6x109 (diploid)
Mutation rate:
2x10–8 per bp per generation
Expected “hits”:
240 for each bp
‐ Alla genvarianter som är kompatibla med liv finns I populationen, men de flesta är vansinnigt ovanliga.
Compare 2 haploid genomes: 1 SNP per 1331 bp*
*The International SNP Map Working Group, Nature 409:928 ‐ 933 (2001)
12
Meiotic chromosome dynamics
Prophase
Metaphase II
Metaphase I
Anaphase I
Anaphase II
Genetisk variation
• Mutationer
• Kromosomala inversioner, translokeringar och dupliceringar.
dupliceringar
• Single Nucelotide Polymorphism (SNiP)
• Insertioner/deletioner
• Mikrosatelliter (Short Tandem Repeats)
• Kopietal
13
några termer inom genetik
•
•
•
•
•
•
•
•
•
fenotyp
anlag
mutation
t ti
gen
allel
genotyp
locus
genetisk variant
genotypning
Studier av monogena anlag
kopplingsstudier
C /C
C /C
C /T
C /C
C /T
C /T
C /C
C /T
C /T
C /T
C /C
C /C
C /C
C /C
14
Studier av polygena (komplexa) anlag
associationsstudie
Affected
individuals
Healthy
individuals
Identifies region
associated with
disease at
population level!
Snippar (single nucleotide polymorphisms)
•
•
•
•
•
•
Substitution av enstaka kvävebas
Den mest frekventa genetiska variationen
1/300 ger total cirka 10 miljoner SNPs i genomet
Frekvens varierar mellan 0.01 % och 50 %
Populationsspecifik
Samvarierar med varandra i olika grad beroende på
Samvarierar med varandra i olika grad beroende på position (linkage disequilibrium)
ATCGC (C eller T) TTGCG
15
Exempel SNP
effect of SNPs on gene function
16
Snippar kan förändra
• Aminosyresekvensen av translaterat protein
• Bindandet av transkriptionsfaktorer
• Stabilitet av mRNA genom att: St bilit t
RNA
tt
– Förändra längden av polyadenylering
– Förändra bindningsställen för mRNA bindande proteiner
• Igenkänningssekvens för splicing (donor/acceptor/branch sites)
• Regleringssites för icke‐kodande RNA R l i
i fö i k k d d RNA
• Epigenetiskt
Molekylära mekanismer har identifierats Molekylära
mekanismer har identifierats
genom studier av individer med mutationer i de gener som kodar för proteiner i molekylära ”pathways”
17
Utveckling av kolesterolsänkare (statiner)
• Familial
hypercholesterolaemia
• 1 in 500
• Familial
hypercholesterolaemia
• 1 in 500
• Due to mutations in LDL
receptor
• Goldstein & Brown Nobel
prize for Physiology or
M di i 1985
Medicine
FH mutations
18
Acute coronary syndrome
19
INITIATION
AMPLIFICATION
free vWF
prothrombin
X
Xa
fibrinogen
thrombin
VIII/vWF
IX
IXa
LUMEN
XI
V
XIa
VIIa
IX
Va
TF VIIa
X
prothrombin
VIIIa IXa
VIIIa
XIa
THROMBIN
Xa
Va
activated platelet
Monocyte
Platelets
INTIMA
PROPAGATION
P-selectin
CD40L
TF-
FIBRIN
gpIIb/IIIa
Endothelium
Microparticles
Collagen
MMP:s Macrophage
TF & Proinflammatory
cytokines
SMC migration
Lipid depositions
MEDIA
T-lymphocyte
Smooth muscle cells
ADVENTITIA
Mälarstig A 2006
Hjärtinfarkt och ärftlighet
20
Att koppla anlag till gen
•
•
•
•
•
Frågeställning
Studiedesign
Bi i f
Bioinformatik
tik
Storskalig SNP analys
Statistiska metoder Karakterisering av gen
•
•
•
•
•
•
•
Litteraturstudier
Homologa och ortologa gener
T
Transkriptom i olika vävnader
ki t
i lik ä d
Proteom
Djurmodeller t.ex. ko‐möss
Cellbiologiska studier t.ex. siRNA, överuttryck mm
Epidemiologiska studier
21
Karakterisering av genetisk reglering
•
•
•
•
•
•
•
resekvensering
identifiering av funktionell allel
f kti
funktionella studier av genetisk variant
ll t di
ti k
i t
genexpression
proteomic
splicingstudier
CHiP‐on‐CHiP
Tillämpning av kunskap
•
•
•
•
Kliniska studier
Läkemedelsutveckling
F
Farmakogenetik
k
tik
Genetiska test
22
