CHAPTER 17Molecular Biology and

Medicine

Konsekvenserna av en mutation1.1. Sjukdom eller abnormalitet Sjukdom eller abnormalitet

uppkommer.uppkommer.

2.2. Genprodukten (proteinet) är Genprodukten (proteinet) är förändrad, men funktionen har förändrad, men funktionen har inte förändrats inte förändrats ingen ingen förändring i fenotypen.förändring i fenotypen.

3.3. Mutationen har inte förändrat Mutationen har inte förändrat genprodukten.genprodukten.

18.3

Figure 18.3 – Part 1Figure 18.3 – Part 1

figure 18-03a.jpgfigure 18-03a.jpg

18.3

Figure 18.3 – Part 2Figure 18.3 – Part 2

figure 18-03b.jpgfigure 18-03b.jpg

Ärftliga sjukdomar (1)

• En del sjukdomar förorsakas av En del sjukdomar förorsakas av mutationer i en enda gen.mutationer i en enda gen.

• De flesta sjukdomar är en summa av De flesta sjukdomar är en summa av många geners och proteiners många geners och proteiners samverkan med omgivningen.samverkan med omgivningen.

• Detta innebär att benägenheten till en Detta innebär att benägenheten till en sjukdom kan vara ärftlig utan att sjukdom kan vara ärftlig utan att sjukdomen någonsin bryter ut.sjukdomen någonsin bryter ut.

Ärftliga sjukdomar (2)

• Sjukdomar kan ärvas enligt olika Sjukdomar kan ärvas enligt olika mönster.mönster.

– Autosomalt recessiva allelerAutosomalt recessiva alleler– Autosomalt dominanta allelerAutosomalt dominanta alleler– Alleles som ärvs med X-Alleles som ärvs med X-

kromosomenkromosomen– Kromosomala abnormaliteterKromosomala abnormaliteter

Prionsjukdomar

• Smittsamma sjukdomar som inte Smittsamma sjukdomar som inte förorsakas av virus eller bakterierförorsakas av virus eller bakterier

• Ett protein med förändrad Ett protein med förändrad tertiärstruktur kan katalysera tertiärstruktur kan katalysera strukturell omvandling av strukturell omvandling av motsvarande normala protein till motsvarande normala protein till den abnormala konformationenden abnormala konformationen

• Proteinets aminosyrasekvens är Proteinets aminosyrasekvens är således oförändradsåledes oförändrad

Identifiering av muterade gener

a. Om det muterade proteinet är a. Om det muterade proteinet är känt: Användning av mRNA för att känt: Användning av mRNA för att hitta genen i ett DNA-bibliotek.hitta genen i ett DNA-bibliotek.

b. Om en bit av en kromosom b. Om en bit av en kromosom saknas: Jämförelse med DNA från saknas: Jämförelse med DNA från en person med intakt kromosom en person med intakt kromosom för att isolera den saknade genen. för att isolera den saknade genen.

Identifiering av muterade gener

c) Om varken kandidatproteiner eller c) Om varken kandidatproteiner eller deletioner finns: positionell kloning.deletioner finns: positionell kloning.

• Ett sätt att ”zooma in” på mutationenEtt sätt att ”zooma in” på mutationen

• RFLPs = Restriction Fragment Length RFLPs = Restriction Fragment Length PolymorphismsPolymorphisms

– DNA klyvs med restriktionsenzymerDNA klyvs med restriktionsenzymer– Klyvningsmönstret jämförs med Klyvningsmönstret jämförs med

släktens klyvningsmönstersläktens klyvningsmönster

Identifiering av muterade gener

– Släktkartor med nedärvning av Släktkartor med nedärvning av sjukdom samt nedärvning av RFLPs sjukdom samt nedärvning av RFLPs uppställsuppställs

– Om ett visst mönster av fragment Om ett visst mönster av fragment förekommer hos sjuka individer förekommer hos sjuka individer måste genen som förorsakar måste genen som förorsakar sjukdomen finnas nära sjukdomen finnas nära klyvningsställetklyvningsstället

18.7

Figure 18.7Figure 18.7

figure 18-07.jpgfigure 18-07.jpg

Identifiering av muterade gener

– DNA i närheten av polymorfismen DNA i närheten av polymorfismen fragmenterasfragmenteras

– cDNA från sjuka celler hybridiseras cDNA från sjuka celler hybridiseras till DNA-fragmenten för att till DNA-fragmenten för att identifiera kodande regioner.identifiera kodande regioner.

