MOLEKYLÆR BIOMEDICIN B - human genetik - september 2003 Forslag til lærebøger: Connor & Ferguson-Smith. Essential medical genetics, 5. udgave. Blackwell Science Mueller & Young: Emery s Elements of Medical Genetics. Churchill Livingstone 2001 eller 2004 Thompson & Thompson: Genetics in Medicine, 6th edition,w.b. Saunders Company 1 Kromosomanomalier: Følgende begreber skal kunne beskrives: De mitotiske og meiotiske celledelinger Non-disjunction Numeriske kromosomanomalier Ovenstående skal kunne kombineres til at identificere hvor en anomali opstår. Strukturelle kromosomanomalier, herunder hvornår disse medfører klinisk erkendelig sygdom. Mosaik De studerende skal kunne anvende parringsfigurer som illustration af ovenstående. Følgende begreber skal kunne genkendes: Lyonisering Imprinting Telomerer 2 Genkortlægning og DNA-teknologi i human genetik: Følgende begreber skal kunne beskrives: Markør Forskellige typer af genmutation og deres fenotypiske konsekvenser Kobling Forskellen på nedarvede og somatiske mutationer De studerende skal kunne anvende denne viden til at beregne risikoen for at et individ vil være afficeret af en given sygdom, baseret på oplysninger om sygdomsstatus (f.eks. stamtræ) og markørstatus, og evt. kromosomanomalier i vedkommendes familie.
3 Monogene arvegange: Følgende begreber skal kunne genkendes (f.eks. ved hjælp af en kasuistik eller et stamtræ): Autosomal dominant og recessiv arvegang Kønsbunden dominant og recessiv arvegang Mitokondriel arvegang Anticipation Den studerende skal kunne beskrive hvorfor en arvegang anses for den mest henholdsvis mindst sandsynlige forklaring på et givet stamtræ eller en kasuistik. Den studerende skal kunne anvende sin viden til at: Tegne et korrekt stamtræ på baggrund af en opgiven kasuistik. Bedømme eller beregne risikoen for at være bærer af en mutation for ikke afficerede individer indenfor et givet stamtræ eller en kasustik. Beregne risikoen for sygdom hos ikke afficerede individers eller deres afkom inden for et givet stamtræ eller en kasustik. 4 Multifaktoriel arvegang: Den studerende skal have kendskab til Multifaktoriel arvegang og dens ætiologiske baggrund Følgende begreber skal kunne genkendes Tærskelmodellen Baggrunden for familie- og tvillingstudier Følgende skal kunne beskrives: En udrednings strategi for multifaktoriel arv 5 Populationsgenetik: Følgende begreber skal kunne genkendes og anvendes til at beregne risiko på baggrund af kasuistik Hardy-Weinberg-ligevægten Genotype og allelfrekvenser (hyppighed) Følgende begreber skal kunne beskrives: Random og non-random mating Selektion og foundereffekt. Mutationshyppighedens betydning for sygdomshyppigheden
6 Genetisk rådgivning og klinisk genetik: Følgende begreber skal kunne omtales ganske kortfattet Principperne for genetisk rådgivning og klinisk genetik september 2003 3
- molekylær biologi - 02.02.2006 DNA struktur 1. Beskrive og tegne hvordan et nukleotid i en nukleinsyre er sammensat af komponenterne: Base (purin/pyrimidin), sukker, fosfat. 2. Tegne et A-T og G-C basepar. 3. Beskrive de kræfter (Watson-Crick baseparring og base stacking ) som holder en DNA dobbelthelix sammen. 4. Beskrive polariteten af nukleinsyrer (5 - og 3 - ender) og angive at strengene i en DNA dobbelthelix er antiparallelle. 5. Definere major og minor groove i en DNA dobbelthelix. 6. Angive de omtrentlige dimensioner af DNA. (Dimensioner: ca. 24 Å (2.4 nm) bred, ca. 34 Å pr. helixomdrejning, ca. 10 basepar pr. omdrejning (helix-turn), længde fra 5000 basepar (bakteriofag) til >10 8 basepar (humane kromosom). 7. Angive andre konformationer i DNA end Watson-Crick dobbelthelix f.eks. cruciform DNA, tre-strenget helix, fire-strenget DNA og slipped/ mispaired DNA. 8. Definere begreberne DNA denaturering (melting), renaturering (re-annealing), og hybridisering af prober. 9. Beskrive forekomsten og funktionen af supercoiling af DNA: positive og negative supercoils (superhelix, supertwist), samt funktionen af topoisomeraser (type I og II). Beskrive L=T+W. 10. Definere begrebet palindromer (symmetrisk inverterede repeats) i DNA. 11. Beskrive kortfattet hvordan DNA er organiseret i nukleosomer og kromatosomer ved hjælp af histon proteiner. 12. Beskrive organiseringen af mitokondrielt DNA og angive i hvilke organeller/organismer DNA er lineært eller cirkulært. 4
