Genetiska sjukdomar och mutationers inverkan - HT2024 PDF

Genetiska sjukdomar och mutationers inverkan Cellens homeostas och dess omgivning HT2024 Katarina Omholt Genetiska sjukdomar Det finns fem huvudgrupper av genetiska sjukdomar: Monogena sjukdomar Polygena sjukdomar Mitokondriella sjukdomar Kromosomavvikelser Förvärvade (icke-ärftliga) gen...

Genetiska sjukdomar och mutationers inverkan Cellens homeostas och dess omgivning HT2024 Katarina Omholt Genetiska sjukdomar Det finns fem huvudgrupper av genetiska sjukdomar: Monogena sjukdomar Polygena sjukdomar Mitokondriella sjukdomar Kromosomavvikelser Förvärvade (icke-ärftliga) genetiska sjukdomar Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 2 Genetiska sjukdomar ▪ Genetiska sjukdomar orsakas av förändringar i arvsmassan/genomet ▪ Genetiska sjukdomar kan vara ärftliga/medfödda eller förvärvade ▪ Ärftliga sjukdomar/medfödda genetiska sjukdomar: Den genetiska förändringen finns i alla kroppens celler ▪ Förvärvade genetiska sjukdomar: Den genetiska förändringen uppstår i somatiska celler under livets gång och finns bara i en begränsad andel av kroppens celler Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 3 Kromosomer hos människa Somatiska celler/kroppsceller 46 kromosomer (23 par) → 22 par autosomala kromosomer → 1 par könskromosomer (XX för kvinnor, XY för män) Könsceller 23 kromosomer → 22 autosomala kromosomer → 1 könskromosom (X eller Y) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 4 Begrepp att ha koll på Genotyp: En individs genetiska uppsättning Fenotyp: En individs egenskaper (yttre, fysiologiska och biokemiska) Locus: Platsen på en kromosom där en viss gen ligger Allel: Olika varianter av en gen Homozygot: De två allelerna i ett allelpar är lika (AA) Heteroygot: De två allelerna i ett allelpar är olika (Aa) ▪ Dominant: Den allel som kommer till uttryck i heterozygoter ▪ Recessiv: Den allel som inte kommer till uttryck i heterozygoter ▪ Codominant: Båda allerna uttrycks i en heterozygot ▪ Homologa kromosomer: Två kopior av en kromosom i en diploid cell. En ärvd från pappan, den andra från mamman. Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 5  Homologa kromosomer Homologa kromosomer Locus Allel A Locus Allel a Homozygot Heterozygot Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 6 Ploidi Ploidi betecknar hur många Polyploidi (en eller flera extra kromosomuppsättningar som kopior av samtliga kromosomer) finns i en cell → Triploidi (23+23+23 kromosomer) Haploida celler (enkel → Vanligt hos växter kromosomuppsättning) Aneuploidi → Könsceller hos människa → Monosomi (enstaka kromosom → Bakterier och arkeér saknas) Diploida celler (dubbel → Trisomi, tetrasomi (enstaka kromosomuppsättning) kromosom finns i extra kopior) → Somatiska celler hos människa Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 7 Mitos vs meios Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 8 Hur uppstår mutationer Punktmutationer ▪ Om skadat DNA inte repareras DNA skador uppstår spontant vid innan DNA:t replikeras kan replikationen mutationer uppstå. Faktorer utifrån orsakar också ▪ Det uppstår kontinuerligt mutationer skador på DNA och ökar risken för i våra celler mutationer → I snitt skiljer sig ca 1/1000 bp → Kemikalier mellan individer → Strålning → SNP (Single nucleotide Eukaryota celler har polymorphism) repartionssystem som reparerar DNA-skador Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 9 Hur uppstår mutationer Kromosomavvikelser Strukturella och numeriska kromosomavvikelser uppstår i första hand vid bildningen av könsceller (meios) eller vid befruktningen Kromosomavvikelser ärvs sällan vidare till nästa generation Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 10 Vilka konsekvenser kan förändringar i vår arvsmassa leda till? Punktmutationer: Många förändringar märks inte av på Mutationer i gener kan leda till att grund av att de finns i icke-kodande proteinet och icke-regulatoriska sekvenser → fungerar på ett lite annat sätt alternativt att mutationen Biologisk/genetisk variation kompenseras av andra gener → inte fungerar alls Mutationer som uppstår i somatiska Cystisk fibros, Sickle cell anemi celler påverkar bara den drabbade → uttrycks i en aktiv form individen och ärvs inte till nästa Cancersjukdomar generation Mutationer som sker i könsceller kan nedärvas till kommande generationer 28 oktober 2024 11 Punktmutationer Punktmutationer inträffar när en nukleotid i DNA:t byts ut mot en annan nukleotid Till punktmutationer räknas också deletion och insertion av en nukleotid i DNA