16.07.2013 Views

3 Genetisk variation

3 Genetisk variation

3 Genetisk variation

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

18209 03.fm7 Page 45 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3<br />

<strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

Søren Nørby<br />

Mutationer – typer og konsekvenser<br />

Menneskets arvemasse er sæde for en meget høj<br />

grad af <strong>variation</strong>, så høj at det med stor sikkerhed<br />

kan forudses at der ikke findes – og aldrig<br />

vil forekomme – to genetisk identiske mennesker,<br />

når undtages individer udviklet fra ét og<br />

samme befrugtede æg (enæggede tvillinger<br />

mv.) samt evt. bevidst »fremstillede« genetiske<br />

kopier1.<br />

<strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong> er sekvens<strong>variation</strong> i arvemassens<br />

DNA. En sådan <strong>variation</strong> kan fremkomme<br />

ved at der dannes ny kombinationer af<br />

allerede eksisterende <strong>variation</strong>, såkaldt rekombination<br />

(se Kap. 2), eller den kan skyldes nyopstået<br />

( de novo)<br />

ændring i DNA-sekvensen,<br />

dvs. mutation således som beskrevet i nærværende<br />

kapitel.<br />

Mutationer kan opstå på forskellig vis, være af<br />

meget forskellig art og omfang og have meget<br />

varierende konsekvenser for cellen/individet.<br />

En mutation kan vedrøre alt lige fra et enkelt<br />

1 Selv i tilfælde af genetisk identitet vil individuelle, tilfældighedsprægede<br />

biologiske udviklingsfænomener, som fx<br />

DNA-rearrangementer i B- og T-lymfocytter og for pigers/kvinders<br />

vedkommende X-kromosom-inaktivering<br />

(kap. 5), samt individuelle psykiske udviklingsforløb og erfaringer,<br />

medvirke til at genetisk identitet som udgangspunkt<br />

ikke vil føre til fænotypisk identitet, hverken fysisk,<br />

psykisk eller adfærdsmæssigt.<br />

Mutationer – typer og konsekvenser<br />

basepar (bp) til DNA-segmenter på flere mio.<br />

bp (Mb), med mikroskopisk synlige ændringer<br />

i antallet og/eller strukturen af et eller flere kromosomer<br />

som de mest omfattende. Denne sidste<br />

form for genetisk <strong>variation</strong> er inkluderet i<br />

begrebet kromosommutationer og behandles i<br />

Kap. 4. I nærværende kapitel behandles de submikroskopiske<br />

mutationer som man, for at<br />

skelne dem fra kromosommutationerne, ofte<br />

kalder genmutationer.<br />

Den nyligt erkendte type genom<strong>variation</strong> der<br />

betegnes large-scale copy number <strong>variation</strong> (LCV),<br />

er beskrevet i Kap. 1, side ##.<br />

Definition<br />

En mutation er en ændring i DNA-sekvensen<br />

som ikke skyldes rekombination. De fleste mutationer<br />

vi møder i dag, er opstået for længe siden<br />

og nedarvet gennem generationer, men der<br />

vil selvsagt fortsat opstå mutationer i arvemassen.<br />

En nyopstået mutation betegnes en nymutation.<br />

Mutationers opståen<br />

I levende organismer vil der uvægerligt opstå<br />

mutationer. Alene fordi en grundlæggende biologisk<br />

proces som DNA-replikation ikke er<br />

fejlfri. Dertil kommer at andre biologiske pro-<br />

45


18209 03.fm7 Page 46 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

cesser der midlertidigt bryder DNA-molekylernes<br />

integritet, såsom overkrydsningerne i meiosen<br />

og evt. somatiske søsterkromatidudvekslinger,<br />

ligeledes er fejlbehæftede1.<br />

»Nedslag« i arvemassen<br />

af virus- og andet DNA bidrager ligeledes<br />

til ny <strong>variation</strong>, og desuden udsættes cellernes<br />

DNA ustandseligt for fysiske og kemiske<br />

beskadigelser som selv omfattende intracellulære<br />

reparationsmekanismer ikke fuldstændigt<br />

formår at ophæve virkningerne af.<br />

De kemiske beskadigelser af DNA’et stammer<br />

fra forskellige stoffer der optages gennem<br />

luftvejene, mave-tarm-kanalen samt evt. huden<br />

og som enten selv er mutationsfremkaldende<br />

(mutagene) eller som omdannes til mutagene<br />

forbindelser efter optagelsen. Fysiske beskadi-<br />

1 Dertil kommer helt specielle typer af somatisk mutation<br />

som de rearrangementer mv. der vedrører DNA-segmenter<br />

som koder for antistoffer og T-celle-receptorer, og som er<br />

et led i differentieringen af hhv. B- og T-lymfocytter.<br />

46<br />

a<br />

b<br />

c<br />

Korrekt parring<br />

Skæv parring<br />

Duplikation<br />

Deletion<br />

Skæv parring i område med duplikation<br />

Figur 3.1 Skæv overkrydsning (unequal crossing-over) mellem parrede DNA-molekyler. De lodrette streger forestiller<br />

kortere identiske eller meget ens nukleotidsekvenser, de mørke segmenter kan være gener.<br />

a viser dels korrekt parring, dels skæv parring.<br />

b viser de to resulterende overkrydsningsprodukter som følge af skæv parring.<br />

c viser at sekvensduplikation giver øgede muligheder for skæv overkrydsning.<br />

