Samenvatting Celbiologie

Voorbereiding op de Mitose: De Interfase

• Tijd tussen twee delingen, periode waarin de cel in rust is.
• Drie perioden:
  • Groeiperiode 1 (G1-fase)
  • Syntheseperiode met replicatie (S-fase)
  • Groeiperiode 2 (G2-fase)
• G van G-fasen staat voor 'gap' (onderbreking/tussenstap).
• Cellen kunnen de celcyclus verlaten en in de G0-periode terechtkomen.

G1-Periode

• Dochtercellen uit vorige celdeling worden even groot als de moedercel door toename van cytoplasma.
• Cel bereidt zich voor op volgende stappen door aanmaak van proteïnen en nucleotiden.
• Erfelijk materiaal in celkern in vorm van chromatinevezels.
• Duur van de celcyclus wordt vooral bepaald door de G1-periode.
• Duur kan sterk variëren:
  • Foetaal weefsel: heel kort (paar uren).
  • Volgroeid organisme: halve dag.

S-Periode (Syntheseperiode)

• DNA-replicatie: DNA in de celkern wordt verdubbeld.
• Noodzakelijk om dochtercellen evenveel en hetzelfde erfelijk materiaal mee te geven.

G2-Periode

• Controle en eventuele reparatie van het nieuwgevormde DNA.
• Gespecialiseerde proteïnen lopen beide DNA-strengen langs om fouten in basenvolgorde op te sporen en te corrigeren.
• Bij te grote DNA-schade treedt apoptose (geprogrammeerde celdood) op om te voorkomen dat de cel een kankercel wordt.
• Extra veel histonen worden aangemaakt voor spiralisatie en condensatie van chromatinevezels tot chromosomen.
• In dierlijke cellen: verdubbeling van het centriolenpaar (vier centriolen).
• Extra membraanmateriaal moet worden aangemaakt om de toekomstige dochtercellen van een celmembraan te voorzien.

Cellen Die De Celcyclus Verlaten (G0-Periode)

• Neuronen (zenuwcellen) delen zich vanaf de geboorte vrijwel niet meer.
• Spiercellen kunnen vele jaren in een G0-periode verkeren.
• Lymfocyten (witte bloedcellen) kunnen zich ook in de G0-periode bevinden, maar kunnen terugkeren naar de celcyclus na contact met een vreemd antigeen.
• De G0-periode stopt zodra de lymfocyt door potentiële ziektekiemen wordt geprikkeld en pikt dan aan in het begin van de G1-periode.

DNA-Replicatie

• Belangrijk dat alle informatie in het DNA getrouw gekopieerd wordt tot de dubbele hoeveelheid, om het DNA dan te verdelen over de dochtercellen.
• Kopieerproces heet DNA-replicatie en wordt gestuurd door een groot aantal enzymen.
  • Start op bepaalde plaatsen waar AT-rijke basensequenties voorkomen (tussen A en T komen maar twee waterstofbruggen voor).
• Begint op meerdere plaatsen tegelijk op een chromatinevezel.

Werking van DNA-Helicase

• Enzym helicase ontwindt de dubbele helix door het verbreken van de H-bruggen tussen de basen.
• Er ontstaan plaatselijk replicatievorken.
• Replicatievorken: punten waar de DNA dubbele helix zich door de werking van DNA-helicase gaffelvormig splitst in twee strengen.
• De twee open gekomen enkelstrengen vormen samen een replicatielus.

Werking van DNA-Polymerase

• DNA-polymerasen vormen een groep van enzymen die tussenkomen in DNA-replicatie.
• Ze zijn nodig om nieuwe nucleotiden aan te hechten op een bestaande DNA-enkelstreng.
• DNA-polymerasen kunnen maar in 1 richting werken, nl. 5’ → 3’ richting voor de nieuw aan te maken streng (dat is dus de 3’ → 5’ richting van de bestaande streng).