– Kodande DNA-fragment sekvenseras Kodande DNA-fragment sekvenseras och jämförs med motsvarande och jämförs med motsvarande fragment från friska personer fragment från friska personer mutationen kan spåras.mutationen kan spåras.

Detektion av mutationer1. Genanalyser används för att upptäcka 1. Genanalyser används för att upptäcka

om man har anlag för en sjukdom.om man har anlag för en sjukdom.• man kan påbörja behandling i god man kan påbörja behandling i god

tid tid • embryon kan testasembryon kan testas• en cell räckeren cell räcker• i vissa fall etiskt diskutabelti vissa fall etiskt diskutabelt• Metoder: Klyvningstest, Metoder: Klyvningstest,

allelspecifika oligonukleotiderallelspecifika oligonukleotider

2. Abnormala enzym kan ibland 2. Abnormala enzym kan ibland upptäckas för att det finns för mycket upptäckas för att det finns för mycket substrat eller för lite produkt.substrat eller för lite produkt.

18.11

Figure 18.11Figure 18.11

figure 18-11.jpgfigure 18-11.jpg

18.12

Figure 18.12Figure 18.12

figure 18-12.jpgfigure 18-12.jpg

Etiska frågor om detektering av mutationert.ex.t.ex.

• Vem ska ha tillgång till resultaten av ett Vem ska ha tillgång till resultaten av ett gentest?gentest?

• Vad gör man om det visar sig att ett foster Vad gör man om det visar sig att ett foster har genotypen för en allvarlig sjukdom?har genotypen för en allvarlig sjukdom?

• Får man välja ett friskt embryo vid Får man välja ett friskt embryo vid konstgjord befruktning? Var går då konstgjord befruktning? Var går då gränsen för valfriheten?gränsen för valfriheten?

• Vem äger rättigheterna till en Vem äger rättigheterna till en gen/mutation?gen/mutation?

Cancer• Förorsakas av genetiska förändringar.Förorsakas av genetiska förändringar.

• Förlorad kontroll över celldelningenFörlorad kontroll över celldelningen

• De genetiska förändringarna kan De genetiska förändringarna kan uppkomma genom:uppkomma genom:

– spontana mutationerspontana mutationer– mutagena kemikalier, strålningmutagena kemikalier, strålning– virusvirus

• Fler än en mutation behövs ofta för att Fler än en mutation behövs ofta för att cancer ska uppståcancer ska uppstå

Benigna (godartade) tumörer

• Differentierade cellerDifferentierade celler

• Växer långsamtVäxer långsamt

• Kan inte invadera omgivande vävnad, Kan inte invadera omgivande vävnad, kapslar ofta in sigkapslar ofta in sig

Maligna (elakartade) tumörer

• Cellerna förändrats så att de inte liknar Cellerna förändrats så att de inte liknar cellerna i ursprungsvävnadencellerna i ursprungsvävnaden

• Invasiv, ofta metastaserandeInvasiv, ofta metastaserande

• Carcinom: från epitelvävnad, vanligastCarcinom: från epitelvävnad, vanligast

• Sarkom: från mesodermala celler (ben, Sarkom: från mesodermala celler (ben, bindväv, muskel, blodkärl)bindväv, muskel, blodkärl)

• Leukemi, lymfom: från blodstamceller Leukemi, lymfom: från blodstamceller

Cancerns genetiska bakgrund

• Normala celler har Normala celler har proto-onkogenerproto-onkogener som stimulerar celldelning eller som stimulerar celldelning eller inhiberar celldöd.inhiberar celldöd.

