background image

Classification of Genetic disorders: 

 

I. Classical Genetic Diseases: 

1. Chromosomal (Cytogenetic) disorders. 
2. Single 

gene 

(or 

unifactorial) 

disorders 

(Mendelian  

     Disorders). 
3. Multifactorial disorders. 

II. Non-Classical Diseases "or the single gene disorders with  
     atypical pattern of inheritance": 

 i. Diseases caused by mutations in mitochondrial genes. 
ii. Triplet repeat mutations. 
iii. Uniparental disomy / Genomic imprinting. 
iv. Gonadal mosaism. 

 

Added  to  that,  is  the  group  of 

congenital malformations  (Birth 

Defects)


background image

2. Defects of Single Genes with Large Effect  

(Unifactorial or Mendelian Disorders) 


background image

background image

The number of known Mendelian disorders has grown 

to  more  than  5000.  Although  individually  some  are 
rare,  altogether  they  account  for  about  1%  of  all 
adult  hospital  admissions  and  about  6-8%  of  all 
pediatric hospital admissions. 

They are caused by a mutation in a 

single

 gene.  

A  mutation

  is  a  disturbance  in  the  sequence  of  the 

nucleotide  arrangement  in  the  DNA  molecule

,  or  it 

is simply 

a permanent change in the DNA

.  

Mutations  affecting  the  germ  cells  are  transmitted  to 

the  progeny  and 

may

  give  rise  to  inherited 

disorders.  

Those  occurring  in  the  somatic  cells  are  important  in 

the  causation  of  cancers  and  some  congenital 
malformation. 


background image

A  gene  is  that  part  of  the  DNA  that  codes  for  a 

polypeptide chain (or RNA).  

30,000 genes (in contrast to what was previously though of 

about 100,000).  

 
Exons 
Introns (Intragenic or intergenic) 


background image

Localization and structure of the factor VIII gene, located about 
1000kb  from  the  Xq  telomere  (Xqter).  The  gene  is  186kb  long 
and contains 26 exons .

   


background image

Dominant genes 
Recessive genes 
 
Autosomal 
X-linked 
 
Codominant  


background image

Pleiotropy

  

 
Genetic heterogeneity


background image

Marfan  syndrome  is  a  connective  tissue  disorder,  so 

affects  many  structures,  including  the 

skeleton,  lungs, 

eyes,  heart  and  blood  vessels.

  The  disease  is 

characterized by unusually long limbs, and is believed 

to  have  affected  Abraham  Lincoln  and  Ausama  Bin 

Laden. 

Marfan  syndrome  is  an  AD  disorder  that  has  been 

linked  to  the 

FBN1  gene  on  chromosome  15. 

FBN1 

encodes a protein called 

fibrillin

, which is essential for the 

formation of 

elastic fibres 

found in connective tissue.  

Without  the  structural  support  provided  by  fibrillin, 

many  tissues  are  weakened,  which  can  have  severe 

consequences,  for  example,  ruptures  in  the  walls  of 

major arteries. 


background image

ANY QUESTION? 


background image

NOTHING COMES EASILY 

A tree needs to be nurtured for a long time 

to become green, strong and fruitful 


background image

Why some genes act in a dominant 

manner while others behave in a 

recessive one?

 


background image

A single gene is responsible for the formation of a single type of 

polypeptide 

 
The  types  of  proteins  are  varied;  they  could  be 

structural 

proteins

,  like  fibrous  tissue,  elastic  tissue;  they  could  be 

immunoglobulins

; they could be 

signal proteins

; they could 

be 

receptors, enzymes, hormones

, … etc.  

Therefore, the action of the gene being dominant or recessive 

is 

determined  by  the  type  of  protein  it  produces

  and  its 

function. 

 

(not by the size or structure or no. of exons of the gene) 

Gene = Protein    

Gene = Polypeptide (true to some extent)  


background image

Dominant

  genes  usually  produce  two  types  of  proteins, 

either: 

1.  Major  structural  (or  key  non-enzymatic)  proteins

  (e.g. 

collagen, 

spectrin, 

etc.); 

examples 

are 

cases 

of 

achondroplasia  &  Ehler  Danlos  syndrome  (lax  joints  and 
skin).  

2.  A  key  enzyme  in  a  complex  metabolic  pathway  usually 

under feedback control

 (AD porphyria) 

3. a 

membrane receptor regulating a metabolic pathway or a 

membrane 

transport 

protein 

(AD 

familial 

hypercholesterolemia). 


background image

background image

background image

HMG-CoA reductase (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase), forms cholesterol from 
fatty acids, 

 

ACAT (acyl-CoA:cholesterol) transferase, hydrolyzes cholesterol into ester rendering it inactive

 


background image

background image

As for recessive genes

, they code for 

proteins, enzymes

 

which usually share in catabolic pathways and when 
both  alleles  are  defective,  there  is  no  protein,  i.e.  no 
enzyme  and  therefore  the  catabolic  pathway  is 
obstructed with the accumulation of the biochemical 
substrate. 