gelser skyldes stråling dels fra naturlige kilder<br />

som radioaktive stoffer, solen og det ydre rum,<br />

dels menneskeskabt i form af kosmetisk UVstråling<br />

samt ioniserende stråling anvendt i<br />

diagnostisk eller terapeutisk sammenhæng eller<br />

stammende fra industrielle og militære installationer<br />

og våben.<br />

Langt de fleste mutationer skyldes imidlertid<br />

normalt forekommende biologiske processer,<br />

herunder, som nævnt, replikation og reparation<br />

af DNA. DNA-replikation er en naturnødvendig<br />

forudsætning for celledeling, og DNA-reparation<br />

er en lige så livsvigtig proces i en biologisk<br />

virkelighed hvor der ustandseligt sker fysisk,<br />

kemisk og biologisk betingede beskadigelser<br />

af cellernes arvemasse. Ud over at være ledsaget<br />

af fejlbehæftede reparationsprocesser kan<br />

de DNA-udvekslinger der sker i forbindelse<br />

med meiotiske overkrydsninger og somatiske<br />

søsterkromatidudvekslinger, give anledning til


18209 03.fm7 Page 47 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

a<br />

b<br />

c<br />

AGTGCA<br />

T C A C G T<br />

AGTACA<br />

T C A T G T<br />

AGTGCA<br />

T C A T G T<br />

AGTACA<br />

T C A T G T<br />

AGTACA<br />

T C A T G T<br />

AGTACA<br />

T C A T G T<br />

Figur 3.2 Genkonversion.<br />

a viser parring af to homologe DNA-molekyler hvis<br />

sekvenser afviger fra hinanden i et enkelt basepar.<br />

b Ved overkrydsning sker der brud på DNA-strengene,<br />

og en af strengene i det ene DNA-duplex svinger<br />

over og parrer sig med den komplementære streng<br />

i det andet. Den tilsvarende streng i det andet duplex<br />

nedbrydes. Det nydannede heteroduplex indeholder<br />

en baseparringsfejl, et mismatch, her GT.<br />

Den »forladte« streng er ved DNA-syntese blevet<br />

forsynet med en ny komplementær streng.<br />

c Genkonversionens resultat. Heteroduplexets mismatch<br />

er blevet repareret ved enzymatisk udskiftning<br />

af G med A. Resultatet er at det ene gen er blevet<br />

omdannet til en kopi af det andet. Såfremt heteroduplexets<br />

GT-par var blevet rettet ved udskiftning<br />

af T med C, ville udgangssituationen være blevet retableret,<br />

og der var ikke sket nogen genkonversion.<br />

mutation pga. ‘ skæv overkrydsning’<br />

( unequal<br />

crossing-over)<br />

(Figur 3.1). Endelig kan der som<br />

led i en parring af to kromatiders DNA-molekyler,<br />

den være sig homolog eller ikke-homo-<br />

Mutationstyper<br />

log, ske en såkaldt genkonversion,<br />

dvs. en ikke-reciprok<br />

overførsel af <strong>variation</strong> fra én sekvens<br />

til en anden (Figur 3.2). Homolog genkonversion<br />

er i princippet ikke en mutation,<br />

men en ikke-reciprok rekombination.<br />

Mutationstyper<br />

Genmutationer kan skematisk inddeles i følgende<br />

fire typer: substitution (ændring af et basepar<br />

til et af de tre andre), deletion (tab af et<br />

eller flere basepar), insertion (tilføjelse af et eller<br />

flere basepar, evt. i form af en duplikation)<br />

og inversion (180° drejning af et DNA-segments<br />

orientering i det pågældende DNA-molekyle).<br />

Når der ses bort fra de inversioner der<br />

finder sted i forbindelse med kromosomrearrangementer<br />

(Kap. 4), er inversioner af DNAsekvenser<br />

sjældne og vil ikke blive diskuteret<br />

nærmere (se dog Figur 3.10).<br />

I praksis er det af flere grunde nyttigt at skelne<br />

mellem mutationer der vedrører ét enkelt basepar,<br />

såkaldte punktmutationer (Figur 3.3), og<br />

a<br />

b<br />

5’- A - 3’<br />

3’- T - 5’<br />

5’- G - 3’<br />

3’- C - 5’<br />

5’- AAC - 3’<br />

3’- TTG - 5’<br />

del<br />

ins<br />

5’- C - 3’<br />

3’- G - 5’<br />

5’- T - 3’<br />

3’- A - 5’<br />

5’- AC - 3’<br />

3’- TG - 5’<br />

Figur 3.3 De forskellige typer af punktmutation.<br />

a Substitution. De fire mulige basepar er vist, og med<br />

pile er angivet de mulige veje for substitution. De<br />

lodrette substitutioner er transitioner, mens de<br />

vandrette og diagonale er transversioner.<br />

b Deletion og insertion af et enkelt basepar i en DNAsekvens.<br />

del = deletion; ins = insertion.<br />

47


18209 03.fm7 Page 48 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

andre mutationer. Dette pga. såvel mutationernes<br />

opståen og hyppighed som deres fænotypiske<br />

konsekvenser. Punktmutationer er substitutioner,<br />

deletioner eller insertioner. I det følgende<br />

vil der blive givet eksempler på de forskellige<br />

mutationstyper, mekanismerne bag deres opståen<br />

samt deres fænotypiske konsekvenser. Den<br />

symbolnomenklatur der anvendes ved beskrivelsen<br />

af mutationer, er anført i bogens Appendix,<br />

side ###.<br />

Substitutionsmutationer og deres opståen<br />

Ved en substitutionsmutation udskiftes et basepar<br />

med et af de tre øvrige (Figrur 3.3a). Man<br />

skelner her mellem transition (udskiftning af<br />

purin med purin, og pyrimidin med pyrimidin)<br />

og transversion (udskiftning af purin med pyrimidin,<br />

og omvendt). Selvom der rent skematisk<br />

er dobbelt så mange muligheder for transversion<br />

som for transition, er transition langt<br />

den hyppigste substitutionsform; i mitokondrie-DNA<br />

(mtDNA) er transitioner således ca.<br />

30 gange så hyppige som transversioner.<br />

Den enkeltmekanisme der er årsag til flest<br />

substitutionsmutationer, vedrører sekvensen<br />

5'-CG-3'. Baggrunden herfor er at C i netop<br />

denne sekvens hyppigt er methyleret til 5methylcytosin,<br />

mC<br />

(bemærk at den dobbeltstrengede<br />

sekvens her er palindromisk: den<br />

komplementære streng har samme sekvens,<br />

5'-CG-3', som i tilfælde af methylering også er<br />

5'm 48<br />

CG-3'). Methyleringen er en enzymatisk<br />

betinget modifikation der mange steder i genomet<br />

indgår som led i aktivering/inaktivering<br />

af gener, herunder imprintning (Kap. 15). I den<br />

forbindelse omtales denne dinukleotidsekvens<br />

ofte som CpG, hvor p angiver den fosfatgruppe<br />

der forbinder de to nabonukleotiders deoxyriboser.<br />

Mutationen opstår ved deaminering af 5methylcytosin<br />

til thymin (5-methyluracil), der<br />

ved en efterfølgende DNA-replikation vil dan-<br />

a<br />

b<br />

5’- m C G - 3’<br />

3’- G m C - 5’<br />

5’- m C G - 3’<br />

3’- G m C - 3’<br />

5’- T G - 3’<br />

3’- G m C - 5’<br />

5’-<br />

3’- G T - 3’<br />

mC G - 3’<br />

5’- T G - 3’<br />

3’- A C - 5’<br />

5’- C G - 3’<br />

3’- G m C - 5’<br />

5’-<br />

3’- G C - 5’<br />

mC G - 3’<br />

5’- C A - 3’<br />

3’- G T - 5’<br />

Figur 3.4 Substitution som følge af deaminering af<br />

5-methylcytosin i sekvensen 5'- m CG-3'.<br />

a Substitution af 5'-CG-3' med 5'-TG-3'<br />

b Substitution af 5'-CG-3' med 5'-CA-3'<br />

ne basepar med adenin (Figur 3.4). Da deaminering<br />

er en hyppigt forekommende DNAskade,<br />