DNA-Strengen en DNA-Polymerase

• DNA-strengen hebben een antiparallelle oriëntatie, dus DNA-polymerase werkt anders op de twee originele strengen.
• Originele 3’ → 5’ streng: DNA-polymerase kan continu nucleotide na nucleotide aanhechten.
• Originele 5’ → 3’ streng: aanhechten van nieuwe nucleotiden gebeurt in een richting die tegengesteld is aan het opengaan van de strengen.
• DNA-polymerase werkt vanaf de replicatievork om een klein stukje te synthetiseren, maakt dan een sprongetje in de richting van de replicavork om een volgend stukje op te bouwen.
• Nieuwgebouwde streng komt discontinu tot stand en bestaat aanvankelijk uit korte stukjes met onderbrekingen.
• DNA-polymerasen werken zeer snel, secuur en maken minder dan een fout per miljoen aangehechte nucleotiden.
• Sommige DNA-polymerasen kunnen ook als herstelenzymen werken.

Werking van DNA-Ligase

• Een van de nieuwgebouwde strengen is geen doorlopende nucleotideketen, maar is in stukjes opgebouwd.
• Die fragmenten worden aaneengeplakt door het enzym DNA-ligase.
• Het enzym zorgt dat de korte stukjes polynucleotiden in de suiker-fosfaat-ruggengraat aaneengehecht worden.

Resultaat van DNA-Replicatie

• Na volledige replicatie zijn er twee nieuwe DNA-moleculen ontstaan.
• Elke nieuwe DNA-molecule bestaat uit een oude en een nieuwe streng → DNA-replicatie semiconservatief.
• De nieuwgevormde DNA-moleculen zijn qua basenfrequentie onderling identiek en identiek aan de oorspronkelijke DNA-molecule.
• Komt omdat op elke oude streng een complementaire nieuwe streng is gebouwd.

PCR (Polymerase Chain Reaction)

• Techniek in biotechnologie.
• Wordt gebruikt bij coronatesten (DNA afnemen, hoeveelheid vergroten om beter te kunnen testen), om misdadigers te vinden (DNA op plaats delict).

Drie fasen:

1. Denaturatie ($94°C$): DNA splitsen tot enkelstrengig DNA.
2. Hybridisatie ($40-60°C$): toegevoegde DNA-primers binden aan DNA (begin van te kopiëren gen).
3. Elongatie ($70°C$): nucleotiden toegevoegd vanaf gebonden primers (verdubbeling gen).

• Hoe vaker deze stappen herhaald worden, hoe meer DNA er is.

Chromatine, Chromosoom, Karyogram

• Chromatine = quaternaire structuur van DNA → maakt DNA compact (past in celkern).
• Twee chromatiden = chromosoom
• Karyogram: zie erfelijke informatie.

Verschillende Soorten Celdelingen

• Lichaam opgebouwd uit biljoenen cellen door talloze celdelingen uit één enkele cel (bevruchte eicel of zygote).

• Ook als lichaam volgroeid is, komen er nog celdelingen voor:

  • Celdeling om afgestorven cellen te vervangen of beschadigde weefsels te herstellen.
  • Celdeling om vanaf de puberteit tot aan het einde van de vruchtbare leeftijd in de voortplantingsorganen voortplantingscellen (gameten) aan te maken.

• MITOSE

• Mitose zorgt voor de aanmaak van nieuwe lichaamscellen of somatische cellen, waardoor de groei en herstel van weefsels mogelijk wordt.

• Typisch voor de mitose is dat de twee nieuwgevormde cellen of dochtercellen evenveel en hetzelfde erfelijk materiaal bezitten als de diploïde moedercel $(2n)$.

• Daardoor zijn de diploïde dochtercellen $(2n)$ ook genetisch identiek aan elkaar.

• MEIOSE

• Meiose zorgt voor de vorming van gameten in de voortplantingsorganen.

• Typisch voor een meiose is dat uit een diploïde moedercel $(2n)$ door halvering van het aantal chromosomen haploïde dochtercellen $(n)$ ontstaan, die genetisch niet identiek zijn aan elkaar en aan de moedercel.

• Voor het realiseren van deze twee delingsactiviteiten in ons lichaam bestaan er twee soorten delingen:mitose en meiose.

