Dina gener kan avslöja hur du bantar bäst I DN beskrivs ett gentest baserat på nedanstående forskningsresultat.

Transkript

1 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Dina gener kan avslöja hur du bantar bäst I DN beskrivs ett gentest baserat på nedanstående forskningsresultat. För ett par år sedan publicerades en artikel i den amerikanska tidskriften JAMA där man hade jämfört hur olika dieter (extrem-lågkolhydrat-, lågkolhydrat-, lågfett-, respektive balanserad diet) under ett år påverkade vikten hos försökspersoner. Resultaten har sedan jämförts med olika genvarianter av proteiner som man vet har betydelse för ämnesomsättningen, och detta ligger nu till grund för ett amerikanskt företag som, mot betalning, gör en genanalys och rekommenderar vilken typ av diet som fungerar bäst för dig när du vill gå ner i vikt. (Det är naturligtvis tveksamt hur bra detta fungerar i nuläget, men konceptet är intressant och i en snar framtid när vi vet mer om olika genvarianters egenskaper kan detta bli mycket användbart.) Kolhydrater, fett och protein har olika energiinnehåll. Fråga 1 (3 poäng): Vad är den molekylära grunden för dessa skillnader? Svar: Dels olika grad av reducering, dels (i livsmedel) binder de vatten i olika grad.

2 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Ett protein vars olika genvarianter undersöks i testet är fettsyrabindande protein. Varianter av detta protein finns i de flesta celler. Fråga 2 (3 poäng): Vilken funktion har denna typ av protein (dvs varför behövs det i cellen)? Svar: Fettsyror är svårlösliga i vatten och behöver därför bindas till ett protein för att kunna transporteras inuti cellen, till den plats där de kan brytas ner eller lagras upp. I frånvaro av fettsyrabindande proteiner kommer fettsyrorna att lösa sig i cellens membraner. Eftersom fettsyror är detergenter (ytaktiva) förstörs då cellmembranen och löses upp.

3 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Fettsyror kan protolyseras. Fråga 3 (2 poäng): Beskriv den reaktionen och förklara hur jämvikten förskjuts beroende på ph i lösningen.

4 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) För att ett biologiskt membran skall fungera måste det vara lagom mjukt och smidigt, men också tätt så att inte cytoplasma läcker ut och omgivningen in. Fråga 4 (4 poäng): Förklara hur det kan reglera hur tätt det är gentemot joner och vatten.

5 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Vi återvänder till en av de gener som ingick i gentestet, nämligen FABP2 (fatty acid-binding protein 2). Pima-indianerna i Arizona är den population i världen som har högst prevalens av icke-insulin beroende diabetes, där mer än hälften av individerna över 35 år har sjukdomen. Forskare har identifierat en polymorfi i FABP2-genen där en alanin (Ala) i kodon 54 är utbytt mot treonin (Thr). Individer som bar en eller två Thr-alleler hade högre insulinkoncentration och lägre glukosupptagshastighet jämfört med Ala-homozygoter. Figuren nedan visar resultatet av en ofta använd metod att analysera förekomsten av en polymorfi, som t ex Ala54Thr i FABP2-genen; siffrorna anger storleken på DNA-molekyler i antal baspar bp 252 bp 161 bp Fråga 5 (4 poäng): Namnge metoden och beskriv de principiella steg som ingår i den. Ge också en tolkning av analysresultatet! Svar: PCR-RFLP (Restriction fragment length polymorphism). PCR-amplifiering av genomiskt DNA. Klyvning med ett restriktionsenzym som enbart klyver den ena varianten (t ex mutant). Separation på agarosgel. Detektion med etidiumbromid och UV-ljus. Figuren visar banden på gelen, där 1 är en homozygot vildtyp, 2 är homozygot mutant och 3 är heterozygot. Mål: PCR från LERN-pyramiden

6 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Vid analys av förekomsten av Ala54Thr-polymorfin hos 1000 individer från Pimaindianbefolkningen konstateras att det finns 500 vildtypshomozygoter, 420 heterozygoter och 80 homozygot mutanta för Thr-allelen. Fråga 6 (2 poäng): Räkna ut allelfrekvensen för de två allelerna. Svar: Ala-allelen finns i två kopior hos de 500 Ala/Ala-homozygoterna = 1000 Ala-allelen finns i en kopia hos de 420 heterozygota Ala/Thr = 420 ( ) / 2000 alleler totalt i befolkningen = 0,71, dvs 71 % av befolkningen bär minst en Ala-allel. Thr-allelen finns hos ( ) / 2000 = 29 %. Mål C11

7 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Fråga 7 (1 poäng): Vad är skillnaden mellan en mutation och en polymorfi? Svar: Om frekvensen av en genetisk förändring är mer än 1 % av befolkningen, så betecknas den som en polymorfi. Mål C2

8 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) En polymorfis betydelse för det protein som bildas varierar beroende på var (i viken position) i genen som förändringen finns. Fråga 8 (4 poäng): Beskriv kortfattat, gärna i punktform, betydelsen av olika positioner och hur proteinet kan påverkas av polymorfin. Svar: I en promotorregion påverkas genuttrycket, i ett intron kan inbindningen av enhancers förändras, i exon/intron övergångar kan splicingen påverkas, i de kodande exonen kan man få direkta ändringar på aminosyrasekvensen, i 3 -änden kan stabiliteten påverkas. Mål C12

9 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Ett annat protein vars olika genvarianter undersöks i gentestet, som beskrevs i inledningen, är PPAR-gamma. PPAR-gamma har betydelse för differentieringen av adipocyter vilket också tyreoideahormon har. Tyreoideahormonreceptorer (TR) och PPAR-gamma är exempel på intracellulära receptorer som binder DNA som dimerer, ofta som heterodimerer. En dimerisingspartner till TR och PPAR-gamma, men också till andra kärnreceptorer, är RXR. Fråga 9 (2 poäng): Vilken betydelse har det för gentranskription att RXR har förmåga att binda flera olika intracellulära receptorer? Svar: Olika receptorer konkurrerar med att binda till RXR och därmed kan effekten av olika hormon på transkriptionsnivå konkurrera. Genom att receptorerna bildar dimerer av olika slag uppnås en större mångfald i gentransktionsmönster jämfört med en situation då alla receptorer endast bildar homodimerer. Mål: C10; Pyramiderna: Gentranskription

10 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) TR binder till DNA i promotorregionen av T3s målgener. I frånvaro av ligand (T3) binder corepressorer, t ex NCoR, till receptorn. Vid ligandbindning släpper co-repressorn från receptorn. Co-repressorer utövar deacetylas-aktivitet. Fråga 10 (2 poäng): På vilket sätt påverkar en co-repressor gentranskription med sin deacetylas-aktivitet? Svar: Negativt laddat DNA binder starkt till positivt laddat lysin i histonernas N-terminala del. Acetylering av lysin innebär minskad positiv laddning och luckrare kromatin, vilket medger plats för det basala transkriptionsmaskineriet och därmed transkription. Deacetylering medför motsatsen. Mål: C10; Pyramiderna: Gentranskription

11 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) I vilken grad TR aktiveras beror till stor del på koncentrationen T3. Fråga 11 (1 poäng): Hur regleras mängden T3 lokalt i vävnaden där hormonet utövar sin aktivitet?

12 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Fråga 12 (4 poäng): Hur regleras koncentrationen av tyreoideahormon på systemisk nivå? Svar fråga 11 och 12: Genom att reglera uttrycket av dejodinaser bestäms hur mycket T4 som omvandlas till T3. T3/T4 syntetiseras i sköldkörteln efter stimulering av TSH som binder till receptorer i cellmembranet. TSH insöndras från adenohypofysen under positiv reglering av TRH från hypotalamus. T3/T4 utövar negativ feedback på hypotalamus och hypofys. I cirkulationen är T4 och T3 starkt bundet till plasmaproteiner, vilket gör att fritt T4/T3 snabbt kan frigöras vid behov.