er det forståeligt at dinukleotidsekvensen<br />

mCpG<br />

er et hyppigt sæde for mutation, et såkaldtmutationshotspot.<br />

Man har opgjort at<br />

deaminering af 5-methylcytosin i mCpG-se<br />

kvenser er ansvarlig for 20-25% af alle patogene<br />

substitutionsmutationer i proteinkodende sekvenser<br />

hos mennesket, både i kimbanen ( germ<br />

line)<br />

og i somatiske celler. Den samme proces er<br />

givetvis også baggrunden for meget af dén normalgenetiske<br />

<strong>variation</strong> der vedrører et enkelt<br />

basepar, og dermed for mange restriktionspolymorfier<br />

og andre enkeltnukleotidpolymorfier<br />

( single nucleotide polymorphisms,<br />

SNPs – kaldet<br />

‘ snips’;<br />

på dansk: SNP’er) (se afsnittet <strong>Genetisk</strong>e<br />

markører senere i kapitlet).<br />

Øvrige substitutionsmutationer vil typisk<br />

skyldes fejlinkorporering, dvs. indbygning af et<br />

nukleotid med en ikkekomplementær base, under<br />

syntesen af den ny DNA-streng i forbindelse<br />

med replikation og reparation. Den involverede<br />

DNA-polymerase besidder ganske vist en<br />

såkaldt korrekturlæsningsfunktion ( proofreading),<br />

i form af en 3'→5'<br />

exonukleaseaktivitet der


18209 03.fm7 Page 49 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

umiddelbart kan fjerne et evt. fejlinkorporeret<br />

nukleotid, men denne funktion er ikke 100%<br />

effektiv.<br />

Substitutionsmutationers konsekvenser<br />

Konsekvenserne af en substitutionsmutation afhænger<br />

af hvor i arvemassen den sker, og hvilken<br />

substitution der er tale om. Det vil her være<br />

naturligt at tage udgangspunkt i om mutationen<br />

sker i en DNA-sekvens der transkriberes eller<br />

ej. I den forbindelse vil hovedvægten, ligesom i<br />

kapitlet som helhed, blive lagt på patogene mutationer.<br />

Hvis man ser bort fra mitokondriegenomet<br />

(Kap. 1, side ##fff), er det alene de proteinkodende<br />

gener som er aktuelle når talen er om<br />

patogene mutationer. De nukleære rRNA-,<br />

tRNA- og andre ikke-mRNA-gener er multikopi-gener,<br />

og man kender ikke eksempler på<br />

patogene substitutionsmutationer heri.<br />

Mutation i ikketranskriberede sekvenser<br />

Både nær ved og fjernt fra et givet gen er der<br />

ikketranskriberede sekvenser af væsentlig betydning<br />

for genets transkription. Det drejer sig<br />

om sekvenser der tjener som bindingsområder<br />

for generelle og specielle transkriptionsfaktorer<br />

– både fremmende og hæmmende. Umiddelbart<br />

opstrøms for genet er promotorregionen,<br />

dvs. bindingsområdet for transkriptionsenzymet<br />

RNA-polymerase, med TATAog<br />

CAAT-bokse eller – for de såkaldte husholdningsgener<br />

( house-keeping genes)<br />

– med særligt<br />

GC-rige sekvenser som fx 5'-GGGCGG-3'<br />

(se Kap. 1, side ##). Andre transkriptionsregulerende<br />

sekvenser, enhancer-<br />

og silencersekvenser (bindingsområder for hhv. transkriptionsfremmende<br />

og transkriptionshæmmende proteiner),<br />

kan være beliggende mange tusind basepar<br />

fra det gen hvis transkription de influerer.<br />

Mutationer der berører transkriptionsregulerende<br />

sekvenser kan bevirke stærkt nedsat, evt.<br />

Mutationstyper<br />

ophævet, transkription af det tilsvarende gen,<br />

eller evt. et fast, unormalt højt transkriptionsniveau.<br />

De fleste nukleotider i ikketranskriberede<br />

DNA-sekvenser er imidlertid uden kendt funktionel<br />

betydning, og mutationer heri vil i givet<br />

fald kun bidrage til den normalgenetiske <strong>variation</strong>.<br />

Det er her, foruden i de ikkefunktionelle<br />

områder af intronsekvenserne, man finder dén<br />

store sekvens<strong>variation</strong> der finder anvendelse<br />

som DNA-markører – i form af enten enkeltnukleotidpolymorfier<br />

(‘ snips’)<br />

eller tandem repeat-polymorfier<br />

(se senere).<br />

Mutation i transkriberede sekvenser<br />

Der er to væsensforskellige hovedtyper af patogene<br />

substitutionsmutationer i den transkriberede<br />

del af et proteinkodende gen i kernegenomet:<br />

Kodonmutationer og splejsningsmutationer.<br />

Desuden skal – for en fuldstændigheds<br />

skyld – nævnes mutationer der rammer polyadenyleringssignalet<br />

eller de 5'- og 3'-utranslaterede<br />

sekvenser (UTR) i mRNA’et (Kap. 1).<br />

Boks 3.1 resumerer disse mutationer. Splejsningsmutationer<br />

er illustreret i Figurerne 3.5,<br />

3.6 og 3.7, men kræver en lidt uddybende omtale.<br />

Splejsningsmutationer<br />

Splejsningsmutationer vil typisk være mutationer<br />

der rammer et af de for splejsningen helt nødvendige<br />

nukleotider i intron-endernes splejsningssekvenser<br />

( splice sites):<br />

GT i 5'-enden (donorsekvensen),<br />

AG i 3'-enden (acceptorsekvensen)<br />

(Figur 3.5). Disse sekvenser er så vigtige for normal<br />

splejsning at de ofte betegnes som kanoniske,<br />

eng. canonical (se Kap. 1, Figur 1.15, for en fuldstændig<br />

angivelse af splejsningssekvenserne).<br />

Konsekvensen af mutation heri er at cellekernens<br />

splejsningskompleks (splejsosomet, the spliceosome)<br />

‘ignorerer’ den pågældende sekvens i præ-mR-<br />

NA’et. Dette kan have forskellige følger som un-<br />

49


18209 03.fm7 Page 50 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

50<br />

a.<br />

Intron 1<br />

Exon 1<br />

GU AG<br />

Normal splejsning<br />

Intron 1<br />

Exon 1<br />

GU AC<br />

mutation i acceptorsignal umuliggør normal splejsning<br />

b.<br />

Intron 1<br />

Exon 1<br />

GU AG<br />

Normal splejsning<br />

Intron 1<br />

Exon 1<br />

GU AC<br />

Exon skipping<br />

Intron 1<br />

Exon 1<br />

GU AG<br />

Exon skipping<br />

c.<br />

Exon 2<br />

Exon 2<br />

Exon 2<br />

Exon 2<br />

Exon 1 Intron 1 Exon 2<br />

GU UUUUAGG AC<br />

Exon 1<br />

GU<br />

Intron 1<br />

Exon 2<br />

Exon 2<br />

AC CUCCAGG<br />

Intron 2<br />

Exon 3<br />

GU AG<br />

Intron 2<br />

Exon 3<br />

GU AG<br />

Intron 2<br />

Exon 3<br />

CU AG<br />

Figur 3.5 Splejsningsmutation.<br />

a Udsnit af et præ-mRNA-molekyle. Der er angivet to exons og den mellemliggende intron. I intronen er anført de kanoniske<br />

baser i donor- og acceptorsekvenserne, hhv. GU og AG.<br />

En G→C transversion i intronens acceptorsekvens umuliggør dens udsplejsning, og resultatet bliver at mRNA’et indeholder<br />

hele intron 1.<br />

b Exon skipping. Mutation i første introns acceptorsekvens eller i anden introns donorsekvens resulterer i begge tilfælde<br />

i at exon 2 opfattes som intronsekvens og splejses ud sammen med begge introner.<br />

c Splejsning vha. kryptisk acceptorsekvens pga mutation i den normale acceptorsekvens.<br />

1 Den kryptiske intronacceptor bruges med det resultat at 3'-delen af intron 1 indgår i en udvidet exon 2.<br />

2 Den kryptiske exonacceptor bruges med det resultat at 5'-delen af exon 2 splejses ud sammen med intron1, og<br />

exon 2 reduceres.