• De hoeveelheid erfelijk materiaal moet in de voortplantingscellen gereduceerd worden tot de helft van wat de oorspronkelijke moedercel bevat omdat een zygote $(2n)$ wordt gevormd uit de samenstelling van het erfelijk materiaal van de zaadcel $(n)$ en de eicel $(n)$.

• Door de samenvoeging van het halve aantal $(n)$ chromosomen van de moeder en het halve aantal $(n)$ van de vader bevat ieder individu telkens weer het soorteigen aantal chromosomen dat ook in alle lichaamscellen $(2n)$ aanwezig is.

• Bij de mens treedt meiose enkel op in de eierstokken en de teelballen.

Verloop van Mitose en Cytokinese in een Dierlijke Cel

• Mitose (kerndeling) verloopt in 4 fasen: profase, metafase, anafase en telofase.
• Onmiddellijk na kerndeling volgt cytokinese.

Profase

• Celkern neemt een positie in de cel in.
• Spiralisatie en condensatie van de chromatinevezels zet zich door.
• Met behulp van een lichtmicroscoop kun je duidelijk de chromosomen waarnemen, deze zijn opgebouwd uit twee (zuster)chromatiden.
• De cel telt op dat ogenblik 2n chromosomen;
• Elk paar centriolen vormt een asterfiguur door microtubuli stervormig op te bouwen.
• De twee asters migreren elk naar tegenoverliggende zijden/polen van de cel.
• Halverwege tussen twee polen situeert zich denkbeeldig het evenaarsvlak.
• Tussen de asters ontstaat een spoelfiguur, opgebouwd uit microtubuli.
  *Spoeldraden die opgebouwd zijn uit polaire microtubuli, steunende functie en worden daarom ook steundraden genoemd
  *Spoeldraden die opgebouwd zijn uit kinetochore microtubuli die een binding aangaat met de kinetochoren op een chromosoom een soort plaatje gevormd uit proteïnen die zich op een specifiek DNA-fragment van een chromosoom vestigen, ook trekdraden genaamd.
• Tegen het einde van de profase is het kernmembraan verbrokkeld en zijn de nucleoli verdwenen, zodat de chromosomen vrij in het cytoplasma liggen.

Metafase

• Chromosomen zijn nu korte en dikke structuren geworden.
• Gebonden aan de trekdraden komen de chromosomen willekeurig in het evenaarsvlak terecht.
• In deze fase observeert men de chromosomen voor het maken van een karyogram.

Anafase

• De centromeren splitsen en de zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden door het verkorten van de trekdraden, dat gebeurt door afbraak van de tubulineproteïnen.
• Elke zusterchromatiden wordt zo naar de pool getrokken, waarmee ze via kinetochore microtubuli verbonden is.
• Zodra de beide zusterchromatiden van elkaar losgekomen zijn, worden het volwaardige chromosomen voor de toekomstige dochtercellen want ze bevatten elk op zich de volledige DNA-informatie.
• Ze bevinden zich nog in een gecondenseerde toestand.

Telofase

• De spoelfiguur verdwijnt door de afbraak van de microtubuli. De afzonderlijke tubulineproteïnen zullen worden gebruikt voor de opbouw van het cytoskelet van de dochtercellen.
• Aan elke pool zijn er nu 2n chromosomen, die beginnen te decondenseren en te despiraliseren
• Beide groepen chromosomen evolueren naar dicht opeengepakte chromatinevezels, waarrond een kernmembraan verschijnt.
• Ook de nucleoli worden opnieuw gevormd.
• (DNA-replicatie gebeurt tussen telofase en cytokinese)

Cytokinese in een Dierlijke Cel

• Na de kerndeling volgt de insnoering van de cel. Tijdens de anafase en de telofase heeft de cel tegen haar celmembraan een samentrekbare ring gevormd rond het evernaarsvlak. Wanneer de ring volledig samentrekt, wordt de oorspronkelijke cel middendoor gesnoerd.
• Het resultaat is twee dochtercellen, die elk de helft ontvangen van het oorspronkelijke cytoplasma en van de organellen.
• De duur van de mitose verschilt van cel tot cel. Ook milieufactoren kunnen hierop een invloed uitoefenen.