DNA replikation og repair 1. Forklare at DNA replikation foregår semi-konservativt, og at princippet i DNA replikation er den samme i prokaryote og eukaryote organismer. Replikation foregår samtidigt på begge strenge og er derfor bidirektionel. 2. Angive at et prokaryot kromosom har et enkelt replikations-origin (OriC) mens eukaryote kromosomer indeholder mange replikations-origins. 3. Beskrive hvordan polymeriseringsprocessen (DNA-syntese) foregår fra 5 imod 3. 4. Beskrive hvordan følgende elementer er involveret i DNA replikation: Template, primer, substrater (deoxynukleosid triphosphater, dntps), primase, DNA polymerase I og III, DNA ligase, leading og lagging strands (Okazaki fragmenter og discontinuerlig syntese). 5. Beskrive hvordan DnaA, DnaB+C complex, ssdna binding protein og topoisomeraser er involveret i DNA replikation. 6. Definere begreberne proofreading og processivitet og angive i hvilken grad de forskellige DNA polymeraser har disse egenskaber. Egenskaber: DNA polymerase I DNA polymerase III: Polymerisering (5 til 3 ): ja ja Exonuklease (3 til 5 ) proofreading: ja ja Exonuklease (5 til 3 ) Repair, osv: ja nej Processivitet: høj meget højere Hastighed: langsom (10 nukl/sek) hurtig (1000 nukl/sek) 7. Beskrive hvordan DNA syntese termineres. 8. Definere mutagener og carcinogener og forklare hvordan mutationer kan induceres af kemikalier, bestråling, polymerase fejl og intercalering i DNA helix. 9. Gøre rede for vigtigheden af DNA repair. Beskrive princippet i DNA repair ved base excision og nukleotid excision i prokaryote og eukaryote celler. 10. Beskrive telomere samt hvordan og hvorfor de bliver repareret. Angive at de fleste humane kræftceller indeholder aktiv telomerase mens normale somatiske celler (undtagen stamceller) ikke gør. 11. Beskrive specifik og homolog rekombination, herunder hvornår, hvordan og hvorfor det sker. 12. Beskrive transposoner og deres forbindelse til antibiotika resistens. 5
RNA struktur og transkription 1. Forklare forskelle mellem RNA og DNA. 2. Beskrive hvordan nukleotider er opbygget og forbundet i et RNA molekyle. 3. Angive de tre hovedformer af RNA (mrna, trna og rrna) samt beskrive deres funktioner. 4. Beskrive (kortfattet) funktionen af en RNA polymerase under transskription. Angive at transskription i prokaryote celler kun involverer en RNA polymerase, mens tre forskellige RNA polymeraser er nødvendige for eukaryot transkription: Prokaryote celler: En RNA polymerase (core enzym + sigma factor) Eukaryote celler: RNA pol I (hovedsagelig rrna transkription, undtaget 5S) RNA pol II (hovedsagelig mrna transkription) RNA pol III (hovedsagelig trna og 5S rrna transkription) 5. Beskrive virkningen af specifikke inhibitorer på transskiptionsprocesserne (f.eks. rifampicin og alfa-amanitin). 6. Beskrive hvorledes transskriptionsprocessen (bakterier og højere organismer) involverer: RNA polymerase, promotorsekvens i DNA, DNA unwinding (negativ supercoiling), DNA template strand, nukleotid triphosphat (NTP) substrater, initiering, elongering og terminering af transkription. 7. Beskrive hvordan transskriptionsfaktorer og enhancere er involveret i regulering af eukaryot transkription. 8. Beskrive de grundlæggende træk for typiske prokaryote og eukaryote promotorer. 9. Forklare kort hvordan translationel kontrol af genekspression kan reguleres af RNAbindende proteiner, der påvirker messengerstabilitet og/eller translationsinitiering. 10. Angive at de primære transskripter af trna, rrna og mrna bliver processet. 