18209 03.fm7 Page 51 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

Dannelse af ny splejsningssekvens ved mutation<br />

Exon 1<br />

Intron Exon 2<br />

GU UCCUUUACG AG<br />

Normal splejsning<br />

Exon 1<br />

Intron Exon 2<br />

GU UCCUUUAGG AC<br />

Fejlsplejsning pga. intronmutation<br />

Figur 3.6 Splejsning af mRNA<br />

Dannelse af splejsningssekvens ved punktmutation.<br />

En ikke-aktiv sekvens i intron1 ændres til en (potentiel)<br />

acceptorsekvens ved en substitutionsmutation C→G<br />

hvorved det kanoniske dinukleotid AG (med forudgående<br />

pyrimidinsekvens) opstår.<br />

der alle omstændigheder vil kunne resultere i en<br />

helt forkert mRNA-sekvens, og dermed i en helt<br />

forkert aminosyresekvens i det protein der måtte<br />

komme ud af translationen. Udsplejsningen af<br />

den pågældende intron kan falde bort (Figur<br />

3.5a), men der kan også ske det at splejsosomet<br />

udnytter intronens ikkemuterede splejsningsse-<br />

Mutationstyper<br />

kvens i kombination med den nærmeste anden<br />

acceptable donor- eller acceptorsekvens. Dette<br />

kan være splejsningssekvensen i en nabointron<br />

hvilket vil føre til udsplejsning af den mellemliggende<br />

exon ( exon skipping)<br />

(Figur 3.5b) og dermed<br />

til en forudsigeligt afkortet proteinkodende<br />

mRNA-sekvens; denne vil tilmed ofte være sæde<br />

for et læserammeskift ( frameshift),<br />

idet flertallet af<br />

exons har en længde som ikke er et multiplum af<br />

3 bp; bortfald af en exon vil derfor forskyde læserammen<br />

for den translaterede mRNA-sekvens ét<br />

eller to nukleotider. En anden mekanisme er den<br />

at den resterende, normale splejsningssekvens udnyttes<br />

sammen med en anden intron- eller exonsekvens<br />

der minder tilstrækkeligt om en splejsningssekvens<br />

til at blive anvendt, når det normale<br />

‘signal’ er forsvundet. En sådan sekvens der pga.<br />

mutation andetsteds bliver aktiv i splejsningsprocessen,<br />

betegnes en kryptisk splejsningssekvens<br />

eller et kryptisk splice site (Figur 3.5c).<br />

Også mutation uden for de nævnte sekvenser<br />

kan ændre splejsningen hvis der – pga. de omgivende<br />

nukleotider – ved mutationen opstår<br />

en sekvens der ligner en donor- eller acceptor-<br />

a. Udsnit af DNA- og aminosyresekvens for normalt ß-globin<br />

-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Ar<br />

-GTTGGTGGTGAGGCCCTGGGCAGgttggtatcaaggttac<br />

Exon 1 Intron 1<br />

b. Same sense-mutation som skaber et nyt splejsningssted<br />

-Val-Gly-frameshift<br />

-GTTGGAGGTGAGGCCCTGGGCAGgttggtatcaaggttac<br />

Figur 3.7 Same sense-mutation som splejsningsmutation.<br />

Den viste kodonmutation (GGT → GGA) ændrer ikke i sig selv aminosyresekvensen (Gly → Gly), men bevirker at der<br />

opstår en ny donor-splejsningssekvens ved det understregede GT-dinukleotid. En del af præ-mRNA’et vil fejlsplejses<br />

med afkortet exon 1 og læserammeskift (frameshift) til følge.<br />

Resultatet bliver nedsat syntese af β-globin, og mutationen er en af de mange der er årsag til β + -talassæmi.<br />

51


18209 03.fm7 Page 52 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

Boks 3.1 Punktmutationers konsekvenser, afhængigt af hvilken type sekvens der muterer<br />

Transkriberet<br />

sekvens så meget at den inddrages i splejsningsprocessen<br />

(Figur 3.6 og 3.7).<br />

Afhængigt af den endelige sekvensændring i<br />

det modne mRNA kan virkningen af en splejsningsmutation<br />

være mere eller mindre alvorlig,<br />

bl.a. kan den procentdel af præ-mRNA’et der<br />

rent faktisk fejlsplejses variere meget fra mutation<br />

til mutation.<br />

Konsekvenser for gen-ekspressionen<br />

De umiddelbare konsekvenser på transkriptions-<br />

og translationsniveau er kort resumeret i<br />

Boks 3.1 og vil blive uddybet nedenfor. Hvad<br />

angår konsekvenser på celle/organismeniveau,<br />

herunder patogentiske mekanismer og arvegange<br />

for de resulterende sygdomme henvises til<br />

Kap. 5, side ##, afsnittet Arvegangens biokemiske<br />

baggrund.<br />

Mutation i en transkriberet DNA-sekvens<br />

kan udmærket være fænotypisk neutral og dermed<br />

alene bidrage til den normalgenetiske <strong>variation</strong>.<br />

Mutationen betegnes i så tilfælde som<br />

52<br />

Sekvenstype Konsekvenser<br />

Exon<br />

Intron<br />

Translateret<br />

(kodonmutationer)<br />

Ikke-translateret<br />

Splejsningssekvens<br />

Ikke splejsningssekvens<br />

Ikke-transkriberet Promotor o.a. regulerende<br />

sekvenser<br />

Same sense (synonym) ny kodon, samme aminosyre<br />

Missense ny kodon, ny aminosyre<br />

Nonsense fra aminosyrekodon til stopkodon<br />

Readthrough fra stopkodon til aminosyrekodon<br />

Evt. ændret genekspression, mgl. poly(A)-hale<br />

Ændret splejsning, frameshift evt. exon skipping<br />

Evt. dannelse af splejsningssekvens, ændret splejsning<br />

Ændret genekspression<br />

stum ( silent mutation).<br />

Dette gælder i almindelighed<br />

for mutationer i de ikketranslaterede sekvenser<br />

uden for splejsningssekvenserne og for<br />

de kodonmutationer som ikke ændrer den pågældende<br />

kodons funktion og derfor betegnes<br />

same sense-mutationer,<br />

også kaldet synonyme<br />

mutationer (se dog eksemplet i Figur 3.7). Missense-mutationer<br />

hvor aminosyreændringen ikke<br />

har betydning for polypeptidets funktion,<br />

kan også karakteriseres som fænotypisk stumme.<br />

Dette er typisk tilfældet når de to aminosyrers sidekæder<br />

har ens fysisk-kemiske egenskaber og<br />

er baggrunden for størstedelen af de klassiske genetiske<br />

polymorfier på proteinniveau1 .<br />

Missense-mutationer er imidlertid meget hyppige<br />

blandt de patogene mutationer. Dette<br />

1 Ændring af en aminosyres sidekæde efter indbygning i polypeptidet<br />

(såkaldt posttranslationel modifikation) kan være<br />

en kilde til usikkerhed i fortolkningen af det endelige resultat<br />

af en missense-mutation som man entydigt har karakteriseret<br />

på DNA-niveau. Man kender fx hæmoglobinvarianter<br />

hvor der posttranslationelt systematisk er sket<br />

deamidering af en given asparaginrest til aspartat.