sekvensen Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 12 Punktmutationer Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 13  Punktmutationer och vilka effekter de kan ha Tyst mutation= En punktmutation Frame shift mutation: Insertion som inte leder till någon förändring av eller deletion av en eller två aminosyrasekvensen i det protein nukleotider i DNA:t leder till ett som genen kodar för mRNA med ändrad läsram. Vid Missense-mutation= En translationen av mRNA:t bildas en punktmutation som leder till ett polypeptidkedja med helt andra aminosyrautbyte i det protein genen aminosyror jämfört med den kodar för ursprungliga läsramen. Nonsense-mutation= En punktmutation som leder till bildandet av ett stopkodon. Stopkodonen gör att translationen avslutas i förtid och inget funktionellt protein bildas. 28 oktober 2024 14 Monogena sjukdomar Monogena sjukdomar orsakas Exempel på monogena sjukdomar av mutationer i en enda gen är sicklecellanemi, cystisk fibros, Blödarsjuka (hemofili), Det finns cirka 6000 olika Huntingtons sjukdom monogena sjukdomar Monogena sjukdomar är Genterapi - det finns ovanliga och allvarliga förhoppningar om att metoden 5-7% av befolkningen är kan komma att användas för drabbade behandling av monogena sjukdomar (för muskeldystrofi Tydligt nedärvningsmönster finns redan godkänd (recessivt eller dominant) gentarapibehandling) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 15 Polygena sjukdomar Polygena/multifaktoriella/komplexa Exempel på polygena sjukdomar: sjukdomar åldersdiabetes (diabetes typ 2), En polygen sjukdom orsakas av Alzheimers sjukdom, bröstcancer, mutationer i flera olika gener hjärt- och kärlsjukdomar, astma För utveckling av många polygena sjukdomar spelar även livsstils- och miljöfaktorer in Oklart nedärvningsmönster (sjukdomen ”ligger i släkten”) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 16 Förvärvade genetiska sjukdomar Förvärvade genetiska sjukdomar inkluderar missfall, medfödda missbildningar och cancer Genetiska förändringar som uppkommer under fosterutvecklingen → Missfall → Medfödda missbildningar Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 17 Mitokondriella sjukdomar Mitokondriella sjukdomar orsakas mtDNA ärvs alltid från mamman oftast av mutationer i Exempel på mitokondriella mitokondriens DNA (mtDNA) sjukdomar: Alpers sjukdom, Mitokondriella skjukdomar kan Kearns-Sayres sjukdom också orsakas av mutationer i kärn-DNA som kodar för mitokondriella proteiner Ungefär 1 på 5 000 personer är drabbade av en mitokondriell sjukdom Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 18 Mitokondriedonation Donation av mitokondrier är en godkänd behandling i England Läkartidningen, 2014 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 19 Kromosomavvikelser Numeriska kromosomavvikelser → Avvikelser i antalet kromosomer Kromosomavvikelser är oftast Strukturella medfödda – bildas under meios kromosomavvikelser Kromosomal mosaicism Ibland → Avvikelser i kromosomernas inträffar kromosomavvikelsen uppbyggnad efter att embryot hunnit dela sig Kromosomavvikelser som några gånger och förändringen omfattar en autosomal kromosom finns då inte i alla celler ger allvarligare symtom än Förvärvade kromosomavvikelser avvikelser i könskromosmerna ses i cancer I 50 % av alla tidiga missfall finns allvarliga kromosomavvikleser hos emryot eller fostret Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 20 Numeriska kromosomavvikelser Den vanligaste numeriska kromosomavvikelsen är trisomi 21 (Downs syndrom) → 1-2 barn av 1000 Trisomi 13 (Pataus syndrom), trisomi 18 (Edwards syndrom): barn föds med svåra missbildningar och dör vid tidig ålder Triploidi (69 kromosomer) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 21 Numeriska kromosomavvikelser (könskromosomer) Könskromosomuppsättningen XXX Könskromosomavvikelser → 1/1000 → Medför inte lika allvarliga symtom Könskromosomuppsättningen XYY som kromosomavvikelser som involverar autosomerna → 1/1000 Monosomi X (Turners syndrom) : flickor med avsaknad av en x kromosom 1/2000, infertilitet Könskromosomuppsättningen XXY (Klinefelter syndrom) → 1/700, infertilitet Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 22 Strukturella kromosomavvikelser Deletion Duplikation Inversion Insertion Translokation → Delar av två kromosomer har bytt plats med varandra Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 23 Exempel på strukturella kromosomavvikelser: deletion och translokation Deletion Translokation Duchennes muskeldystrofi: Deletion på X- Burkitt’s lymfom kromosomen Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 