16.07.2013 Views

3 Genetisk variation

3 Genetisk variation

3 Genetisk variation

SHOW MORE
SHOW LESS

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

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

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!