18209 03.fm7 Page 53 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

a. Normal replikation<br />

skyldes dels punktmutationers, og især substitutionsmutationers,<br />

høje hyppighed blandt mutationer<br />

i det hele taget, dels de mange muligheder<br />

for substitution af en funktionelt vigtig aminosyre<br />

med en ufunktionel – eller substitution<br />

af en ikke nødvendigvis funktionelt vigtig aminosyre<br />

med én der tilfører polypeptidet nogle<br />

strukturelt og/eller funktionelt skadelige egenskaber.<br />

Det er imidlertid ikke altid let at afgøre<br />

om en missense-mutation man finder i et givet<br />

sygdomsgen nu også er den patogene mutation<br />

(se afsnittet Normal variant eller patogen mutation?,<br />

side ##).<br />

Splejsningsmutationers fænotypiske konsekvenser<br />

er som oftest alvorlige, idet de sædvanligvis<br />

medfører større ændringer i det pågældende<br />

mRNA’s åbne læseramme og dermed i<br />

polypeptidets aminosyresekvens. Hvor alvorlige<br />

konsekvenserne er, afhænger bl.a. af 1) den<br />

procentdel af transkripterne der fejlsplejses,<br />

2) mutationens beliggenhed proksimalt eller distalt<br />

i genet, og 3) om fejlsplejsningen medfører<br />

et læserammeskift. Når der ses bort fra mutati-<br />

Mutationstyper<br />

5’ CAGCAGCAG 3’<br />

3’ GTCGTCGTC 5’<br />

b. Backward slippage<br />

CAG<br />

Repeat<br />

5’ CAGCAGCAG 3’<br />

3’ GTCGTCGTC 5’<br />

c. Forward slippage<br />

5’ CAGCAG 3’<br />

3’<br />

GTCGTC 5’<br />

GTC<br />

Figur 3.8 Replication slippage. Ændring i antallet af trinukleotidrepeats.<br />

a Normal replikation; DNA-syntese i retningen 5'→3'.<br />

b ‘Udbuling’ af den ny streng (backward slippage) medfører insertion.<br />

c ‘Udbuling’ af den gamle streng (forward slippage) medfører deletion.<br />

oner der rammer de helt centrale (kanoniske)<br />

nukleotider i splejsningssekvenserne (Figur<br />

3.5), vil en splejsningsmutation ofte tillade at en<br />

større eller mindre procentdel af transkriptet<br />

undergår normal splejsning (se også figur 3.7).<br />

Sådanne mutationer vil altså i nogen grad være<br />

‘lække’ (leaky). I mere formel genetisk terminologi<br />

kan man sige at en sådan mutation ikke udviser<br />

fuld ekspressivitet, hvilket igen kan vise sig<br />

som nedsat penetrans på dét fænotypiske niveau<br />

hvor det drejer sig om karakterisering af en person<br />

som værende syg eller rask.<br />

Deletions- og insertionsmutationer og<br />

deres opståen<br />

Mekanismen bag en given mutation kan ifølge<br />

sagens natur ikke afklares med sikkerhed. Der<br />

er imidlertid to typer af mekanismer som antages<br />

at ligge til grund for de fleste tilfælde af deletion/insertion,<br />

også dem der involverer mere<br />

end et enkelt basepar (se afsnittet Andre mutationer,<br />

side ##): dels ‘skred’ under DNA-replikationen<br />

(replication slippage, Figur 3.8), dels<br />

53


18209 03.fm7 Page 54 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

skæv overkrydsning (unequal crossing-over, Figur<br />

3.1), meiotisk eller somatisk.<br />

Under replikation af DNA kan enten den<br />

gamle eller den ny streng antage en sådan konformation<br />

– ‘udbuling’ – at et eller flere af dens<br />

nukleotider ikke baseparrer med den komplementære<br />

streng (Figur 3.8). Hvis konformationsændringen<br />

rammer skabelonstrengen (template-strengen),<br />

vil den nysyntetiserede streng<br />

komme til at mangle et tilsvarende antal nukleotider,<br />

og efter endnu en replikationsrunde vil<br />

det pågældende dattermolekyle have en deletion.<br />

Er det derimod den ny streng der ‘buler<br />

ud’, vil resultatet blive en insertionsmutation.<br />

Ved »skæv overkrydsning« forstår man en<br />

overkrydsning mellem homologe DNA-molekyler<br />

der er parret mere eller mindre forskudt i<br />

forhold til den perfekte homologe parring (Figur<br />

3.1). Resultatet bliver at det ene DNA-molekyle<br />

kommer ud af overkrydsningen med en<br />

deletion, mens det andet har fået en insertion af<br />

54<br />

a. Normal parring af kromosomerne i meiosen<br />

PMP22<br />

PMP22<br />

1,5 Mb<br />

b. Skæv parring og overkrydsning<br />

PMP22<br />

PMP22<br />

PMP22 PMP22<br />

Figur 3.9 Duplikation/deletion af et stort område i kromosom 17. PMP22 er genet for perifert myelin-protein (peripheral<br />

myelin protein), en vigtig komponent i perifere nervers marvskeder.<br />

A Normal parring af normale kromosomer i den pågældende region.<br />

B Skæv overkrydsning som resulterer i (1) duplikation (Charcot-Marie-Tooths sygdom)<br />

(2) deletion (HNPP, hereditary neuropathy with pressure palsies)<br />

+<br />

samme størrelse, i form af en sekvensfordobling<br />

(duplikation). Begge typer mutation kan være<br />

patogene (Figur 3.9). Der er ingen tvivl om at<br />

sandsynligheden for skæv overkrydsning stiger<br />

som følge af sekvensduplikation der jo resulterer<br />

i nabostillede identiske – eller meget nær<br />

identiske – sekvenser, og at der således er et<br />

selvforstærkende element i denne proces (Figur<br />

3.1c). Skæv overkrydsning vil også fremmes<br />

hvis der af andre årsager i et givet område er to<br />

eller flere ens DNA-sekvenser som fx nogle af<br />

de højt repeterede Alu- eller Kpn-repeats (se<br />

nedenfor). Dette kan i visse tilfælde give anledning<br />

til inversionsmutation, her illustreret ved<br />

den mutation som er årsag til ca 40% af alle tilfælde<br />

af svær hæmofili A (Figur 3.10).<br />

Ud over at ligge bag både visse patogene mutationer<br />

og genetiske markørsystemer (se afsnittet<br />

<strong>Genetisk</strong>e markører og markøranalyser, side<br />

##) har sekvensduplikation – herunder genduplikation<br />

– givetvis været en væsentlig faktor i


18209 03.fm7 Page 55 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

tel<br />

tel 22<br />

genomets vækst og differentiering gennem<br />

evolutionen.<br />

Deletions- og insertionsmutationers<br />

konsekvenser<br />

Det vigtigste der er at sige om deletion hhv. insertion<br />

af et enkelt basepar eller to, er at læserammen<br />

i mRNA’et ændres hvis mutationen<br />

sker i den translaterede del af et gen. Som tidligere<br />

nævnt betegnes en sådan mutation en frameshift-mutation<br />

og er ifølge sagens natur sædvanligvis<br />

ødelæggende for det pågældende polypeptid<br />

og dets funktion. Dels ændres aminosyresekvensen<br />

fra, og ofte med, den aminosyre<br />

hvis kodon er sæde for mutationen, dels bliver<br />

polypeptidet næsten altid kortere end normalt<br />

(trunkeret), pga. optræden af en for tidlig (præmatur)<br />

stopkodon i den ny læseramme. Resultatet<br />

kan blive at det pågældende mRNA nedbrydes<br />

inden translation (se afsnittet Nonsensmedieret<br />

mRNA-nedbrydning, nedenfor),<br />

eller at der syntetiseres et ikke-funktionelt protein<br />

der formentlig ofte vil blive nedbrudt i<br />

cellen hurtigt efter syntesen. Funktionelt vil si-<br />

1<br />

Exon nr.<br />

Mutationstyper<br />

22 23 26 cen<br />

x<br />

Intrakromatid-parring og overkrydsning<br />

mellem repeatsekvenser<br />

1 23 26 cen<br />

Figur 3.10 Skitse af dannelse af et inversionsbrud i genet F8 for koagulationsfaktor VIII.<br />