11. Beskrive (kortfattet) følgende for mrna: Splicing (fjernelse af introns), forekomst af alternativ og ukorrekt splicing (og hvordan alternativ splicing udvider repertoiret af genprodukter mens, ukorrekt splicing kan medføre sygdom), 5 -capping og 3 polyadenylering. Angive kodende og ikke-kodende sekvenser. 12. Beskrive strukturen og funktionen af et spliceosom. 13. Beskrive hvilke interaktioner der danner de sekundære og tertiære struktur; stabile RNA er (trna og rrna), herunder trnas hårnålestruktur, kløverbladsstruktur og L-form. 14. Beskrive trnas adapterfunktion (anticodon) og aminoacyl 3 -ende (aktiveret aminosyre). 15. Angive fordelingen af rrna i ribosomerne. 6
16. Beskrive hvad antibiotiske inhibitorer af translation er, og hvordan antibiotisk resistens kan opstå. 17. Angive at RNA kan have katalytisk aktivitet; self-splicing og hydrolytisk aktivitet (hammerheads, Rnase P, gruppe I og II introns). 19. Beskrive RNA turnover (endo- og exonukleaser) og forklare hvorfor RNA molekylers levetid er kortere end DNA molekyler. Ribosomer og translation 1. Forklare ribosomets funktion. Kort beskrive dets struktur som store rrna-protein komplekser opbygget af to subunits i alle organismer. 2. Angive ribosomets tre sites for trna (A, amino; P, peptide; og E, exit site). Definere funktionen af disse tre sites. 3. Beskrive at rrna er udgør fundamentale bestanddele af ribosomet samt angive deres distribuering: Prokaryote celler: 5S + 23S rrna (50S subunit) 16S rrna (30S subunit) Eukaryote celler: 5S + 5.8S + 28S rrna (60S subunit) 18S rrna (40S subunit) 4. Angive at den genetiske kode består af 64 tri-nukleotid kodons (61 svarende til aminosyrer samt 3 stopkodons). Angive at der er undtagelser fra denne næsten universelle kode i mitokondrier. Genkende start og stop codons. 5. Definere begrebet reading frame for mrna. Angive at mrna altid læses fra 5 imod 3. 6. Angive at kodons i mrna er komplementære til (og læses af) anticodons i trna. 7. Definere begrebet wobble hypotese (kodons degenereret i 3. position). Beskrive hvorfor dette er særlig vigtigt i mitokondrier. 8. Beskrive monocistrone (eukaryot) og polycistrone (prokaryot) mrna er. 9. Beskrive hvordan trna aminoacyleres (charges) i 3 -enden med en aminosyre, herunder hvordan følgende elementer indgår i processen: Korrekt (cognate) trna, aminosyre, aminoacyl-trna syntetase og ATP. 10. Definere begrebet proofreading samt beskrive denne proces på syntetase enzymet. 11. Kort beskrive de tre faser af translationen: Initiering, elongering og terminering, samt 7
angive at der under alle disse faser forbruges energi i form af GTP. 12. Beskrive kort initiering af translation ud fra følgende: Prokaryote celler: Ribosom positioneringssekvens (Shine-Delgarno) AUG startkodon i mrna 30S ribosomal subunit Initieringsfaktorer (tre proteiner) fmet-trna (i P-sitet) Eukaryote celler: Første AUG fra 5 -CAP enden af mrna er startkodon 40S ribosomal subunit Initierings faktorer (mange proteiner) Met-tRNA (i P-sitet) 13. Kort beskrive elongeringsfasen ud fra følgende: Prokaryote celler: 50S ribosomal subunit samles med 30S (= 70S ribosom) Elongeringsfaktorer Korrekt (cognate) ladet trna (i A-sitet) Eukaryote celler: 60S ribosomal subunit samles med 40S (=80S ribosom) Elongeringsfaktorer (EF-1alfa og EF-2) Korrekt (cognate) ladet trna (i A-sitet) Peptidyl transferase aktivitet (peptid binding) Translokation Frigivelse af brugte (deacetylerede) trna er gennem E-sitet 14. Beskrive termineringsfasen (stopkodon i A-sitet + releasefaktorer). 15. Beskrive hvordan mutationer kan resultere i ukorrekte proteinstrukturer. 16. Beskrive hvordan translationen kan hæmmes i bakterier af antibiotika og i eukaryote celler af toxiner. 17. Forklare hvorfor proteinsyntesen foregår lidt anderledes i mitokondrier. 18. Angive at proteiner syntetiseres i retningen N mod C, og at de kan modificeres og lokaliseres post-translationelt. 19. Give eksempler på hvordan translationsprocessen kan reguleres. 8
