مواضيع المحاضرة: Genetic
background image

SINGLE GENE DISORDERS 

AR Disorders 

Dec. 14.  2015 


background image

 Single Gene Disorders 
• Cystic Fibrosis 
• Phenylketonuria 
• Galactosemia 
• Glycogen storage disorders (Glycogenoses) 
• Lysosomal Storage Diseases 
• Neurofibromatosis 
 Multifactorial inheritance 

 

 

Lect 3. Dec 2015 
 

 


background image

The three major categories of genetic 

disorders:  

 

(1) Single-gene disorders  
(2) Multifactorial inheritance 
(3) Chromosomal disorders.  
(4) Single-gene disorders with nonclassic patterns of 

inheritance.(Do not follow the Mendelian pattern 
of inheritance). 


background image

Cystic Fibrosis 

 AR 
• Resp T., GIT., Reprod. sys. 
• 1.Ch. Pulmonary infections 
• 2. Pancreatic insufficiency (85 – 90%) 
 Dx: Hypertonic salty sweat.  
• Malabsorption, Vit def, diarrhea, 

Meconeum ileus 

 Causes of death;  
• cardiopulmonary complications, 
•  Transplant complications, 
•  Liver failure. 

 


background image

Cystic Fibrosis 


background image

• CL channel defect in the sweat duct (top) 

causes increased Cl & Na conc. in sweat.  

• In the airway (bottom), decreased CL. 

secretion and increased Na & H2O 
reabsorption leading to dehydration of the 
mucus layer coating epithelial cells, defective 
mucociliary action, and mucus plugging of 
airways. CFTR, Cystic fibrosis transmembrane 
conductance regulator; ENaC, epithelial 
sodium channel. 
 


background image

The many clinical manifestations of mutations in the cystic fibrosis gene, from 
most severe to asymptomatic.  

CFTR, Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator 

Cystic Fibrosis 


background image

Pancreatiic CF

 

CF Lung

 

Cystic Fibrosis 


background image

Diseases Caused by Mutations in Genes 

Encoding Enzyme Proteins 


background image

The phenylalanine hydroxylase system. NADH, nicotinamide adenine 
dinucleotide, reduced form 

Phenylketonuria 


background image

Deficiency of the enzyme---inability to convert phenylalanine into tyrosine, leads to intermediates 
that excreted in sweat (odor), concomitant lack of tyrosine leads to lack of melanin. 

Rx:

 restriction of phenylalanine intake early in life.(

depend on fruits & Vegetables, bread, pastas

 

Milk, Meat 


background image

PKU 

• AR 
• Severe mental retardation, 

seizures, and decreased 
pigmentation of skin,  

• can be avoided by restricting the 

intake of phenylalanine in the 
diet. 

• Transplacental passage of 

phenylalanine metabolites. 


background image

Galactosemia 
 

•  AR 
•  lack of the GALT enzyme,  
•  accumulation of 
galactose-1-phosphate & its 
metabolites in tissues. 


background image

Galactosemia 

 AR 
Galactose metabolism 
1/60,000 

Lack of enz. GALT 
(Transferase) 

Liver, spleen, kid 
FTT, from milk ingestion 
Jundice, hepatomegaly, 
Renal damage, 
Rx: early removal of 
galactose from diet. 


background image

Glycogen storage disorders 

(Glycogenoses): 

• AR 
• deficiency of enzymes involved in glycogen synthesis or 

degradation,  

• result in excessive accumulation of glycogen or abnormal 

form of glycogen in various tissues 


background image

background image

background image

background image

Glycogen storage disorders  

 

1.  Hepatic form

• due to Glucose 6 phosphatase enzyme 

deficiency called Von Gierke disease

 


background image

Glycogen storage disorders  

2- Myopathic form

• deficiency of muscle phosphorylase enz.  

• (

McArdle disease

 


background image

Glycogen storage disorders  

• 3- Two other forms of glycolysis; 

•  Pompe; deficiency of lysosomal acid maltase,  

deposition of glycogen in every organ but 

cardiomegaly is prominent . 

•  Brancher glycogenoses,  effect on the liver, 

heart, muscles… 

 


background image

NEUROFIBROMATOSIS 

 1 and 2 
• Diseases caused by mutation in 

protein that regulate cell growth 

• 1-von Recklinghausen 
     Neurofibromas, café-au-lait, Lisch 

nodules 

• 2- “acoustic” neurofibromatosis 

 

 
 


background image

• Neurofibromatosis (commonly 

abbreviated NF) is a AD disease 

 


background image

background image

Penetrance and Expressivity

.  

