Medicinsk genetik del 1: Introduktion till genetik och medicinsk genetik Niklas Dahrén
Vad menas med genetik och medicinsk genetik? Genetik: Genetik är det samma som ärftlighetslära och handlar om hur egenskaper nedärvs, hur DNA-molekylerna är uppbyggda och fungerar, hur förändringar av generna (arvsanlagen) uppstår och hur biologisk variation uppkommer bland olika arter. Blanda inte ihop genetik med genteknik: Genteknik handlar om de olika tekniker som används för att studera och/eller förändra genetiken hos olika arter. Gentekniken är indelad i fyra olika huvudgrupper: Överföring av gener till organismer (genmodifiering), kloning, genterapi och DNAanalys. Medicinsk genetik: Detta är den del av genetiken som studerar hur genetiska sjukdomar uppkommer och nedärvs.
Kromosom, DNA-molekyl, gen och protein Kromosom DNA-molekyl Gen Protein En kromosom är en DNA-molekyl som är tätt lindad runt olika proteiner (framförallt histoner ). Våra kroppsceller innehåller 23 kromosompar och totalt 46 kromosomer. Våra könsceller innehåller totalt 23 kromosomer (en från varje kromosompar). En DNA-molekyl är en lång molekyl som består av två kedjor/ strängar som är lindade runt varandra i form av en dubbelspiral (dubbel-helix). Mellan de båda kedjorna sitter kvävebaser som fungerar som stegpinnar och håller fast de båda kedjorna i varandra. En gen är en liten bit av en DNA-molekyl. Varje DNA-molekyl innehåller ett stort antal gener. Gen= proteinritning. Det är ordningen av kvävebaser i genen som avgör hur proteinet ska se ut (och därmed också hur proteinet kommer fungera). Proteiner är uppbyggda av en eller flera aminosyrakedjor. Ordningen av kvävebaser i genen avgör vilka aminosyror som ska ingå i proteinet och i vilken ordning dessa ska sitta. Varje protein har en specifik funktion som bestäms utifrån proteinets struktur. Proteiner kan fungera som enzymer, hormoner, receptorer etc.
Proteinernas funktioner Uppbyggnad (kollagen) Hormoner (insulin) Enzymer (laktas) Receptorer (insulinreceptorn) Signalsubstanser (dopamin) Transportörer (hemoglobin) Kanalproteiner (GLUT4) Immunförsvaret (antikroppar)
Hur kan vårt DNA avgöra hur vi ser ut och fungerar? DNA-molekyl DNA-molekyl Gen (proteinritning) Protein Gen mrna Genkopia (mrna) Organismens funktioner, egenskaper och utseende Cellens funktioner, egenskaper och utseende Protein
Biologins centrala dogma DNA (gener) Replikation RNA (mrna, rrna, trna) Transkription Translation Protein
Hur kan generna göra så att två personer ser olika ut och har olika egenskaper/funktioner? Olika genvarianter (alleler) Olika proteiner/proteinvarianter Olika egenskaper, funktioner och utseende
DNA-molekylens uppbyggnad 2 strängar/kedjor: Varje DNA-molekyl består av 2 strängar/kedjor som är virade runt varandra och bildar en s.k. dubbelhelix (dubbelspiral). 4 olika nukleotider: Varje DNA-molekyl är uppbyggd av fyra olika typer av nukleotider som var och en består av en kvävebas, en sockermolekyl (deoxyribos) och en fosfatgrupp. Kvävebaserna heter adenin (A), tymin (T), guanin (G) och cytosin (C). Kvävebaserna binder till varandra: Det är via kvävebaserna som de två strängarna i DNA-spiralen binder till varandra. Kvävebaserna på de båda strängarna binder till varandra med vätebindningar. A och T kan enbart binda till varandra medan G och C enbart kan binda till varandra. Det ser ut ungefär som en repstege där varje stegpinne består av endera A och T eller G och C. När A bundit till T eller G till C kallas det ett baspar. Bildkälla: By Madprime (talk contribs) - Own workithe source code of this SVG is valid.this vector image was created with Inkscape., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1848174