Belang van de Mitose

• Groei en ontwikkeling: vermeerdering van lichaamscellen door mitose maakt groei en ontwikkeling mogelijk.
• In stand houden van het organisme: Afgestorven cellen worden onmiddellijk vervangen.
• Herstel van beschadigd weefsel: Als een weefsel beschadigd wordt, stijgt de delingsactiviteit op die plaats tot het weefsel hersteld is.
• Vermenigvuldiging van de soort: Bij bacteriën en eencelligen dient de mitose voor de vermenigvuldiging van de soort.
  • Ze vermeerderen allemaal door celdeling; bacteriën doen dat soms in een razend snel tempo (om de 20 min.) We spreken van klonen

Meiose

• Om die halvering van het aantal chromosomen te realiseren, ondergaan de diploïde voorloperscellen van de gameten, ook kiemcellen genoemd, een meiotische deling.
• Vooraleer een voorloperscel in de teelballen of de eierstokken overgaat tot een meiose, worden in de interfase een aantal voorbereidingen getroffen, die nagenoeg dezelfde zijn als in de interfase van de mitose.
  *Toename van het celvolume
  *DNA-replicatie met als gevolg verdubbeling van de chromatinevezels
  *Aanmaak van grote hoeveelheden histonen
  *Verdubbeling van het centriolenpaar
• De meiose bestaat uit twee opeenvolgende celdelingen, meiose 1 en meiose 2, waardoor er uit één voorlopercel uiteindelijk niet twee, maar 4 haploïde gameten ontstaan.
• Beide delingsprocessen verlopen in vier fasen, die dezelfde naam hebben als bij de mitose: profase, metafase, anafase en telofase.

Meiose 1 of Eerste Meiotische Deling

• Essentieel voor meiose 1 is dat het aantal chromosomen gehalveerd wordt. Daarom noemen we meiose 1 ook de reductiedeling.

Profase 1

*Chromosomen worden zichtbaar ten gevolge van spiralisatie en condensatie van chromatinevezels.
*Elk paar centriolen vormt een asterfiguur.
*De asterfiguren verwijderen zich van elkaar naar een pool van de cel.
*Tussen de polen wordt een spoelfiguur aangelegd.
*Anders dan bij de profase van de mitose gaan de homologe chromosomen paren vormen en bij elkaar liggen.
*De vier chromatiden vormen één compact geheel of chromatidentetrade.
*De zusterchromatiden van homologe chromosomenparen over elkaar liggen op sommige plaatsen.
*Plaats waar dat het geval is = chiasma.
*Kleine stukjes chromatiden breken af en de niet-zusterchromatiden wisselen de stukjes met elkaar uit = overkruising/crossing-over.
*De chromatiden krijgen daardoor een nieuwe genetische samenstelling: genetische recombinatie.
*De zusterchromatiden per chromosoom zijn geen perfecte kopieën meer van elkaar
*Kernmembraan verbrokkeld en de nucleoli zijn verdwenen, zodat de chromosomen vrij in het cytoplasma liggen.

Metafase 1

• De tetraden gaan nu in het evenaarsvlak liggen. De chromosomen leggen zich dus niet elk apart in het middenvlak van de cel zoals bij de mitose, maar per homoloog paar.
• Beide kinetochoren van elk chromosoom zijn, door middel van hun kinetochore microtubuli, verbanden met de sterfiguur die aan dezelfde kant van het evenaarsvlak gelegen is.

Anafase 1

• In anafase 1van de meiose worden de homologe chromosomen, elk met hun twee chromatiden, van elkaar getrokken = disjunctie (ontbinding).
• Van elk homoloog chromosomenpaar gaat er één chromosoom naar de ene en de één naar de andere pool, zodat er twee gelijkaardige groepen chromosomen ontstaan.
• Dat is de cruciale stap in de halvering van het aantal chromosomen of de reductie van diploïd naar haploïd.