24 Nedärvning På 1860-talet beskriver George Mendel principer om nedärvning – Mendels ärftlighetslagar Dominanta och recessiva anlag För att en recessiv allel ska uttryckas fenotypiskt måste genotypen bestå av två likadana recessiva alleler ▪ Studier om nedärvningsmönster bygger på Mendels upptäckter ▪ Bygger på att man kan studera nedärvning av egenskaper (fenotypen), och därifrån dra slutsatser om den genetiska uppsättningen (genotypen) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 25 Nedärvningsmönster Autosomal nedärvning vs X- bunden nedärvning Autosomalt dominant nedärvning Autosomalt recessiv nedärvning X-bunden recessiv nedärvning X-bunden dominant nedärvning (Y-bunden nedärvning) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 26 Autosomalt dominant nedärvning Vid autosomalt dominant nedärvning räcker det med en kopia av den sjukdomsorsakande genen för att sjukdomen ska uppstå Om en förälder bär en sjukdomsorsakande gen är sannolikheten 50% att ärva sjukdomen för både söner och döttrar Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 27 Autosomalt recessiv nedärvning För att en autosomalt recessivt nedärvd sjukdom ska uppkomma måste det finnas en sjukdomsorsakande genförändring i båda allelerna Om båda föräldrarna är friska bärare av varsin sjukdomsorsakande gen är sannolikheten 25% att barnet sjuk. Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 28 X-bundet recessiv nedärvning Sjukdomar med X-bundet recessiv nedärvning drabbar främst män (som endast har en X kromosom) Exempel på sjukdomar: Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 29 X-bundet dominant nedärvning Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 30 Symboler vid pedigreeanalys Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 31 Skrivsätt för diploid organism i A-locus Punnett square Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 32 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet Metoder för att studera genetiska sjukdomar Cytogenetik (kromosomanalys) Nedärvningsmönster Molekylärbiologiska metoder → Genetiska utredningar → Next generation sequencing (NGS) → Realtids-PCR → Whole genome sequencing (WGS) → Fluorescens in situ hybridisering (FISH) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 38 Cancer Cancer En majoritet av all cancer uppstår till följd av förvärvade mutationer i somatiska celler (så kallad sporadisk cancer) En mindre andel (5-10%) av all cancer är ärftlig (anlag för sjukdomen finns i alla kroppens celler) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 40 Gener som är muterade i cancer Generna som är muterade i Exempel på onkogener: KRAS, cancer kan delas in i onkogener NRAS, BRAF, EGFR, KIT, PIK3CA, och tumörsuppressorgener HER2, AKT Onkogener kodar för proteiner Exempel på som stimulerar celldelning och tumörsuppressorgener: p16, p53, tumörsuppressorgener för PTEN proteiner som bromsar celldelning 28 oktober 2024 41 Lungcancer Cirka 5% av alla lungcancertumörer innehåller mutationer i onkogenen EGFR (epidermal growth factor receptor) Mutationerna består av punktmutationer och små insertioner och deletioner Mutationerna resulterar i ett protein (transmembranreceptor) som är konstant aktivt Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 42 Malignt melanom 50-60% av alla maligna melanom är muterade i onkogenen BRAF En majoritet (90%) alla BRAF mutatioenr utgörs av en enda punktmutation (T till A) i position 1799 i BRAF-genen Punktmutation leder till ett aminosyrautbyte i kodon 600 i BRAF-proteinet: V600E Det muterade proteinet (ett kinas) är konstant aktivt Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 43 Rutindiagnostik vid Klinisk patologi I dag ingår det i rutindiagnostiken En patient med en V600E- vid Klinisk Patologi att analysera muterad melanomtumör kan få om tumörvävnad från patienter behandling med läkemedel som med malignt melanom och riktar sig mot det BRAF-muterade lungcancer innehåller BRAF proteinet respektive EGFR mutationer En patient med EGFR-muterad I vilket syfte? lungcancer kan få behandling med Det finns målriktad behandling läkemedel som riktar sig mot det som är specifik mot de muterade EGFR-muterade proteinet proteinerna! Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 44 Mutationsanalys av tumörceller Provtagning av Preparering av prov Extrahering Mutationsanalys biopsi från av DNA från Realtids-PCR tumörvävnaden tumörcellerna Next generation sequencing (NGS) Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 45  Klyvningstal: 9:3:3:1 Karolinska Institutet - ett medicinskt universitet 28 oktober 2024 47