3 Genetisk variation
3 Genetisk variation
3 Genetisk variation
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
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