Telofase 1 en Cytokinese

• Chromosomen komen bij de polen aan. Elk chromosoom bestaat uit twee zusterchromatiden, die echter niet identiek zijn door crossing-over.
• De telofase 1 wordt gevolgd door de insnoering van de moedercel ter hoogte van het evenaarsvlak, waardoor er twee cellen ontstaan, maar zonder echte celkern.
• Rond het erfelijk materiaal wordt immers geen kernmembraan aangelegd. De chromosomen blijven zichtbaar.

Meiose 2 (~ Mitose) of Tweede Meiotische Deling

• Onmiddellijk of na een korte rustperiode sluit de tweede meiotische deling aan op de eerste. Omdat elk chromosoom in de dochtercellen al uit twee zusterchromatiden bestaat, is er geen synthesefase met DNA-replicatie nodig.
• Waar tijdens de meiose 1 nog homologe chromosomen uit elkaar werden getrokken, worden in meiose 2 de zusterchromatiden van elkaar gescheiden.
• In die zin vertoont de tweede meiotische deling veel gelijkenis met een mitose. De delende cel bevat echter geen homologe chromosomen meer.

Profase 2

• Profase 2 is zeer kort: de n chromosomen zijn immers al in gecondenseerde vorm aanwezig. Ze liggen in het cytoplasma, vermits er na telofase 1 geen echt herstel van het kernmembraan is geweest.
• De beide zusterchromatiden zijn nog altijd met elkaar verbonden ter hoogte van het centromeer. In elke cel wordt een spoelfiguur aangelegd loodrecht op de richting van de spoelfiguur in de eerste meoitische deling.

Metafase 2

• De chromosomen gaan willekeurig in het evenaarsvlak liggen. Net zoals in de mitose vormen zich spoeldraden tussen de centromeren en de centriolen.

Anafase 2

• De trekdraden verkorten, waardoor de zusterchromatiden van elkaar loskomen. Als volwaardige chromosomen migreren ze via hun kinetochore microtubuli naar de celpolen.

Telofase 2 en Cytokinese

• Aan elke celpool bevinden er zich nu n chromosomen. Zoals bij een mitotische telofase vallen de microtubuli uiteen en gaan de chromosomen door decondensatie opnieuw over in chromatine.
• Ondertussen worden kernmembraan en nucleoli gevormd. De meiose eindigt met de insnoering van het cytoplasma. Omdat meiose 2 parallel voltrekt in de twee dochtercellen van meiose 1, ontstaan er uiteindelijk 4 haploïde cellen uit één moedercel.

Verschillen Tussen Mitose en Meiose

• Dochtercellen van de mitose zijn genetisch identiek, in tegenstelling tot meiose waar dochtercellen genetisch uniek zijn.
• Geen paarvorming van homologe chromosomen bij mitotische profase.
• Bij anafase van de mitose worden genetisch identieke zusterchromatiden gescheiden, terwijl in de anafase 1 van de meiose homologe chromosomen uit elkaar worden getrokken.

Belang van Meiose

• De meiose is van essentieel belang bij de geslachtelijke voortplanting. Enerzijds zorgt de meiose voor het behoud van een normaal aantal chromosomen bij elke volgende generatie door de productie van haploïde gameten. Anderzijds ontstaan er dankzij de meiose genetisch unieke gameten door een recombinatie van het erfelijk materiaal en door een toevallige combinatie van chromosomen in de dochtercellen.

Productie van Haploïde Gameten

Cellen van de voortplantingsorganen zijn, net als alle andere lichaamscellen, diploïd. Ze zijn door opeenvolgende mitosen ontstaan uit de bevruchte eicel of zygote. In de teelballen en de eierstokken bevinden zich diploïde voorloperscellen van de gameten. Door meiose ondergaan die cellen een halvering of reductie van het aantal chromosomen. Het resultaat van die deling is dat er haploïde gameten ontstaan. De meiose voorkomt daardoor een progressieve verdubbeling van de chromosomen bij de bevruchting, generatie na generatie. De versmelting van een rijpe eicel met een zaadcel zou immers het chromosomenaantal in de bevruchte eicel telkens verdubbelen.