I F8-genets intron 22 ligger et lille gen, F8A (pil), der transkriberes i modsat retning af F8-genet. F8A-genets sekvens<br />

er meget lig sekvensen af to DNA-sekvenser opstrøms (to pile), og dermed også telomert, for F8-genet. Der kan derfor<br />

ske parring og overkrydsning mellem disse næridentiske sekvenser inden for samme kromatid, hvilket vil resultere i<br />

inversion af 5'-delen af F8-genet, til og med exon 22.<br />

tuationen i så fald være den samme som hvis<br />

genet manglede. Insertion/deletion af tre basepar,<br />

eller et multiplum heraf, i den translaterede<br />

del af et gen vil ikke ændre læserammen,<br />

men bevirke insertion/deletion af én hhv. flere<br />

aminosyrer i polypeptidet med de konsekvenser<br />

det måtte have for stabilitet og/eller funktion.<br />

Hvad angår deletion/insertion i ikke-translaterede<br />

dele af transkriberede sekvenser samt i<br />

ikke-transkriberede sekvenser, afhænger konsekvensen,<br />

ligesom for substitutionsmutationernes<br />

vedkommende, af evt. tab eller erhvervelse<br />

af funktion som følge af sekvensændringen.<br />

Følger af en for tidligt optrædende<br />

stopkodon<br />

Nonsens-medieret mRNA-nedbrydning<br />

Introduktion af en for tidligt optrædende stopkodon<br />

i mRNA, pga. enten nonsensmutation<br />

(aminosyrekodon → stopkodon) eller frameshift,<br />

har vist sig i de fleste tilfælde at føre til<br />

nedbrydning af det resulterende mRNA, inden<br />

55


18209 03.fm7 Page 56 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

translation. Der foregår i cellekernen en form<br />

for overvågning af transkripterne og nedbrydning<br />

af mRNA’er med for tidlig stopkodon,<br />

såkaldt nonsens-medieret mRNA-nedbrydning<br />

(nonsense-mediated mRNA decay, NMRD).<br />

Derved undgås en mulig dominant-negativ<br />

virkning (Kap. 5, side ##ff) af det pågældende<br />

translationsprodukt.<br />

Exon skipping<br />

I nogle tilfælde fører en nonsensmutation til<br />

udsplejsning af den tilsvarende exon. Derved<br />

undgår translationen den pågældende stopkodon,<br />

men exon skipping vil, som tidligere nævnt,<br />

ofte resultere i frameshift. Translation vil under<br />

næsten alle omstændigheder føre til dannelse af<br />

et afkortet (trunkeret, truncated) polypeptid der<br />

ofte vil blive nedbrudt i cellen.<br />

Andre mutationer<br />

Som anført i kapitlets indledning betyder ‘andre<br />

mutationer’ her mutationer som ikke er punktmutationer;<br />

dvs. mutationer der vedrører mere<br />

end et enkelt basepar i den pågældende DNAsekvens.<br />

I praksis vil det sige deletions- og insertionsmutationer<br />

som kan vedrøre lige fra to<br />

basepar til flere millioner basepar. I denne blandede<br />

samling af mutationer er der en gruppe insertionsmutationer<br />

der skiller sig ud som særlig<br />

interessante i medicinsk-genetisk sammenhæng,<br />

og som derfor vil blive omtalt for sig: de<br />

såkaldt dynamiske mutationer (se i øvrigt Kap.<br />

14 og 15).<br />

‘Dynamiske mutationer’<br />

Det kom som en stor overraskelse da det i begyndelsen<br />

af 1990’erne blev klart at de mutationer<br />

der ligger til grund for visse monogene<br />

sygdomme, bl.a. chorea Huntington (Kap. 14)<br />

og fragilt X-syndrom (Kap. 15), ikke er simple<br />

substitutioner, deletioner eller insertioner. Mutationerne<br />

viste sig at være en forøgelse af antal-<br />

56<br />

let af nogle på hinanden følgende gentagelser<br />

(tandem repeats) af sekvenser på tre basepar, såkaldte<br />

trinukleotidrepeats (Kap. 14). Baggrunden<br />

for at betegne de pågældende mutationer<br />

som ‘dynamiske’, er at forøgelsen af repeat-antallet<br />

kan ske sekventielt over flere generationer,<br />

og at mutationens ekspressivitet derved også<br />

kan ændres fra den ene generation til den næste.<br />

Det typiske er at ekspressiviteten øges så det<br />

kliniske sygdomsbillede bliver mere alvorligt og<br />

manifesterer sig tidligere i de senere generationer,<br />

et indtil da kendt, men uforstået og af mange<br />

betvivlet fænomen som har betegnelsen<br />

anticipation (anticipation, foregriben) (Kap. 14).<br />

Der er tale om at der et bestemt sted i det pågældende<br />

gen normalt forekommer et varierende,<br />

mindre antal tandemgentagelser af en bestemt<br />

sekvens af tre basepar. Fra den ene generation<br />

til den næste kan antallet af tandemgentagelser<br />

undergå en sommetider betydelig forøgelse<br />

eller ekspansion, hvilket som nævnt kan<br />

fortsætte gennem flere generationer; men der er<br />

dog også set eksempler på reduktion i antallet af<br />

repeats.<br />

Der er to mekanismer som må antages at være<br />

ansvarlige for langt de fleste af disse og andre<br />

deletions- og insertionsmutationer, nemlig dels<br />

det tidligere omtalte ‘skred’ under DNA-replikation<br />

(replication slippage) (Figur 3.8), dels skæv<br />

overkrydsning (unequal crossing-over) (Figur<br />

3.1).<br />

Insertion ved transposition<br />

Menneskets genom indeholder tusindvis af kopier<br />

af forskellige, kortere eller længere DNAsekvenser<br />

som er i stand til blive kopieret videre<br />

til andre steder i genomet, via revers transkription<br />

af deres egne transkripter og insertion af de<br />

pågældende cDNA-molekyler hvor som helst i<br />

genomet (se også Kap. 1, afsnittet Intersperced repeats,<br />

side ##). Der er tale om to større klasser<br />

af den slags repeterede DNA-sekvenser: SINEs


18209 03.fm7 Page 57 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

(Short Interspersed Nuclear Elements) og LINEs<br />

(Long Interspersed Nuclear Elements). Den mest<br />

fremtrædende repræsentant for de korte sekvenser<br />

er de tidligere nævnte Alu-repeats på<br />

ca. 300 bp og med op til 1 mio. kopier i det<br />

haploide genom. Prototypen på en lang repeteret<br />

sekvens er Kpn-repeatet, også kaldet LINE-<br />

1 (L1), på ca. 6 kb og med op til 1 mio. kopier<br />

i det haploide genom (Alu hhv. Kpn henviser til<br />

at disse sekvenser oprindeligt blev karakteriseret<br />

ved at de kunne kløves med restriktionsenzymet<br />

AluI hhv. KpnI).<br />

Flytning eller kopiering af en sekvens til et<br />

andet sted i genomet betegnes transponering.<br />

Resultatet er en transposition, der jo så vil være<br />

en insertion af den pågældende sekvens i målområdet,<br />

og den transponerede enhed betegnes<br />

en transposon. Hvis det, som det hyppigst synes<br />

at være tilfældet, foregår via et RNA-transkript<br />

og revers transkription heraf, kaldes processen<br />

retrotransponering, resultatet en retrotransposition<br />

og enheden en retrotransposon.<br />

Mange af disse repeterede sekvenser er beliggende<br />