• Mutationer som kan förvandla en Mutationer som kan förvandla en proto-onkogen till en onkogen:proto-onkogen till en onkogen:

– mutationer i flankerande DNA som mutationer i flankerande DNA som leder till ökad eller konstant leder till ökad eller konstant expressionexpression

– konstitutivt aktiverande mutationerkonstitutivt aktiverande mutationer

Cancerns genetiska bakgrund• Tumörsuppressorgener Tumörsuppressorgener inhiberar inhiberar

celldelning eller aktiverar programmerad celldelning eller aktiverar programmerad celldödcelldöd

• Mutationer i tumörsuppressorgener som Mutationer i tumörsuppressorgener som kan förorsaka cancer:kan förorsaka cancer:

– mutationer i flankerande DNA som leder mutationer i flankerande DNA som leder till att genen inte expresserastill att genen inte expresseras

– mutationer som förstör mutationer som förstör proteinfunktionenproteinfunktionen

– båda allelerna måste vara muterade för båda allelerna måste vara muterade för att cancer ska uppståatt cancer ska uppstå

– en muterad allel kan därför gå i arven muterad allel kan därför gå i arv

18.16

Figure 18.16Figure 18.16

figure 18-16.jpgfigure 18-16.jpg

Behandling av genetiska sjukdomar

• Behandling av symptomen – Behandling av symptomen – fortgående medicinering eller dietfortgående medicinering eller diet

• Genterapi – den muterade genen Genterapi – den muterade genen ersätts med en normal gen genom ersätts med en normal gen genom homolog rekombinationhomolog rekombination

– Problem: hur få in DNA i kroppens Problem: hur få in DNA i kroppens celler?celler?

Human genome project (HGP)• HUGO = Human Genome OrganisationHUGO = Human Genome Organisation

• Internationellt samarbete med Internationellt samarbete med allmänna forskningsmedelallmänna forskningsmedel

• Sekvenseringen färdig i april 2003Sekvenseringen färdig i april 2003

• Resultaten tillgängliga för allaResultaten tillgängliga för alla

• Parallellt med detta har privatföretag Parallellt med detta har privatföretag sina egna sekvenseringsprojektsina egna sekvenseringsprojekt

HGP: resultat• Information om genomets struktur, Information om genomets struktur,

organisation och funktionorganisation och funktion

• Endast 20 000-25 000 gener Endast 20 000-25 000 gener en gen en gen måste koda för flera proteinermåste koda för flera proteiner

• <2% kodande DNA<2% kodande DNA

• >50% repetitiva sekvenser>50% repetitiva sekvenser

• 0,1% av DNA skiljer mellan individer0,1% av DNA skiljer mellan individer

• En del gener översätts inte till proteinEn del gener översätts inte till protein

Sekvenseringsmetodik1)1) Isolera kromosomenIsolera kromosomen

2)2) Klipp i småbitar, flera prov med olika Klipp i småbitar, flera prov med olika restriktionsenzymrestriktionsenzym

3)3) Sekvensera varje fragmentSekvensera varje fragment

4)4) Pussla ihop fragmenten med hjälp av Pussla ihop fragmenten med hjälp av överlappande sekvenser i de olika överlappande sekvenser i de olika provenproven

Proteomet = alla proteiner i en organismMera komplicerat än genomet:Mera komplicerat än genomet:

• Alternativ spjälkning av mRNA Alternativ spjälkning av mRNA olika olika proteinerproteiner

• Posttranslationella modifikationerPosttranslationella modifikationer

Proteomik:Proteomik:

• proteiners relativa koncentrationer, proteiners relativa koncentrationer, struktur, förekomst, interaktioner och struktur, förekomst, interaktioner och funktion funktion fenotyp fenotyp