Accumulation  of  the  substrate  in  sensitive  tissues  will 

results in disease state. 

Examples  of  those  diseases  are  some  of  diseases  of 

mucopolysaccharidosis,  lipidosis,  phenylketonuria 
(PKU), albinism, and many others.  


background image

background image

 

 

 

 

Thyronine  

 

Diet  Phenylalanine 

 Tyrosine  L-DOPA 

 Melanin 

 

 

                phenylpyruvic acid  

              (excr. In urine in PKU) 

Acetoacetic 

acid 

1

 

2

 

4

 

3

 

1 = Phenyl alanine hydroxylase  PKU 

2 = Tyrosinase  albinism 

3 = Homogenistic acid oxidase  Alkaponuria (dark urine) 

4= enzyme deficiencies that interfere with thyroxine biosynthetic pathway   

     Cretinism  

Homogenistic 

acid 


background image

background image

ANY QUESTION? 


background image

ALL HAS WEAKNESSES & STRENGTHS 

 

A butterfly is fragile but beautiful, useful  and free 


background image

Sex-linked diseases

 “X”-linked [both AD & AR]  

 

Lyon’s  hypothesis    deviate  from  expected  pattern 

for AD or AR (female manifesting carriers)

 


background image

Lyon’s  hypothesis  states  that 

in  a  female’s  autosomal 

cells,  all  the  “X”  chromosomes  will  be  inactivated 
during interphase except one which remains active

 
• It  takes  place 

early  in  the  post-fertilization  period

19-20 days P.F. 

• It is random

.  

• All the daughter cells that descend from the inactive 

X, the same “X” will remain inactive. 


background image

background image

This  means  that  about  50%  of  the  “X”  chromosomes  are 

inactivated.  Therefore,  the  body  of  the  female  is  a  mosaic 
concerning  the  active  “X”  functioning.  So,  the  female  is 
considered  heterozygote  in  regard  to  the  origin  of  the  X-
chromosome. 


background image

X-linked dominant disorders: 

Vitamin 

– D resistant rickets 


background image

ANY QUESTION? 


background image

Although  

SHE

 sits in the dark, but 

SHE

 looks 

to

 the light 


background image

Etiology:  

All single gene diseases are due to mutations, which are 

of different types

1. Single point mutation. 
2. Addition – Deletion mutation. 
3. Unequal crossing over. 

 
1. Single point mutation

, which is the commonest type. 

They  usually  result  from  a  change  in  one  of  the 
nucleotide  bases  that  form  the  trios  (three  bases), 
each  of  which  codes  for  a  specific  amino  acid  in  the 
protein molecule.
 

The sequences are the following


background image

20 amino acids 
4 bases in triplets (4

3 = 

64 possible codes) 

3 of them are stop codons 
61 possibilities for only 20 a.a.  
 

= genetic code redundancy  


background image

1. Silent mutation

 (

Redundancy of the code)

 

2. Neutral mutation 

3. Missense  mutation:  new  code  coding  for  a  different  amino 

acid

  in  the  protein  changing  its  character  and  behaviour 

resulting  in  disease,  e.g.  some  cases  of  thalassemia,  sickle 
cell disease, PKU. 

4. Mutation of the 

termination codon

,  

1. e.g. Constant Spring type of haemoglobin (Hb

CS

), where 

the termination codon of α-polypeptide of Hb is mutated 
resulting in addition of 31 amino acids to the original 14 
amino acids of the normal chain 

2. Non-sense mutation. 


background image

Consequences of base pair substitutions 

(A) Silent mutation:

 The base pair substitution in the DNA codon 

does not change the coding specificity. 

(B) Neutral mutation.

 The base pair substitution changes the amino 

acid specified by the DNA codon, but the replacement amino acid 
has physicochemical properties similar to the original one. 


background image

(C)  Missense  mutation

.  The  base  pair  substitution  changes  the 

amino acid specified by the DNA codon.  

(D)  Nonsense  mutation.

  Base  pair  substitution  changes  a  DNA 

codon  that  codes  for  an  amino  acid  into  one  that  specifies  a  stop 
codon. 


background image

2. Addition – deletion

 mutations. They could be one of 

four types: 
 

a. Addition or deletion of a single base. 