i de ofte lange stræk mellem generne<br />

samt i disses intronsekvenser, men det hænder<br />

at der ved transponering indsættes en sekvens i<br />

et af de translaterede områder. Derved bliver<br />

den pågældende insertion patogen, og genet er<br />

blevet et sygdomsgen.<br />

<strong>Genetisk</strong>e markører og markøranalyser<br />

I videste forstand er en genetisk markør et arveligt<br />

betinget fænotypisk træk som kan bruges til<br />

karakterisering af et individ eller individets arvemasse.<br />

I snævrere forstand, og sådan som begrebet<br />

normalt bruges, er en genetisk markør<br />

en allel i en genetisk polymorfi der derfor også<br />

betegnes et genetisk markørsystem.<br />

De såkaldt klassiske markørsystemer er dem<br />

man kunne analysere for før DNA-teknologiens<br />

gennembrud, hvilket i praksis vil sige ved<br />

analyse på proteinniveau eller på enzympro-<br />

<strong>Genetisk</strong>e markører og markøranalyser<br />

duktniveau. Det drejer sig om normalgenetiske<br />

varianter af proteinkodende gener og omfatter<br />

bl.a. blodtypesystemer som fx AB0-, Rhesusog<br />

MN-systemerne (enzymproduktniveau),<br />

samt proteinvarianter inden for vævstyper<br />

(HLA-systemet), enzymtyper (fx sur fosfatase)<br />

og andre proteintyper, fx serumproteiner som<br />

haptoglobin og transferrin.<br />

I dag anvender man DNA-markører, dvs.<br />

markører hvis alleller er defineret på DNA-niveau<br />

og som identificeres ved DNA-analyse.<br />

Blod- og vævstypeanalyser har selvsagt fortsat<br />

stor praktisk klinisk betydning i forbindelse<br />

med blodtransfusion og organtransplantation,<br />

men også her har udviklingen betydet at man,<br />

for vævstypebestemmelsernes vedkommende,<br />

fokuserer på analyse for den DNA-sekvens<strong>variation</strong><br />

der ligger til grund for antigen<strong>variation</strong>en<br />

og på den yderligere <strong>variation</strong> på DNA-niveau<br />

som sekventeringen af HLA-kompleksets gener<br />

har afsløret.<br />

For alle praktiske formål kan DNA-markører<br />

inddeles i to grupper:<br />

1. Dem der er baseret på <strong>variation</strong> i et enkelt<br />

basepar (SNP’er; single nucleotide polymorphisms,<br />

SNPs også kaldet ‘snips’), og<br />

2. Dem der skyldes <strong>variation</strong> i antallet af nogle<br />

på hinanden følgende gentagelser af kortere<br />

eller længere sekvenser (VNTR’er; Variable<br />

Number of Tandem Repeats).<br />

For dem alle gælder det at de er mendelske<br />

egenskaber (Kap. 5) ligesom de klassiske genetiske<br />

markører. Derfor kan man for hver af dem<br />

definere et locus med to eller flere alleller. Da<br />

analysen af allellerne sker på DNA-niveau, er<br />

de kodominante. Medens SNP’er typisk er<br />

toallel-systemer, er VNTR-markører multiallel-systemer<br />

og derfor meget informative pga.<br />

en meget høj hyppighed af heterozygoti. Det<br />

anslås at der i gennemsnit vil være én SNP for<br />

ca. hver to hundrede basepar, og at der er i tu-<br />

57


18209 03.fm7 Page 58 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

Boks 3.2 <strong>Genetisk</strong>e markører af VNTR-typen a<br />

markørtype repeat-størrelse (bp) antal repeats allel-størrelse (bp)<br />

minisatellit (RFLP) 15-70 50-500 500-25.000<br />

mikrosatellit (STRP) 2-4 5-20 100-400<br />

a VNTR = variable number of tandem repeats, RFLP = restriktionsfragmentlængdepolymorfi, STRP = short tandem repeat polymorphism<br />

sindvis af VNTR-loci, i form af dels minisatellitter<br />

(de ‘klassiske’ VNTR-markører), dels mikrosatellitter<br />

(STR’er eller STRP’er; Short Tandem<br />

Repeats, STRs hhv. Short Tandem Repeat<br />

Polymorphisms, STRPs, som man fristes til at<br />

kalde ‘strips’) (se Boks 3.2).<br />

Den nu i stort omfang forladte, oprindelige<br />

analysemetode til typebestemmelse (allelkarakterisering)<br />

i et givet DNA-markørsystem var en restriktionsanalyse<br />

med udgangspunkt i genomisk<br />

DNA. Analysens første trin var således en fordøjelse<br />

af oprenset prøve-DNA med et bestemt restriktionsenzym.<br />

Markørsystemets alleller blev<br />

derefter karakteriseret ved længden af de fremkomne<br />

DNA-fragmenter (restriktionsfragmenter),<br />

bestemt ved elektroforese mv. i en Southern<br />

blot-analyse, under anvendelse af radioaktiv, eller<br />

på anden måde mærket, probe til hybridisering<br />

med de relevante restriktionsfragmenter. Sådanne<br />

DNA-markører betegnes restriktionsfragmentlængdepolymorfier<br />

(RFLP’er, Restriction<br />

Fragment Length Polymorphisms, RFLPs; undertiden<br />

kaldt ‘riflips’), eller blot restriktionspolymorfier,<br />

og omfatter SNP’er såvel som VNTR’er af<br />

typen minisatellitter.<br />

Efter indføring af PCR-teknik (Polymerase<br />

Chain Reaction) baseres al DNA-markøranalyse<br />

på målrettet opformering af de DNA-segmenter<br />

hvis markøralleller skal karakteriseres. Nyttige<br />

RFLP’er af typen SNP analyseres ved elektroforese<br />

efter restriktionsfordøjelse af det pågældende<br />

PCR-produkt, men mere og mere<br />

benytter man nu som markører de næsten allestedsnærværende<br />

mikrosatellitter, hvis alleller<br />

58<br />

karakteriseres ved direkte størrelsesbestemmelse<br />

af PCR-produkterne, dvs. uden anvendelse af<br />

restriktionsenzymer. Mikrosatellitter er i særlig<br />

høj kurs pga. deres høje informativitet og vidtspredte<br />

udbredelse i genomet, samt det forhold<br />

at allelkarakteriseringen (bestemmelse af PCRprodukternes<br />

størrelse) kan udføres semiautomatisk<br />

ved computer-overvåget elektroforese.<br />

I den kliniske genetik anvender man især de<br />

mikrosatellitter der er baseret på dinukleotidrepeats,<br />

typisk CA-repeats (= TG-repeats). I retsgenetikken,<br />

hvor markørernes beliggenhed i<br />

genomet er underordnet, har man internationalt<br />

lagt sig fast på et bestemt sæt af mikrosatellitter<br />

med repeats på fire basepar som er stabile,<br />

analysemæssigt robuste og samtidig meget informative.<br />

Haplotyper og haplogrupper<br />

Et DNA-segment i en kromosomregion kan<br />

karakteriseres ved den foreliggende kombination<br />

af alleller på de loci, herunder markørloci,<br />

segmentet indeholder. En sådan kombination af<br />

alleller på et kromosomsegments tæt koblede<br />

loci betegnes en haplotype og de pågældende<br />

alleller siges at være i cisfase eller cis-position<br />

(cis = på samme side), mens de er i transfase/trans-position<br />

(trans = på modsatte side) i<br />

forhold til gener/alleller på det homologe kromosomsegment.<br />

En haplotype vil nedarves som<br />

sådan, dvs. en bloc, medmindre der indtræffer<br />

overkrydsning inden for det pågældende segment.


18209 03.fm7 Page 59 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

I den kliniske genetik finder analyser for markør-alleller<br />

og -haplotyper anvendelse i form af<br />

koblingsanalyser (se kap. 6) i familier hvor der<br />

forekommer arveligt betinget sygdom forårsaget<br />

af mutation(er) som ikke er identificeret, og<br />

som man derfor ikke kan analysere for direkte.<br />

Ved koblingsanalyse ønsker man at kortlægge<br />

hvilke personer i den pågældende familie der –<br />

ud over de(n) afficerede – er mutationsbærere.<br />

Sådanne undersøgelser forudsætter dels at beliggenheden<br />

af sygdomsgenets locus er kendt, så<br />

man kan udvælge en eller flere markører som er<br />

tæt koblet hertil (optimalt intrageniske), dels at<br />

det ved familieanalysen kan fastlægges hvilke(n)<br />

markør-allel/haplotype(r) der er i cisfase med<br />

den patogene mutation.<br />

I beskrivelsen af genetisk <strong>variation</strong> af mitokondrie-DNA<br />

(mtDNA) har man indført termen<br />

haplogruppe til at betegne en overordnet<br />

kategori af haplotyper (Kap. 1, side ##).<br />

Normal variant eller patogen mutation?<br />

Pga. den hyppige forekomst af sekvens<strong>variation</strong><br />

i menneskets genom vil man under udredningen<br />

af et sygdomsgens ukendte patogene mutation<br />

ikke sjældent skulle vurdere om en given<br />

sekvensforskel – i forhold til den referencesekvens<br />

man sammenligner med – er en harmløs<br />

variant eller den søgte patogene mutation.<br />

I vurderingen heraf indgår dels <strong>variation</strong>ens<br />

beliggenhed i genet, og dens evt. forudsigelige<br />

konsekvenser for dettes ekspression (transkription,<br />

posttranskriptionel forarbejdning inkl.<br />

splejsning, og/eller translation), dels kendskabet<br />

til evt. tidligere påvisninger af den samme sekvens,<br />

enten hos ubeslægtede patienter med<br />

samme sygdom eller i normalbefolkningen.<br />

Hvis <strong>variation</strong>en er forholdsvis hyppig i normalbefolkningen,<br />

er dette en klar indikation af<br />

at den ikke er patogen, især hvis den pågældende<br />

sygdom har dominant arvegang eller – hvis<br />

den er recessiv – er tilpas sjælden. Hvis varia-<br />

Normal variant eller patogen mutation?<br />

tionen på den anden side åbenlyst vil forårsage<br />

et læserammeskift og/eller skabe en tidlig stopkodon,<br />

er situationen klar.<br />

Problemet vil imidlertid ofte være at den<br />

fundne sekvensforskel er lokaliseret i en aminosyrekodon<br />

i det pågældende gen og er modsvaret<br />

af en sekvensforskel på proteinniveau (jf.<br />

missense-mutation). Det drejer sig således om at<br />

vurdere om den pågældende forskel i aminosyresekvens<br />

vil have tilstrækkelig betydning for<br />

polypeptidets struktur og/eller funktion til at<br />

være sygdomsfremkaldende. Som grundlag for<br />

denne vurdering må man bl.a. have kendskab til<br />

aminosyrernes fysisk-kemiske egenskaber;<br />

helst, selvfølgelig, også til hvilke af proteinets<br />

delsekvenser der har særlig betydning for dets<br />

funktion. Der kan ikke gives nogen facitliste til<br />

dette spørgsmål, men visse aminosyresubstitutioner<br />

har langt større sandsynlighed for at være<br />

skadelige for polypeptidets funktion end andre,<br />

fx hvis de indebærer en eller flere ladningsændringer.<br />

Også udskiftning af cystein (kan være<br />

involveret i disulfidbro) eller indskiftning af<br />

prolin (ødelægger en evt. α-helix-struktur) kan<br />

erfaringsmæssigt være ødelæggende for både<br />

struktur og funktion. Det er selvsagt en joker i<br />

denne vurdering at posttranslationelle modifikationer,<br />

som tidligere omtalt, kan føre til uforudsigelige<br />

slutprodukter, omend der indtil videre<br />

ikke er kortlagt mange eksempler herpå.<br />

Hvis der findes en database over det tilsvarende<br />

polypeptids aminosyresekvens hos andre arter,<br />

vil en konsultation heraf kunne vise om den<br />

normalt forekommende aminosyre på den pågældende<br />

plads er konserveret, dvs. er fælles for<br />

de forskellige arter som udtryk for at det sandsynligvis<br />

har været vigtigt at den er blevet bevaret<br />

under evolutionsforløbet. Såfremt den er<br />

bevaret, taler det for at en ændring er patogen.<br />

Det der her er omtalt som en normal variant,<br />

betegnes ofte i nutidig litteratur som ‘en polymorfi’.<br />

Tilsvarende betegnes en patogen muta-<br />

59


18209 03.fm7 Page 60 Wednesday, February 22, 2006 4:02 PM<br />

3 <strong>Genetisk</strong> <strong>variation</strong><br />

tion ofte blot som ‘en mutation’. Man kan således<br />

ofte læse/høre formuleringer som: »Det er<br />

sandsynligvis en polymorfi og ikke nogen mutation«.<br />

Denne sprogbrug er uheldig fordi termen<br />

polymorfi hermed ikke længere er entydig.<br />

Klassisk er (genetisk) polymorfi et populationsgenetisk<br />

begreb der defineres som et sæt af<br />

to eller flere hyppige alleller på et locus i en given<br />

befolkningsgruppe; hyppig vil i denne forbindelse<br />

sige med en hyppighed på mindst 1%<br />

af samtlige alleller på det pågældende locus. I<br />

den moderne, mere løsagtige brug af ordet, betegner<br />

en polymorfi en ikkepatogen sekvensvariant<br />

i et gen.<br />

Litteratur<br />

eller<br />

Referencer<br />

1 Krawczak M, Ball EV, Cooper DN. Neighboring-nucleotide<br />

effects on the rates of germ-line single-base-pair<br />

substitution in human genes. Am J Hum Genet 1998;<br />

63: 474-88.<br />

2 Strachan T, Read AP. Human Molecular Genetics 3.<br />

BIOS Scientific Publishers Ltd.<br />

eller<br />

1 den Dunnen JT og Antonarkis SE. Mutation nomenklature<br />

extensiona and suggestions to describe complex<br />

mutations: A discussion. Hum Mut 2000; 15: 7-12.<br />

2 Recommendations for the descriptions of sequence variants.http://www.genomic.unimelb.edu.au/mdi/mutnomen/recs.html<br />

60

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!