Productie van Genetisch Unieke Gameten

Recombinatie van DNA Door Crossing-Over

Door crossing-over tijdens de profase 1 van de meiose wordt er DNA uitgewisseld tussen de homologe chromosomen van de diploïde moedercel. Dat heeft als gevolg dat de zusterchromatiden geen exacte genetische kopieën meer zijn. De haploïde dochtercellen of gameten waarin die verschillende chromatiden zullen terechtkomen, hebben door de crossing-over elk een unieke genetische samenstelling. Er ontstaat dus genetische variatie bij de gameten van eenzelfde organisme, en daardoor ook bij de nakomelingen die ontstaan door geslachtelijke voortplanting. Genetische variatie is belangrijk voor het in stand houden van de soort wanneer de leefomstandigheden drastisch wijzigen.

Toevallige Combinatie van Chromosomen Door Mixing

Dat gameten genetisch uniek zijn, wordt niet alleen in de hand gewerkt door crossing-over. Ook de toevallige combinatie van vaderlijke of paternale chromosomen en moederlijke of maternale chromosomen die in een bepaalde gameet zijn samengebracht, is daarbij bepalend. Als tijdens de anafase 1 de homologe chromosomen elk naar één kant van de cel migreren, zal het nu eens het paternaal en dan weer het meternaal chromosoom zijn dat naar de linker- of de rechterpool getrokken wordt. Dat is afhankelijk van de toevallige schikking van de paternale en maternale chromosomen in het evenaarsvlak tijdens de metafase 1. Uiteindelijk krijgen we in elke dochtercel een haploïde aantal chromosomen, weliswaar met een wisselend aantal chromosomen afkomstig van vader en van moeder. Die wisselende samenstelling van vaderlijke en moederlijke chromosomen noemen we mixing.

Toepassingen van de Genetica

Klassieke Veredeling (Selective Breeding)

Hoewel klassieke veredeling voornamelijk wordt gebruikt in landbouw en veeteelt, biedt het ook een basisinzicht in hoe genetische eigenschappen door generaties heen worden overgedragen, wat nuttig is voor het begrijpen van erfelijke ziekten.

Wat is Klassieke Veredeling?

Klassieke veredeling is een proces waarbij organismen met wenselijke eigenschappen worden geselecteerd en gekruist om deze eigenschappen in de volgende generatie te versterken. Dit proces maakt gebruik van natuurlijke variatie binnen een populatie en kan generaties duren om specifieke eigenschappen te verbeteren.

In de klassieke veredeling wordt genetische diversiteit binnen een populatie benut. Door individuen met bepaalde gewenste eigenschappen (bijvoorbeeld grotere fruitproductie bij planten, of betere melkproductie bij koeien) te kruisen, hopen fokkers dat hun nageslacht deze eigenschappen in versterkte mate zal erven. Dit proces is gebaseerd op Mendeliaanse genetica, waarbij dominante en recessieve eigenschappen in de populatie worden doorgegeven. De wetten van Mendel (zoals de segregatiewet en de onafhankelijke overerving) zijn hierbij cruciaal.

Toepassing

Hoewel klassieke veredeling in sommige gevallen traag en onvoorspelbaar kan zijn, wordt het nog steeds gebruikt in combinatie met genetische modificatie en biotechnologie om gewassen en dieren met betere eigenschappen te creëren.

Polymerase Chain Reaction (PCR)

De Polymerase Chain Reaction is een techniek waarmee wetenschappers kleine hoeveelheden DNA kunnen vermeerderen tot grote hoeveelheden, zodat deze gemakkelijker kunnen worden geanalyseerd. Deze techniek werd in 1983 ontwikkeld door Kary Mullis en heeft sindsdien revolutionaire toepassingen gehad in de geneeskunde, genetica en forensische wetenschap.

Werking

PCR bestaat uit drie basisstappen:

• Denaturatie: De dubbelstrengs DNA-helix wordt verwarmd tot ongeveer 94-96°C om de twee strengen van elkaar te scheiden.
• Annealing: De temperatuur wordt verlaagd (ongeveer 50-65°C), waardoor korte DNA-sequenties, zogenaamde primers, aan de enkelvoudige DNA-strengen kunnen binden.
• Extensie: Een DNA-polymerase (meestal Taq-polymerase) verlengt de primers door nieuwe nucleotiden toe te voegen, waardoor een nieuwe complementaire DNA-streng wordt gesynthetiseerd.
• Dit proces wordt meerdere cycli herhaald (meestal 25-35 cycli), waardoor miljoenen tot miljarden kopieën van het DNA-fragment ontstaan.

Toepassingen in de Geneeskunde:

• Diagnose van infectieziekten: PCR kan zeer kleine hoeveelheden viraal of bacterieel DNA detecteren, zelfs in een vroeg stadium van infectie, wat leidt tot snelle en nauwkeurige diagnose.
• Kankeronderzoek: PCR wordt gebruikt om genetische mutaties in kankercellen te detecteren, wat helpt bij het bepalen van de behandeling en prognose.
• Prenatale diagnostiek: PCR kan worden gebruikt om genetische afwijkingen in het DNA van een foetus te detecteren door een klein monster van vruchtwater of placentaweefsel te analyseren.
• Forensische geneeskunde: PCR wordt ook veel gebruikt in DNA-fingerprinting, waarmee verwantschappen kunnen worden aangetoond of verdachte personen kunnen worden geïdentificeerd.

Verwantschapsanalyse

Verwantschapsanalyse maakt gebruik van genetische markers (zoals DNA-profielen) om de genetische relatie tussen twee of meer personen vast te stellen. Het kan worden gebruikt om te bepalen of individuen familie van elkaar zijn, zoals in het geval van vaderschaps- of broederschapsvragen, maar ook om evolutionaire relaties tussen soorten te bestuderen.

Mechanisme:

Verwantschapsanalyse wordt vaak uitgevoerd door specifieke genetische loci te analyseren die veel variatie vertonen binnen een populatie. Deze loci kunnen korte tandem repeats (STR's) of single nucleotide polymorphisms (SNP's) zijn.

Bij vaderschapsanalyses bijvoorbeeld worden de STR-profielen van het kind, de moeder en de vermeende vader vergeleken.
Het DNA-profiel van een kind moet voor 50% overeenkomen met dat van de vader en voor 50% met dat van de moeder.

Toepassingen in de Geneeskunde:

• Vaderschaps- en familierelaties: Genetische verwantschapstests kunnen worden gebruikt om juridische en ethische kwesties op te lossen, zoals vaderschapsgeschillen of familierechtelijke zaken.
• Erfelijkheid van ziekten: Verwantschapsanalyse kan helpen bij het traceren van genetische aandoeningen binnen een familie. Als een familielid een erfelijke aandoening heeft, kunnen andere leden van de familie worden getest om te zien of ze het gen dragen.
• Compatibiliteit bij orgaandonatie: Verwantschapsanalyse speelt een belangrijke rol bij het matchen van orgaandonoren en -ontvangers. Omdat genetische overeenkomsten de kans op orgaanacceptatie vergroten, wordt DNA-profielvergelijking gebruikt om potentiële donoren te screenen.
• Forensisch onderzoek: Verwantschapsanalyse wordt veel gebruikt bij forensisch onderzoek om te bepalen of een verdachte verwant is aan sporen op een plaats delict, of om familiebanden tussen onbekende personen en slachtoffers vast te stellen.
• Relevantie voor geneeskunde: Voor artsen en onderzoekers is verwantschapsanalyse een krachtig hulpmiddel om genetische ziekten in een familie te onderzoeken. Het helpt ook bij genetische counseling, waarbij familieleden worden geadviseerd over hun risico op het doorgeven van erfelijke aandoeningen aan hun kinderen.