This  will  result  in  a  shift  in  the  reading  frame 
changing  the  whole  reading  of  the  trio  creating  a 
new  type  of  protein  or  sometimes  it  creates  a 
termination  code  in  the  center  of  the  molecule  and 
the  resulting  polypeptide  chain  is  shorter  or  called 
truncated  proteins.  These  types  of  mutations  are 
called 

frame-shift mutations


background image

background image

Consequences of 

frameshift mutations

  

(A)  A  portion  of  a  coding 
region  of  a  structural  gene 
with 

the 

expected 

transcribed and translated 
sequences.  
(B)  The  insertion  of  a  base 
pair 

(bold  letters)

  after  the 

second  nucleotide  site  of  the 
DNA sequence presented in a 
changes the reading frame.  
(C)  The  deletion  of  the  base 
pair  at  the  third  nucleotide 
site  of  the  DNA  sequence 
presented  in  A  changes  the 
reading frame. 


background image

b.  Much  less  commonly  addition  /  deletion  of  two 

bases 

 same consequences

.  

c. Addition or deletion of 3 bases or the multiple of 3

i.e. 6, 9, 12, 15 … etc. This will lead to addition of 
1,  2,  3,  4,  …  etc  amino  acid(s)  in  the  protein 
molecule leading to abnormal protein, i.e. Frieberg 
Hb,  where  5  amino  acids  (i.e.  15  bases)  is  added 
between  amino  acids  78-79  sequence  in  β-Hb 
polypeptide.  

d. Addition of deletion of a

 

large piece of DNA

 inside 

the  gene  (intragenic)  or  in  between  the  gene 
(intergenic). Again this creates variability and may 
lead  to  a  disease  state  but  it  is  used  for  genetic 
testing and diagnosis of some genetic diseases. 


background image

3. Unequal crossing over: 

 
This case takes place in sites of the DNA where there are 

grouping  of  genes  of  similar  DNA  structure  with  very 
slight variation so one gene is mistaken for a different 
gene  as  being  its  allele  and  if  crossing  over  occurs. 
Then  a  defect  will  result  leading  to  the  formation  of 
two  unbalanced  homologues,  one  containing  more 
genes  and  another  less  genes  and  both  containing  a 
hybrid (mixed) new gene. 

 


background image

background image

background image

background image

ANY QUESTION? 


background image

Be like our home planet, active and alive  

although your surrounding is not !! 


background image

Multifactorial Inheritance (MFI) 


background image

Multifactorial  (also  called  polygenic)  inheritance  is 

involved in many of the physiologic characteristics 
(e.g. weight, height, blood pressure, hair color, etc.).  

A  multifactorial  physiologic  or  pathologic  trait  may 

be defined as a 

trait governed by the additive effect 

of  two  or  more  genes  of  small  effect  but 
conditioned 

by 

environmental, 

non-genetic 

influences.

  

Even  monozygotic  twins  reared  separately  may 

achieve  different  heights  because  of  nutritional  or 
other environmental influences. 


background image

This  form  of  inheritance  is  believed  to  underlie  such 

common  diseases  as  diabetes  mellitus,  hypertension, 
gout,  schizophrenia,  bipolar  disorders  and  certain 
forms  of  congenital  heart  disease  as  well  as  some 
skeletal abnormalities. 

It  is  of  value  to  mention  that 

multifactorial  inheritance

 

differs from 

congenital malformation

.  

In  the  latter,  environmental  factors,  genetic  causes 

(chromosomal  disorders,  single  gene  disorders,  or 
multifactorial  inheritance),  physical  agents  (heart, 
pressure, radiation, etc.), maternal disorders, prenatal 
infection, 

etc. 

all 

are 

causes 

of 

congenital 

malformations, but each one is a sole cause at a time, 
and  the  disease  is  not  the  result  of  the  additive  effect 
of more than one of those factors. 


background image

In multifactorial inheritance, it is the additive effect of 

more  than  one  gene

  of  small  effect 

PLUS

  a 

suitable

 

environment

 causes such disorders. 

In  single  gene  disorders,  individuals  in  regard  to  the 

abnormal  gene  are  one  of  3  groups:  a 

heterozygote

 

(carrying one mutated and one normal gene and thus 
affected  in  AD  and  not  affected  in  AR  disorders),  a 

homozygote

 for the mutated  gene (and thus affected 

in  all  cases),  or  a  homozygote  normal.  There  is  no 
gradient in between these 3 groups. 

In  MFI,  we  could  group  individuals  in  a  community 

into  many  different  grades,  which  have  a  normal 
distribution  curve  (Gaussian  distribution)  with  a 
threshold  point,  which  when  exceeded,  the  disorder 
is expressed. 


background image

background image

The  facts  that  MFI  are  affected  by  many  genes  (not 

just  one)  and  that  the  additive  effect  of  both  genes 
and  the  environment  determine  the  expression  of 
MF  disorder],  are  called  Genetic  Liability  (or 
genetic  predisposition)  of  the  individual  and  this 
liability can be measured.  

So, MFI is only 

partially genetic

 (unlike other types of 

inheritance) and needs environmental factors to act 
for the disorder to appear. 


background image

Some examples of MFI most relevant to the clinical geneticist: 

1. Neural tube defects. 

2. Cleft lip and/or palate. 

3. Heart defects (PDA, VSD, ASD, etc.). 

4. Pyloric stenosis. 

5. Late-onset  conditions  such  as  hypertension,  diabetes 

mellitus, schizophrenia, Alzheimer disease, ...etc. 


background image

ANY QUESTION? 


background image

An eaten apple is a symbol of  

a powerful  worldwide corporation 


background image



رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 128 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