 
• Incomplete penetrance ; Some individuals inherit 

the mutant gene but are phenotypically normal.  

• 50% penetrance indicates that 50% of those who 

carry the gene express the trait.  

 
• Variable expressivity; If a trait is seen in all 

individuals carrying the mutant gene but is 
expressed differently among individuals. 

 
• Because of other genes or environmental factors 

that modify the phenotypic expression of the 
mutant allele 


background image

• Highly penetrantmeaning that the presence 

of the mutation is associated with the 
disease in a large proportion of individuals 

 

 


background image

Complex Multigenic disorders.  

• Most common 
• Multi-”FACTORIAL”,  not just multi-GENIC 
• No single gene is sufficient to produce the 

disease. i.e. Multigenic or Polygenic 

•  Since environmental interactions are 

important.  

      i.e. Multifactorial disorders
•  low penetrance 


background image

“MULTIFACTORIAL” DISORDERS 

• Atherosclerosis, diabetes mellitus, hypertension, 

and autoimmune diseases  

• Cleft lip, palate 
• Congenital heart disease 
• Coronary heart disease 
• Gout 
• Pyloric stenosis 
• Schizophrenia 
• Psychological depression 
• MANY, MANY, MANY, MANY MORE 


background image

MULTIFACTORIAL  INHERITANCE 

• Multi-”FACTORIAL”,  not just multi-GENIC 
• Common phenotypic expressions governed 

by “multifactorial” inheritance 

– Hair color 
– Eye color 
– Skin color 
– Height 
– Intelligence 
– Diabetes, type II 


background image

• We are now moving the discussion up from 

ONE gene MULTI-genes Parts of 
chromosomes WHOLE chromosomes. 
 


background image

LYSOSOMAL STORAGE DISEASES 

• Lysosomes; Digestive sys of the cell. 
• Rich in hydrolase enz. 
• Involve in breakdown of Sphingolipid & 

Mucopolysaccharide. 

• Enz. Def.                Accumulation of – in cells. 
• Hepatospleenomegaly  
• CNS involvement. 

 


background image

background image

Lysosomal Storage Diseases 

Pathogenesis of lysosomal storage diseases, a complex substrate is normally degraded by a series of 
lysosomal enzymes(A, B, and C) into soluble end products 

If there is a deficiency or malfunction of one of the enzymes (e.g., B), catabolism is incomplete, and 
insoluble  ntermediates accumulate in the lysosomes. 


background image

background image

SPHINGOLIPIDOSES 

• MANY types, Tay-Sachs most often referred to 

– GANGLIOSIDES are ACCUMULATED 
– Ashkenazi Jews (1/30 are carriers) 
– CNS neurons a site of accumulation 
– CHERRY RED spot in Macula 


background image

• Tay-Sachs disease (abbreviated TSD, also 

known as 

GM2 

gangliosidosis

 or Hexosaminidase A 

deficiency) is an 

autosomal recessivegenetic 

disorder

In its most common variant known as 

infantile Tay-Sachs disease it presents with a 
relentless deterioration of mental and physical 
abilities which commences at 6 months of age 
and usually results in death by the age of four. 

 


background image

NIEMANN-PICK 

• TYPES A, B, C 
• SPHINGOMYELIN BUILDUP 
• MASSIVE SPLENOMEGALY 
• ALSO in ASHKANAZI JEWS 
• OFTEN FATAL in EARLY LIFE, CNS, 

ORGANOMEGALY 


background image

• Sphingomyelin (SPH), (sphin-go-my-e-lin (sfi 

ng gōˈmīəlin)), is a type of 

sphingolipid

 found 

in animal 

cell membranes

, especially in the 

membranous 

myelin sheath

 which surrounds 

some 

nerve cell

 

axons

. It usually consists 

of

phosphorylcholine

 and 

ceramide

. In humans 

SPH represents ~85% of all sphingolipids. 

 


background image

GAUCHER DISEASE 

• GLUCOCEREBROSIDE BUILDUP 
• 99% are type I, NO CNS involvement 
• ALL MACROPHAGES, liv, spl, nodes, marrow 


background image

• Cerebrosides are 

glycosphingolipids

 which are important 

components in animal 

muscle

 and 

nerve

 

cell 

membranes

. 

Myelin

 is the most well known cerebroside. 