Erfelijkheid

• Relaties tussen kenmerk, gen, allel, chromosoom, genotype, fenotype
• Mono- en dihybride kruising met dominant/recessieve overerving, codominantie, intermediaire of partiële dominantie, letale allelen, multiple allelen, cryptomerie of epistasie
• Gekoppelde genen, recombinatie (zie ook bij celvermeerdering)
• Geslachtsgebonden overerving
• Stamboomanalyse van families

Begrippen:

• Allel: Een allel is een bepaalde variant van een gen.
• Gen: Een gen is de drager van informatie van de erfelijke eigenschappen.
• Homozygoot: Een individu is homozygoot als het voor beide allelen dezelfde erfelijke informatie bevat.
• Heterozygoot: Een individu is heterozygoot als het voor beide allelen verschillende erfelijke informatie bevat.
• Dominant: Zal dat kenmerk tot uiting komen.
• Recessief: Zal het enkel tot uiting komen als het tegenliggende allel ook recessief is.
• Co-dominant: Een combinatie van twee dominante allelen in een individu resulteert in een mix van de kenmerken.
• Recombinatie: Met recombinatie wordt de herschikking van de genetische eigenschappen van een individu aangeduid.
• Genotype: Het geheel van alle genen wordt het genotype van dat individu genoemd.
• Fenotype: Het geheel van uiterlijke kenmerken die voortkomen uit het genotype wordt het fenotype genoemd.

Mono- En Dihybride Kruising

• DIHYBRIDE KRUISING

  • Moeder: bruine ogen (homozygoot)
    • Vader: bruine ogen (heterozygoot)
    • F1: alle kinderen zullen bruine ogen hebben, maar 1
      thalf kinderen is homozygoot en 1
      thalf kinderen is heterozygoot

• DIHYBRIDE KRUISING

  • Moeder: bruine ogen (heterozygoot) en bruin haar (heterozygoot)
    • Vader: bruine ogen (heterozygoot) en bruin haar (heterozygoot)
    • F1:
      • Kinderen kunnen bruin haar en bruine ogen hebben $(9/16 <br />\nrightarrow AABB, AaBB, AaBb, AABb)$
      • Bruin haar en blauwe ogen $(3/16 <br />\nrightarrow AAbb, Aabb)$
      • Blond haar en bruine ogen $(3/12 <br />\nrightarrow aaBB, aaBb)$
      • Blond haar en blauwe ogen $(1/16 <br />\nrightarrow aabb)$

Codominantie

• Beide eigenschappen komen tot uiting. Bijvoorbeeld witte kip kruist met zwarte kip ➔ witte kip met zwarte vlekjes

Intermediaire kenmerken/Partiële dominantie

• Beide eigenschappen ‘mixen’. Bijvoorbeeld rode bloem en witte bloem ➔ roze bloem.

Letale Allelen

• Soms dominant allel nodig om levensvatbaar te zijn. Indien 2 recessieve (letale) allelen ➔ niet levensvatbaar.

Multiple Allelen

• Er zijn meer dan 2 allelen voor 1 gen

Cryptomerie

• 1e kenmerk bepaald door 2 genen
  • 1e gen beïnvloedt de werking van het andere gen
    • Bijvoorbeeld een muis ➔ een allel extra (een cryptomeer) kan ervoor zorgen dat de zwarte vacht omgezet wordt in een grijze vacht. Als deze niet aanwezig is, is de vacht gewoon zwart.

Gekoppelde genen, Recombinatie

• Gekoppelde genen ➔ genen kunnen dicht bij elkaar liggen ➔ makkelijker samen overgeërfd

• Morgan ontdekte dat er een verband is tussen het aantal recombinaties en de hoeveelheid afstand tussen genen. Hij ontwikkelde een nieuwe eenheid: centiMorgan. Het aantal centiMorgan (cM) dat tussen twee genen zit, wijst op de kans dat ze recombineren. De recombinatiefactor kan berekend worden met volgende formule:
  $aantal recombinanten = verschil in centiMorgan (\Delta cM) totaal$

• Als je het verschil in centiMorgan dan omzet in een percentage, weet je de grootte van de recombinatiefactor.
  Voorbeeld

  • Tussen b en cn zit 9cM
  • T