Kromatin, kromosomer och kromatider DNA-molekyl (bild 1): En DNA-molekyl är en lång molekyl som består av två kedjor/strängar som är lindade runt varandra i form av en dubbel-spiral (dubbel-helix). Varje DNA-molekyl innehåller ett stort antal gener. Kromatin (bild 2): Om man tar en DNA-molekyl och lindar den runt ett stort antal proteiner (framförallt histoner) så får man det som kallas för kromatin. Strukturen är väldig lös och vidsträckt (trådliknande). Detta underlättar transkriptionen. Kromosom (bild 3): Om man tar kromatinet och paketerar ihop det mycket tätare (kondenserar det) så får man det som kallas för en kromosom. Kromatinet packas tätare och blir till kromosomer inför celldelningen. Delningskromosom och kromatider (bild 4 och 5): Inför celldelningen så måste kromosomerna replikeras så att det finns en kopia av varje kromosom. Kopiorna av samma kromosom kallas för systerkromatider (eller bara kromatider). De båda systerkromatiderna sitter ihop med varandra och bildar då en X-formad kromosom. Detta kallas för en delningskromosom. Obs. En del använder begreppet kromosom enbart för denna variant och använder istället alltid begreppet kromatin när X-formen inte finns. Skillnaden mellan bild 4 och 5 är enbart packningsgraden av delningskromosomen.
Olika packningsgrad av DNA Bildkälla: By Original uploader was Richard Wheeler at en.wikipedia Transferred from en.wikipedia to Commons by sevela.p., CC BYSA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w /index.php?curid =4017531 DNA-molekyl (ej paketerat DNA) Kromatin (löst paketerat DNA) Kromosom (tätt/hårt paketerat DNA) Delningskromosom (högsta paketeringsgraden och består av 2 systerkromatider)
Människans kromosomer Antalet kromosomer: Människan har 22 homologa kromosompar och 1 par könskromosomer (XX eller XY). Totalt 23 kromosompar och 46 kromosomer. Antalet kromosomer skiljer sig mellan olika arter. Homologa kromosompar: Med homolog menas att kromosomerna innehåller samma typ av gener (kodar för samma egenskaper/ funktioner) och att generna sitter på samma plats på resp. kromosom. Den ena kromosomen i ett homologt par kommer från individens mamma och den andra från individens pappa. X och Y kromosomen är inte homologa utan innehåller olika typer av gener. Autosomala kromosomer (autosomer): Av de 23 kromosomparen är 22 par autosomala (ej könskromosomer). Dessa har beteckningen 1-22 där nr. 1 är de längsta kromosomerna och nr. 22 de kortaste. Könskromosomer: Könskromosomerna räknas som det 23:e kromosomparet men betecknas XX (hos kvinnor) och XY (hos män).
Könskromosomerna Kromosomuppsättningen (karyotypen) hos flickor resp. pojkar: Flickor har i regeln kromosomuppsättningen XX medan pojkar har XY. Y-kromosomen är den manliga könskromosomen hos båda däggdjur och groddjur, men inte hos andra djur. Hos fåglarna har hanarna två Z-kromosomer medan honorna har två olika kromosomer; en Z- kromosom och en W-kromosom. Få gener på Y-kromosomen: X-kromosomen innehåller massor med viktiga gener men på Y-kromosomen finns mycket få funktionella gener. Y-kromosomen är också betydligt mindre än X-kromosomen vilket innebär att det räcker med ett ljusmikroskop för att avgöra om en cell kommer från en kvinna eller en man. SRY-genen gör foster till pojkar: Den viktigaste genen på Y-kromosomen är SRY-genen. SRY-genen initierar en händelsekedja vilken leder till ökad produktion av testosteron och sparkar igång utvecklingen till pojkfoster. SRYgenen aktiveras 6-8 veckor in i graviditeten. Det finns flickor med kromosomuppsättningen XY: Mutationer av SRY-genen, så att genen inaktiveras, leder till att fostret inte blir till en pojke trots att den har en Y-kromosom. Istället utvecklas fostret till en fullt normal flicka men med kromosomuppsättningen XY. Detta är inte en sjukdom, och upptäcks inte om man inte utför ett kromosombaserat könstest.
Våra kroppsceller innehåller dubbel uppsättning av alla kromosomer Cellkärna Kromosom 1 från mamma Homologt Kromosompar 1 kromosompar 1 Kromosom 1 från pappa Kroppscell Kromosom 2 från pappa Kromosompar 2 Kromosom 2 från mamma Obs. För enkelhetens skull har jag enbart inkluderat två kromosompar!
Befruktningen skapar dubbel uppsättning av varje kromosom Spermie som innehåller 23 kromosomer (haploid cell) 23 23 Äggcell som innehåller 23 kromosomer (haploid cell) 46 Gameter: Könsceller Befruktad äggcell som innehåller 46 kromosomer (diploid cell)
Diploida och haploida celler Diploida celler: 46 Haploida celler: 23 Dubbel uppsättning kromosomer. Varje kromosom förekommer i 2 upplagor. Enkel uppsättning kromosomer. Enbart en upplaga av varje kromosom. Totalt har dessa celler 23 kromosompar och totalt 46 kromosomer (hos människor). Totalt har dessa celler 23 kromosomer (hos människor). Våra kroppsceller är diploida. Våra könsceller är haploida.
Könsceller bildas i den process som kallas för meiosen Syftet med meiosen: Syftet med meiosen är att bilda könsceller. Stamceller i testiklarna och i äggstockarna genomgår celldelning för att bilda könsceller och denna process kallas för meiosen. Slutresultat av meiosen: 1 diploid stamcell (i äggstockarna eller testiklarna) ger upphov till 4 haploida dotterceller (23 unika kromosomer). Tack vare att mamma- och pappakromosomerna separeras och tack vare s.k. överkorsningar så är alla de 4 dottercellerna genetiskt olika. Det är nödvändigt att våra könsceller har hälften så många kromosomer som övriga celler i kroppen, annars skulle antalet kromosomer i människan fördubblas för varje generation. DNA-replikation A: De 46 kromosomerna replikeras så att en kopia skapas av varje kromosom. Meiosis I B: Överkorsningar sker, sedan separering av mamma- och pappakromosomerna och celldelning 1. Meiosis II C: Separering av systerkromatiderna och celldelning 2.
Våra kroppsceller innehåller dubbel uppsättning av alla gener Kromosompar 1 Dubbel upplaga: Varje kromosom finns i dubbel upplaga och det innebär att även varje gen finns i dubbel upplaga. Samma typ av gener: Kromosomerna i samma kromosompar innehåller alltid samma typ av gener (kodar för samma typ av funktion eller egenskap). T.ex. kan båda kromosomerna innehålla gener som bestämmer vår blodgrupp eller formen på vårt hår (lockigt eller rakt). Varje kromosom kan innehålla över 1000 gener. Homologt kromosompar 1 Gen 1 Gen 2 Locus Gen 1 Gen 2 Locus: Den plats på kromosomen där en specifik gen sitter. Kromosom 1 från mamma Kromosom 1 från pappa
Båda generna i ett genpar kodar för proteiner som påverkar samma typ av egenskap Påverkar samma egenskap/funktion: Båda generna i ett genpar kodar för proteiner som påverkar samma typ av egenskap eller funktion (t.ex. hårets form). Olika genvarianter (alleler) av samma gen: Generna i ett genpar behöver dock inte vara exakt lika, utan de kan ge upphov till lite olika proteiner vilket i sin tur leder till att egenskapen eller funktionen påverkas på lite olika sätt. Det kan alltså finnas olika genvarianter (alleler) av samma gen. Gen 1 i en genvariant (allel) som ger lockigt hår. Homologt kromosompar 1 Båda generna i Gen 1 genpar 1 påverkar samma egenskap (hårets form) Gen 2 Kromosom 1 från mamma Kromosompar 1 Gen 1 Gen 2 Kromosom 1 från pappa Gen 1 i en genvariant (allel) som ger rakt hår. Alleler: Genvarianter av samma gen.
Dominanta och recessiva gener (anlag) Dominanta gener (anlag): Dominanta gener är starka gener som, om de förekommer hos en person, alltid kommer till uttryck. Om en gen är dominant så räcker det att genen finns i enkel uppsättning för att egenskapen ska framträda. Recessiva gener (anlag): Vissa gener är recessiva vilket betyder att de är svaga och inte kommer till uttryck om det finns en dominant gen i samma genpar. Är genen för en specifik egenskap recessiv så måste den finnas i dubbel uppsättning (ärvas från båda föräldrarna) för att egenskapen ska framträda. Dominanta gener bestämmer över recessiva gener: Kombineras en recessiv gen med en dominant så är det helt och hållet den dominanta genen som kommer till uttryck. Varför får inte recessiva gener något genomslag om det finns dominanta gener?: I de flesta fall är dominanta gener fungerande gener medan recessiva gener är förändrade gener som inte bildar något fungerande protein (eller ett mindre fungerande/effektivt protein). Dessa gener kallar vi ofta för defekta gener. Om man har en dominant gen och en recessiv gen så bildas det ändå oftast tillräckligt med fungerande proteiner och därför får inte den recessiva genen någon påverkan på organismen. Har man däremot två recessiva gener för en viss egenskap/funktion, då kommer dessa få betydelse på organismen och t.ex. förändra en viss egenskap eller funktion.
Uppgift 1: Genen för lockigt hår är dominant. Får man lockigt eller rakt hår om man har följande gener?: Kromosompar 1 Lösning: Genen för lockigt hår är dominant så därför kommer personen få lockigt hår. Gen 1 i en genvariant (allel) som ger lockigt hår. Homologt kromosompar 1 Båda generna i Gen 1 genpar 1 påverkar samma egenskap (hårets form) Gen 1 Gen 1 i en genvariant (allel) som ger rakt hår. Gen 2 Gen 2 Kromosom 1 från mamma Kromosom 1 från pappa
Beteckning av dominanta och recessiva gener Dominanta gener skrivs med stor bokstav (t.ex. A och B). Recessiva gener skrivs med liten bokstav (t.ex. a och b). A Homologt kromosompar 1 Gen 1 Kromosompar 1 Gen 1 a Det har ingen betydelse vilken bokstav man väljer förutom att olika gener bör ha olika bokstäver om de omnämns i samma text/uppgift (för att inte blanda ihop dessa). b Gen 2 Gen 2 b Kromosom 1 från mamma Kromosom 1 från pappa
De två generna i samma genpar hamnar i olika könsceller Kroppscell från mamman Kroppscell från pappan Aa Aa A a A a Äggceller som mamman bildar Spermier som pappan bildar Äggcellerna och spermierna kan sedan kombineras på alla möjliga sätt vid befruktningen. I ovanstående exempel kan befruktade äggceller med följande genuppsättning (genotyp) bildas; AA, Aa och aa.
Uppgift 2: Kan en man och en kvinna få barn med rakt hår om mannen har lockigt hår och har generna Aa och kvinnan har lockigt hår och har generna Aa? Lösning: Pappans spermier: Vi gör ett korsningsschema för att lösa uppgiften. Dominanta gener/anlag skrivs alltid först. Mammans äggceller: A a A AA Aa a Aa aa Svar: Ja, sannolikheten är 25 %.
Uppgift 3: Kan en man och en kvinna få barn med rakt hår om mannen har lockigt hår och har generna AA och kvinnan har rakt hår? Lösning: Pappans spermier: Vi gör ett korsningsschema för att lösa uppgiften. A A Dominanta gener/anlag skrivs alltid först. Eftersom kvinnan har rakt hår så måste hon ha genotypen aa. Mammans äggceller: a a Aa Aa Aa Aa Svar: Nej, alla barn kommer få lockigt hår.
Karyotyp, genotyp och fenotyp Karyotyp: Kromosomuppsättningen. Antal (t.ex. 46 st), typ (t.ex. XY eller XX). Genotyp: Genuppsättningen. T.ex. AA eller Aa när det gäller en viss egenskap/funktion. Fenotyp: Funktioner, egenskaper eller ett visst utseende som genotypen ger upphov till. T.ex. rakt hår, blodgrupp AB, eller att man har sjukdomen cystisk fibros.
Homozygot eller heterozygot för en specifik gen Homozygot: Om man är homozygot för en specifik gen så har man två likadana genvarianter (alleler) av genen (homo= lika). Alltså, den genvariant (allel) man har ärvt från sin mamma är exakt likadan som den genvariant (allel) som man har ärvt från sin pappa. Heterozygot: Om man är heterozygot för en specifik gen så har man två olika genvarianter (alleler) av genen (hetero= olika). Alltså, den genvariant (allel) man har ärvt från sin mamma skiljer sig från den genvariant (allel) som man har ärvt från sin pappa. Homozygot Heterozygot Heterozygot Homozygot
Ett genpar bestämmer vilken blodgrupp man får Det vanligaste blodgruppssystemet kallas för ABO-systemet (A, B, noll-systemet). I detta system kan en människa ha blodgrupp A, B, AB eller 0 (noll). Vilken av dessa blodgrupper en människa har bestäms av endast ett genpar (ena genen från mamman och ena genen från pappan).
Det finns tre genvarianter (tre alleler) för egenskapen blodgrupp Det finns tre genvarianter (tre alleler) för egenskapen blodgrupp och dessa brukar betecknas på följande sätt: I A : anlag för blodgrupp A (dominant) I B : anlag för blodgrupp B (dominant) i 0 : anlag för blodgrupp 0 (recessiv)
Genotyper och fenotyper i ABO-systemet Genotyp I A I A I A i 0 I B I B I B i 0 I A I B Fenotyp Blodgrupp A Blodgrupp A Blodgrupp B Blodgrupp B Blodgrupp AB i 0 i 0 Blodgrupp 0
Uppgift 4: Kan en pappa och en mamma få barn med blodgruppen 0 om pappan har blodgrupp A och mamman har blodgrupp B? Lösning: Vi gör ett korsningsschema för att lösa uppgiften. Om det ska vara möjligt så måste båda föräldrarna vara heterozygota och alltså bära på det recessiva anlaget. Vi gör därför ett korsningsschema där vi utgår från det antagandet. Dominanta gener/anlag skrivs alltid först. Mammans äggceller: I B i 0 Pappans spermier: I A i 0 I A I B I B i 0 I A i 0 i 0 i 0 Svar: Ja, och sannolikheten är 25 %,
Viktiga begrepp: Genetik Medicinsk genetik Kromosom Homologa kromosomer Kromatin DNA-molekyl Gen Histoner Nukleotider Kvävebaser Basparning Dubbel-helix Delningskromosom Systerkromatider Meios Autosomer Allel Locus Korsningsschema Diploida celler Haploida celler Protein mrna Homozygot Heterozygot Genotyp Fenotyp Karyotyp Dominanta gener Recessiva gener AB0-systemet Könskromosomer Gameter
Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: http://www.youtube.com/kemilektioner http://www.youtube.com/medicinlektioner