Regulering af genekspression 1. Definere begreberne kodende og junk områder i DNA sekvenser. 2. Beskrive forekomsten af introns i gener. 3. Angive hvor stor en del af det totale humane genom, der koder for proteiner. 4. Beskrive forekomsten af repeterede sekvenser i DNA (højt og moderat repeterede sekvenser). 5. Angive at rrna-gener findes som repeterede sekvenser i det humane genom. 6. Beskrive hvordan regulering af DNA-pakning (acetylering af histone proteiner) kan regulere genekspression. 7. Gøre rede for hvordan transskriptionsfaktorers interaktion med DNA kan regulere transskriptionen. 8. Beskrive de vigtigste principper for DNA-protein interaktion og angive hvilken betydning DNA major groove har. 9. Beskrive helix-turn-helix motiver og zink-fingre som motiver til protein-dna interaktion. 10. Definere leucin-zippers, bekrive hvorledes de er involveret i protein-protein interaktion og hvordan de påvirker interaktionen med DNA. 11. Beskrive p53-dna komplekset som et eksempel på protein-dna interaktion og angive at inaktiverende mutationer i p53 oftest er lokaliseret i det DNA-interagerende domæne. Celle-kommunikation 1. Beskrive hvordan steroid hormoner udøver deres effekt på genekspression og herunder, hvordan steroid hormon receptoren virker. 2. Definere begrebet apoptose (programmeret celledød). 3. Angive at fald i progesteron- og østrogen-niveauerne under menstruationscyklus fører til programmeret celledød. 4. Beskrive hvordan receptorer på celleoverfladen responderer på hormoner, vækstfaktorer og neurotransmittere. 5. Definere begreberne signal transduktionsveje og second messengers og beskrive princippet i en signal transduktionsvej via protein kinaser. 6. Definere begreberne oncogen, proto-oncogen og tumorsuppressorgen. 9
7. Angive hvordan en cancercelle kan blive uafhængig af exogene vækstfaktorer. 8. Angive visse transkriptionsfaktorers rolle i carcinogenese (dannelse af kræft). 9. Beskrive sammenhængen mellem oncogener, signal transduktionsveje og kræft. Mitokontrielt DNA 1. Beskrive opbygningen af mitokondrielt DNA. 2. Beskrive kort hvordan defekter (mutationer) i mitokondrielt DNA kan være årsag til (mindst en) sygdom. Teknikker i molekylærbiologi 1. Beskrive polymerase Chain Reaction (PCR), og hvordan den bruges til at amplificere et stykke DNA. 2. Angive hvad PCR kan bruges til indenfor retsmedicin og grundforskning. 3. Forklare hvad restriktionsenzymer er, og hvad de kan bruges til. 4. Forklare princippet i Sanger (dideoxy) sekventiering samt beskrive gelelektroforese. 5. Definere begrebet rekombinant DNA. 6. Beskrive hvordan kloningsvektorer bruges til at lave rekombinant DNA, herunder beskrive følgende: Restriktionsenzym-sites i vektoren, kloning ved ligering af restriktionsfragmenter (vha DNA ligase), insertionel inaktivering af indikatorgen (f.eks. antibiotika-resistensgen eller lacz-gen). 7. I hovedtræk beskrive hvordan et genbibliotek konstrueres, angive formålet med sådan et bibliotek samt beskrive hvordan det adskiller sig fra et cdna bibliotek (herunder beskrive selektion/mangfoldiggørelse af mrna og brug af reverse transkriptase til konstruktion af et cdna bibliotek). 8. Beskrive hvordan et specifikt gen kan identificeres i et bibliotek (f.eks. identifikation ved hybridisering af specifikke prober). 9. Kort forklare princippet i mærkning af prober (f.eks. nick translation ). 10. Definere begreberne Southern Blotting, Restriction Fragment Length Polymorfism (RFLP) og Single-Strand Conformation Polymorfism (SSCP). 11. Forklare hvad der menes med ekspression af den klonede DNA-sekvens, samt angive betingelserne for at den klonede DNA-sekvens vil kunne udtrykkes i bakterier og eukaryote celler. 10
12. Definere begrebet transgene dyr og knockout mus. 13. Forklare principperne bag fremstilling af transgene dyr. 14. Definere begrebet genterapi samt forklare begrundelsen for brugen af genterapi. 11