13 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Ett sätt att gå ned i vikt är naturligtvis att äta mindre. När blodglukosnivån inte kan upprätthållas pga svält tillverkar kroppen ett alternativt bränsle som kan ersätta en del av hjärnans glukosbehov. Fråga 13 (4 poäng): Beskriv hur detta bränsle tillverkas och bryts ned. Svar: Biosyntes: 3 acetyl-coa -> HMG-CoA -> acetoacetat -> 3-hydroxy-butyrat Nedbrytning: 3-hydroxy-butyrat -> acetoacetat -> acetoacetyl-coa; succinyl-coa = CoA donator

14 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Skelettmuskulatur förbränner de hydrofoba aminosyrorna valin, leucin och isoleucin. Fråga 14 (4 poäng): Beskriv hur aminogruppen i dessa syror tas omhand och senare utsöndras. Svar: Transaminering i muskeln med pyruvat som acceptor. Transport av alanin till levern. Transaminering där med 2-ketoglutarat som acceptor. Oxidativ deaminering av glutamat. Syntes av urinämne.

15 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Vi återvänder nu till Anders och Lisa, som tack vare dina undervisningsinsatser i reproduktionsbiologi lyckligt och väl nedkommit med ett välskapt gossebarn. För Anders del innebär föräldraledigheten tid att genomföra en sedan länge planerad fasadrenovering. Både arbete och barnpassning tar mycket tid, varför kosthållet inte blir det bästa - mest stekt ägg och korv. En dag får Anders kraftiga, huggande smärtor under höger revbensbåge och blir även illamående. Lisa, som tycker sig känna igen tecknen på ett gallstensanfall, ringer efter en ambulans. Vid ultraljudsundersökning på akuten ser man en förstorad och inflammatoriskt väggförtjockad gallblåsa innehållande rikligt med konkrement (stenar). Man beslutar därför att göra en cholecystektomi (operera bort gallblåsan). Fråga 15 (2 poäng): Den nu smärtlindrade Anders undrar inför operationen nyfiket hur det kommer sig att man klarar sig utan gallblåsan. Vad skulle du svara? Resonera kring de fysiologiska konsekvenserna av att sakna gallblåsa! Svar: Man klarar sig utmärkt utan gallblåsa så länge utförsgångarna mellan lever och tarm är intakta. Emellertid bortfaller gallblåsans buffrande funktion, vilket gör att de postprandiella (efter måltid) pulsationerna i gallutsöndringen försvinner. Detta innebär att det blir svårare för tarmen att absorbera stora, fettrika måltider, eftersom mängden tillgängliga gallsalter minskar. (Mål: C5)

16 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Anders känner sig tillfreds med svaret och ger sitt samtycke till operation, som genomförs med minimalt snitt. Du står vid såret och håller en hake. Efter en stund kan operatören fingerflinkt lirka ut gallblåsan. Innan du får äran att sluta såret vill hon förvissa sig om att gallvägarna inte tagit skada och gör därför en s.k. cholangiografi (kontraströntgen av gallvägarna som kan utföras under operation). Fråga 16 (2 poäng): Redogör för gallvägarnas anatomi till och med mynningen i tarmen! Förklara även hur utförsgångarna från pancreas sammanhänger med gallvägarna! Rita gärna! Svar: Svaret bör innehålla beskrivning av gallvägsträdet från och med lobus hepatis dx/sin till och med sphincter Oddi/ ampulla Vateri inklusive ductus hepaticus dx/sin, ductus hepaticus comm., ductus cysticus,ductus choledocus, ductus pancreaticus communis (för full poäng även omnämnande av ev. förekomst av ductus pancreaticus accessorius) samt något om sfinkterfunktion/strukturer. (Mål: C5)

17 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Efter tre veckors konvalescens med grönsaksdiet och arbetsabstinens återupptar Anders fasadrenoveringen. Eftersom han kommit efter i tidsplanen, arbetar han hårdare och lyfter tyngre än någonsin förr. Efter en tid börjar han känna tilltagande obehag över operationsärret. När han känner efter, finns där en mjuk knöl som försvinner då han trycker på den. På grund av smärtan söker han vårdcentralen, där man förklarar att han drabbats av ett s.k. ärrbråck, en försvagning i ärret där bukhinnan och underliggande tarmar buktar ut. Fråga 17 (4 poäng): Förklara hur bukhinnan är uppbyggd och vilka olika strukturer den ger upphov till! Redogör för dess embryonala anläggning samt vilka olika relationer bukorganen kan ha till bukhinnan! Svar: Bukhinnan- peritoneum- är ett seröst membran bestående av mesotelceller stammande från lateralplattemesoderm. Detta mesoderm uppdelas under utvecklingen i två lager, peritoneum viscerale respektive parietale, av det intraembryonala coelomet (primordiala tarmvävnaden). Anatomiskt ger bukhinnan upphov till utklädnad av bukhålans väggar samt, i varierande grad, av viscera. Den ger även upphov till mesenterier och en lång rad ligament i bukhålan. Organens förhållande till bukhinnan beskrivs med termerna intra- och retroperitonealt samt sekundärt retroperitonealt. Dessa begrepp måste tydligt definieras. (Mål C5)

18 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Förutsättningen för anläggning av vävnader och organ är en noggrant reglerad celltillväxt. Fråga 18 (5 poäng): Beskriv vad som händer på biokemisk och cellbiologisk nivå när celltillväxt initieras av en tillväxtfaktor, t.ex. platelet-derived growth factor (PDGF). Svar: Membranbundna receptorer som nås av vattenlösliga ligander (tillväxtfaktorer); dimerisering av receptorer; aktivering av kinas genom autofosforylering; tyrosinfosfat; aktivering genom fosforylering av nya substrat i cytoplasman en kaskad som så småningom leder till aktivering av transkriptionsfaktorer som startar cellcykeln. Mål C21

19 Omtentamen Läkarutbildningen T1:B vårterminen (19) Fråga 19 (6 poäng): Beskriv cellcykeln och redogör översiktligt för vad som händer i respektive fas. Ange särskilt några viktiga kontrollsteg som finns för regleringen av den normala cellcykeln. Svar: Cellcykeln inleds med G1-fasen (vilande celler kan befinna sig i G0). Efter stimulering till celltillväxt syntetiseras cyklin D som aktiverar ett par cyklinberoende kinaser som fosforylerar retinoblastomproteinet (Rb). Detta leder till syntes av cyklin E, aktivering av nytt kinas och ytterligare fosforylering av Rb, vilket frigör transkriptionsfaktorn E2F. I G1-fasen finns framför allt två kontrollsteg, dels kan fosforyleringen av Rb inhiberas, vilket stoppar cellcykeln, dels fungerar proteinet p53 som vakt mot att skadade celler fortsätter i cellcykeln. I slutet av G1-fasen syntetiseras cyklin A, som aktiverar kinaser av betydelse för initieringen av S-fasen. I S-fasen replikeras DNA och här finns framförallt kontrollsteg som rättar till de fel som uppstår i samband med replikationen (DNA-reparation). S-fasen tar regelmässigt ca 7-8 timmar för humana celler oavsett proliferationshastighet (total längd på cellcykeln, ca 24 timmar för snabbväxande celler, bestäms i allmänhet av längden på G1- fasen). I G2-fasen förbereds cellerna för mitosen och här finns bl.a. steg som kontrollerar att allt DNA är replikerat. I slutet av G2-fasen syntetiseras cyklin B, som också aktiverar ett kinas, som i sin tur initierar mitosfasen. I mitosfasen (som delas upp i profas, prometafas, metafas, anafas och telofas), kondenseras kromatinet, kärnmembranet bryts ner, centrioler replikeras, kärnspolar bildas och i anafasen separeras systerkromatiderna så att varje dottercell får en komplett kromosomuppsättning. En viktig kontrollfunktion ( metaphase-toanaphase transition ) säkerställer att systerkromatiderna separeras korrekt. I telofasen dekondenseras kromatinet och kärnmembranen återbildas. Samtidigt sker cytokinesen, dvs själva delningen av cellen till de två dottercellerna, som var för sig går in i nästa G1-fas. Mål C21