CHAPTER 17 Molecular Biology and Medicine

1. CHAPTER 17Molecular Biology and Medicine

2. Konsekvenserna av en mutation • Sjukdom eller abnormalitet uppkommer. • Genprodukten (proteinet) är förändrad, men funktionen har inte förändrats  ingen förändring i fenotypen. • Mutationen har inte förändrat genprodukten.

3. figure 18-03a.jpg 18.3 Figure 18.3 – Part 1

4. figure 18-03b.jpg 18.3 Figure 18.3 – Part 2

5. Ärftliga sjukdomar (1) • En del sjukdomar förorsakas av mutationer i en enda gen. • De flesta sjukdomar är en summa av många geners och proteiners samverkan med omgivningen. • Detta innebär att benägenheten till en sjukdom kan vara ärftlig utan att sjukdomen någonsin bryter ut.

6. Ärftliga sjukdomar (2) • Sjukdomar kan ärvas enligt olika mönster. • Autosomalt recessiva alleler • Autosomalt dominanta alleler • Alleles som ärvs med X-kromosomen • Kromosomala abnormaliteter

7. Prionsjukdomar • Smittsamma sjukdomar som inte förorsakas av virus eller bakterier • Ett protein med förändrad tertiärstruktur kan katalysera strukturell omvandling av motsvarande normala protein till den abnormala konformationen • Proteinets aminosyrasekvens är således oförändrad

8. Identifiering av muterade gener a. Om det muterade proteinet är känt: Användning av mRNA för att hitta genen i ett DNA-bibliotek. b. Om en bit av en kromosom saknas: Jämförelse med DNA från en person med intakt kromosom för att isolera den saknade genen.

9. Identifiering av muterade gener c) Om varken kandidatproteiner eller deletioner finns: positionell kloning. • Ett sätt att ”zooma in” på mutationen • RFLPs = Restriction Fragment Length Polymorphisms • DNA klyvs med restriktionsenzymer • Klyvningsmönstret jämförs med släktens klyvningsmönster

10. Identifiering av muterade gener • Släktkartor med nedärvning av sjukdom samt nedärvning av RFLPs uppställs • Om ett visst mönster av fragment förekommer hos sjuka individer måste genen som förorsakar sjukdomen finnas nära klyvningsstället

11. figure 18-07.jpg 18.7 Figure 18.7

12. Identifiering av muterade gener • DNA i närheten av polymorfismen fragmenteras • cDNA från sjuka celler hybridiseras till DNA-fragmenten för att identifiera kodande regioner. • Kodande DNA-fragment sekvenseras och jämförs med motsvarande fragment från friska personer  mutationen kan spåras.

13. Detektion av mutationer 1. Genanalyser används för att upptäcka om man har anlag för en sjukdom. • man kan påbörja behandling i god tid • embryon kan testas • en cell räcker • i vissa fall etiskt diskutabelt • Metoder: Klyvningstest, allelspecifika oligonukleotider 2. Abnormala enzym kan ibland upptäckas för att det finns för mycket substrat eller för lite produkt.

14. figure 18-11.jpg 18.11 Figure 18.11

15. figure 18-12.jpg 18.12 Figure 18.12

16. Etiska frågor om detektering av mutationer t.ex. • Vem ska ha tillgång till resultaten av ett gentest? • Vad gör man om det visar sig att ett foster har genotypen för en allvarlig sjukdom? • Får man välja ett friskt embryo vid konstgjord befruktning? Var går då gränsen för valfriheten? • Vem äger rättigheterna till en gen/mutation?

17. Cancer • Förorsakas av genetiska förändringar. • Förlorad kontroll över celldelningen • De genetiska förändringarna kan uppkomma genom: • spontana mutationer • mutagena kemikalier, strålning • virus • Fler än en mutation behövs ofta för att cancer ska uppstå

18. Benigna (godartade) tumörer • Differentierade celler • Växer långsamt • Kan inte invadera omgivande vävnad, kapslar ofta in sig

19. Maligna (elakartade) tumörer • Cellerna förändrats så att de inte liknar cellerna i ursprungsvävnaden • Invasiv, ofta metastaserande • Carcinom: från epitelvävnad, vanligast • Sarkom: från mesodermala celler (ben, bindväv, muskel, blodkärl) • Leukemi, lymfom: från blodstamceller

20. Cancerns genetiska bakgrund • Normala celler har proto-onkogener som stimulerar celldelning eller inhiberar celldöd. • Mutationer som kan förvandla en proto-onkogen till en onkogen: • mutationer i flankerande DNA som leder till ökad eller konstant expression • konstitutivt aktiverande mutationer

21. Cancerns genetiska bakgrund • Tumörsuppressorgener inhiberar celldelning eller aktiverar programmerad celldöd • Mutationer i tumörsuppressorgener som kan förorsaka cancer: • mutationer i flankerande DNA som leder till att genen inte expresseras • mutationer som förstör proteinfunktionen • båda allelerna måste vara muterade för att cancer ska uppstå • en muterad allel kan därför gå i arv

22. figure 18-16.jpg 18.16 Figure 18.16

23. Behandling av genetiska sjukdomar • Behandling av symptomen – fortgående medicinering eller diet • Genterapi – den muterade genen ersätts med en normal gen genom homolog rekombination • Problem: hur få in DNA i kroppens celler?

24. Human genome project (HGP) • HUGO = Human Genome Organisation • Internationellt samarbete med allmänna forskningsmedel • Sekvenseringen färdig i april 2003 • Resultaten tillgängliga för alla • Parallellt med detta har privatföretag sina egna sekvenseringsprojekt

25. HGP: resultat • Information om genomets struktur, organisation och funktion • Endast 20 000-25 000 gener  en gen måste koda för flera proteiner • <2% kodande DNA • >50% repetitiva sekvenser • 0,1% av DNA skiljer mellan individer • En del gener översätts inte till protein

26. Sekvenseringsmetodik • Isolera kromosomen • Klipp i småbitar, flera prov med olika restriktionsenzym • Sekvensera varje fragment • Pussla ihop fragmenten med hjälp av överlappande sekvenser i de olika proven

27. Proteomet = alla proteiner i en organism Mera komplicerat än genomet: • Alternativ spjälkning av mRNA  olika proteiner • Posttranslationella modifikationer Proteomik: • proteiners relativa koncentrationer, struktur, förekomst, interaktioner och funktion  fenotyp