Molekulargenetik Seminar humangenetik PDF

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Molekulargenetik Seminar Humangenetik beschäftigt sich mit genetischen Erkrankungen  Seltene Erkrankungen = Häufigkeit 1/2000 oder weniger o 5000 – 7000 seltene Erkrankungen betreffen 6 – 8 % in der EU o 80 % mit genetischer Ursache  Beispiel: seltene neuromuskuläre und neurodegenerative Erkrankungen betreffen 500.000 Menschen in der EU

Vererbung 

  

Monogene Vererbung/Mendel-Erbgänge o Erbgänge verursacht durch Mutation in einem Gen o Durch Mutation entstehen verschieden Varianten eines Gens  Allele o Normale Phänotypen (= Normvariante/Polymorphismen) o Pathologische Phänotypen (= Erbkrankheiten) Digene Vererbung/Modifier-Gene Mitochrondriale Vererbung Multifaktorielle Erkrankungen

Stammbaumnomenklatur

Begrifflichkeiten       

Gonosomale Vererbung: X-/Y-Chromosom betreffend Autosomale Vererbung: Chromosomenpaare 1 – 22 betreffend Homozygoter Zustand: identische Allele an einem Genlocus Heterozygoter Zustand: verschiedene Allele an einem Genlocus Hemizygoter Zustand: nur ein Allel vorhanden (Bsp.: X-Chromosom bei Männern) Dominante Vererbung: heterozygote betroffen;„gain-of-function“,„Haploinsuffizienz“ Rezessive Vererbung: Heterozygote nicht betroffen: „loss-of-function“ 1

Zahlen  

Anzahl monogene Erkrankungen: 7000 (geschätzt) Anzahl belannte Krankheitsgene: 5002 (Stand 2017)

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Häufigkeit genetisch bedingter Krankheiten bei 1.169.873 Geburten

Vererbungsmodi 



Autosomale Erbgänge o Dominant: z.B. Marfan Syndrom, Chorea Huntington o Rezessiv: z.B. zystische Fibrose, spinale Muskelatrophie Gonosomale Erbgänge o X-chromosomal rezessiv: z.B. Rot-Grün-Blind, Muskeldyst. Duchenne/Becker o X-chromosomal dominant: z.B. Rett-Syndrom,Ornithin-Transkarbamylase-Def. o Y-chromsomal: Oligospermie  männliche Infertilität

Autosomal-dominant    

Eine betroffene Person hat i.d.R. ein betroffenes Elternteil/unter den Nachkommen merkmalsfreier Personen tritt das Merkmal nicht auf Keine Bevorzugung eines bestimmten Geschlechtes Wiederholungsrisiko: Nachkommen von Betroffenen haben ein a priori Erkrankungsrisiko von 50 % Beispiele o Marfan-Synd. Neurofibromatose Retinoblastom o myotone Dystrophie Polyzystische Nierenerkrankung o Osteogenesis imperfecta Achondroplasie Chorea Huntington

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Autosomal-rezessiv     

Eine betroffene Person hat i.d.R. nicht betroffene Eltern Beide Eltern sind i.d.R. heterozygote Anlageträger Keine Bevorzugung eines bestimmten Geschlechts Wiederholungsrisiko für weitere betroffene Nachkommen beträgt 25 % Beispiele o Mukoviszidose spinale Muskelatrophie Phenylketonurie o Sichelzellanämien Zystinurie Mukopolysaccharidose o Nephrotisches Syndrom Mikrozephalie Hyperoxalurie

 Konsanguität erhöht das Risiko für rezessive Erkrankungen

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X-chromosomal rezessiver Erbgang  

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Keine Vater-Sohn Transmission Mütter sind meist asymptomatische Konduktorinnen o Nicht zufällige X-Inaktivierung, Mosaik o Homozygote Frauen Vorwiegend Männer betroffen Beispiele o Hämophilie Muskeldystrophie Typ Duchenne/Typ Becker o Rot-Grün-Blindheit Fragiles X-Syndrom

X-chromosomal dominant 

 

Betroffene Väter o Alle Söhne gesund o Alle Töchter betroffen Betroffene Mütter o Geschlechtsunabhängiges a priori Erkrankungsrisiko von 50 % Beispiele: Alport-Syndrom, Rett Syndrom

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Sonderfälle Begriffe Reduzierte Penetranz

Genetische Heterogenität

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Pleiotropie

Variable Expressivität

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Genetische Variabilität

Übung 1

autosomal-dominant

X-chromosomal rezessiv

X-chromosomal dominant

autosomal-rezessiv

Y-chromsomal

autosomal-rezessiv (Pseudodominanz)

autosomal-dominant

X-chromosomal dominant

autosomal-dominant

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8

Begriffe

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A priori Wiederholungsrisiko bei monogenen Erkrankungen Hardy-Weinberg-Regel ... beschreibt die Verteilung von Erbmerkmalen in einer Population Erbmerkmal = Anlägeträgerschaft

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Wiederholungsrisiko

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Übung 2 

Aufgabe 1: Die Inzidenz der Tay-Sachs-erkrankung beträgt bei Ashkenasi-Juden 1:2000. Wie hoch ist die Heterozygotenfrequenz?

25 % 12

1% 25 %

Lernziele

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Molekulargenetik 2 Gen DNA-Abschnitt, der für ein funktionelles Protein kodiert (Proteine, aber auch non-coding RNA)  Promotor: Transkriptionsstart, Bindungsstelle für Transkriptionsfaktoren und Proteine, die für die Genregulation verantwortlich sind  Exons: kodierende Bereiche eines Gens  Introns: nicht-kodierende Bereiche, werden nach der Transkription aus Primärtranskripten entfernt (Spleißen) Genmutation

Nomenklatur

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Genmutationen

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direkter Gentest 

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Grundvoraussetzung: Krankheitsbeginn ist bekannt o Mutationssuche direkt im Krankheitsgen o Derzeit möglich für 5002 monogene Erkrankungen PCR-Amplifikation: Denaturierung  Primer-Hybridisierung (Annealing)  Extension Agarose-Gelelektrophorese o Polyanion, d.h. negativ geladen o Verhältnis Ladung/Masse ist gleich  Auftrennung nach Molekülgröße/-form

Sanger-Sequenzierung     

Ermöglicht die Bestimmung der Basenabfolge in einem bestimmten DNA-Molekül In-vitro Replikation: Voraussetzung: Sequenzbereich des Moleküls bekannt 1-Primer-PCR dnTPS + ddNTPs (Desoxynukleotide) stoppen die Synthese Kapillarsequenzierer  Endergebnis: Elektropherogramm

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NGS – Next generation Sequencing 

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Massive parallele Sequenzierung o Adapter notwendig (z.B. Barcode-Adapter) o Max. 75bp  Störsignal danach zu hoch o Paired-end: zu viele Zyklen am Stück bedingen hohe Fehlerrate Nachteil: zu kurze reads

Exom-Sequenzierung/Panel Diagnostik 

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Beispiel: Speicherkrankheite, Osteogenesis imperfecta, Marfan-Syndrom, Kardiomypathie, Mitochdonriopathien, Nierenerkrankungen, Netzhautdegeneration, Fehlbildungssyndrome, Hörstörungen Geplant z.B. für neuromuskuläre Erkrankungen, HNPCC Subpanel: phänotypische Überlappung

MLPA = Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification  Methode zur Bestimmung von Kopienzahlen (z.B. Exons)  Vergleich mit Kontrollen  Prinzip der PCR  Nachteil: kleine, atypische gelegene Deletionen/Duplikationen können nicht erfasst werden  Restrisiko für falsch-negativen Befund  Einsatz z.B. bei Marfan-Syndrom, Turner-Syndrom

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