Glucocerebroside (also called glucosylceramide) is any of 
the 

cerebrosides

 in which the 

monosaccharide

 head group 

is 

glucose

. 

• Gaucher's disease is the most common of the 

lysosomal 

storage diseases

. It is caused by a hereditary deficiency of the 

enzyme 

glucocerebrosidase

 (also known as acid β-

glucosidase). The enzyme acts on a fatty 
substance 

glucocerebroside

 (also known as 

glucosylceramide

). 

When the enzyme is defective, the substance accumulates, 
particularly in cells of the mononuclear cell lineage. 

 


background image

MUCOPOLYSACCHARIDOSES 

• HURLER/HUNTER, for I and II, respectively 
• DERMATAN sulfate, HEPARAN sulfate 

buildup 

– coarse facial features 
– clouding of the cornea 
– joint stiffness 
– mental retardation 
– URINARY EXCRETION of SULFATES COMMON 

 


background image

Albinism: partial or total lack of 

melanin

 

pigment

 in the eyes, skin and hair.  

 


background image

Biochemical and Molecular Basis of Some Mendelian Disorders 

Protein 
Type/Function 

Example 

Molecular Lesion  Disease 

ENZYME 

Phenylalanine 
hydroxylase 

Splice-site 
mutation: reduced 
amount 

Phenylketonuria 

Hexosaminidase 

Splice-site 
mutation or 
frameshift 
mutation with stop 
codon: reduced 
amount 

Tay-Sachs disease 

Adenosine 
deaminase 

Point mutations: 
abnormal protein 
with reduced 
activity 

Severe combined 
immunodeficiency 


background image

ENZYME INHIBITOR 

α

1

-Antitrypsin 

Missense mutations: 
impaired secretion from 
liver to serum 

Emphysema and liver 
disease 

RECEPTOR 

Low-density lipoprotein 
receptor 

Deletions, point 
mutations: reduction of 
synthesis, transport to 
cell surface, or binding 
to low-density 
lipoprotein 

Familial 
hypercholesterolemia 

Vitamin D receptor 

Point mutations: failure 
of normal signaling 

Vitamin D–resistant 
rickets 

TRANSPORT 
Oxygen 

Hemoglobin 

Deletions: reduced 
amount 

α-Thalassemia 

Defective mRNA 
processing: reduced 
amount 

β-Thalassemia 

Point mutations: 
abnormal structure 

Sickle cell anemia 

Ions 

Cystic fibrosis 
transmembrane 
conductance regulator 

Deletions and other 
mutations: 
nonfunctional or 
misfolded proteins 

Cystic fibrosis 


background image

STRUCTURAL 
Extracellular 

Collagen 

Deletions or point 
mutations cause 
reduced amount of 
normal collagen or 
normal amounts of 
defective collagen 

Osteogenesis 
imperfecta; 
Ehlers-Danlos 
syndromes 

Fibrillin 

Missense mutations  Marfan syndrome 

Cell membrane 

Dystrophin 

Deletion with 
reduced synthesis 

Duchenne/Becker 
muscular dystrophy 

Spectrin, ankyrin, or 
protein 4.1 

Heterogeneous 

Hereditary 
spherocytosis 

HEMOSTASIS 

Factor VIII 

Deletions, insertions, 
nonsense mutations, 
and others: reduced 
synthesis or 
abnormal factor VIII 

Hemophilia A 

GROWTH 
REGULATION
 

Rb protein 

Deletions 

Hereditary 
retinoblastoma 

Neurofibromin 

Heterogeneous 

Neurofibromatosis 
type 1 

 
 


background image

• Diseases caused by mutation in protein that 

regulate cell growth: 

• 2 classes of genes that regulate cell growth, 

proto-oncogenes & cancer suppressor genes
mutation affecting these genes lead to tumor. 

• 5% of all CA, there is mutation affecting 

certain tumor suppressor genes are present in 
all cells of the body including germ cells---
transmitted to the offspring. 

 


background image

Move fast & break things 


background image

• Gene expression and mendelian traits are 

usually described as dominant or recessive,  

• in some cases both of the alleles of a gene 

pair contribute to the phenotype—a 
condition called codominance
.  

• Histocompatibility and blood group antigens 

are good examples of codominant 
inheritance
 


background image

• With every AD disorder, some proportion 

of patients do not have affected parents. 
Such patients owe their disorder to new 
mutations 
involving either the egg or the 
sperm from which they were derived 




رفعت المحاضرة من قبل: Muqdad A Younis
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 60 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل