Chromosomen in kaart brengen is het toewijzen van genen aan specifieke locaties op een chromosoom. Een genenkaart heeft vele belangrijke functies en is vergelijkbaar met het begrijpen van de menselijke anatomie om artsen in staat te stellen een diagnose te stellen bij patiënten met een ziekte. Een arts moet weten waar elk orgaan zich bevindt en wat de functie van dit orgaan is om een ziekte te begrijpen. Een kaart van het menselijk genoom zal wetenschappers in staat stellen te begrijpen waar de genen zich bevinden, zodat de functie ervan binnen het menselijk genoom kan worden opgehelderd. Een gedetailleerde chromosomenkaart biedt ook methoden om te bestuderen hoe genen worden gesegregeerd en hoe genetische heterogeniteit (variatie tussen een bepaald gen dat maternaal wordt overgeërfd en hetzelfde gen met een iets andere sequentie dat vaderlijk wordt overgeërfd) kan helpen bij het identificeren van ziektegenen. Het in kaart brengen van genen kan clinici nuttige informatie verschaffen over genen die met elkaar verbonden zijn, of die dicht bij elkaar segregeren.
Wetenschappers gebruiken verschillende methoden om genen op de juiste plaats in kaart te brengen. Deze methoden omvatten familie studies, somatische cel genetische methoden, cytogenetische technieken, en gen-dosering studies. Familie studies worden gebruikt om te bepalen of twee verschillende genen nauw met elkaar verbonden zijn op een chromosoom. Als deze genen gekoppeld zijn, betekent dit dat ze dicht bij elkaar op hetzelfde chromosoom liggen. Bovendien wordt de frequentie waarmee de genen gekoppeld zijn, bepaald door recombinatiegebeurtenissen (het kruisen van de chromosomen tijdens de meiose) tussen bekende locaties of markers, en bepaalt deze de lineaire volgorde of genetische afstand. Bij somatische celgenetische methoden gaan chromosomen van een speciaal soort cel verloren en het overblijvende chromosoom dat één gen heeft, maar geen ander gen, zou suggereren dat ze zich op verschillende chromosomen bevinden. Deze methode stelt wetenschappers in staat te bepalen welk chromosoom het gen bevat, en is een van de eerste door wetenschappers gebruikte “mapping”-methoden.
Cytogenetische technieken verwijzen naar het gebruik van karyotype-preparaten, een techniek die wetenschappers in staat stelt chromosomen te visualiseren, waarbij fluorescentie wordt gebruikt zodat een fluorescent gelabeld gen zal onthullen waar het gen zich op het chromosoom bevindt. Bij het onderzoek naar de gen-dosering wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van numerieke afwijkingen om indirect de plaats van het gen op een chromosoom te bepalen. Bij het syndroom van Down kunnen er drie chromosoomnummers 21 zijn (Trisomie 21), wat resulteert in drie kopieën van het gen en dus drie keer zoveel eiwit. In dit geval kan een gen gelokaliseerd worden op chromosoom 21 als er drie keer zoveel eiwit is in een cel met drie 21 chromosomen. Bij deze methode wordt aangenomen dat de hoeveelheid desoxyribonucleïnezuur (DNA) recht evenredig is met de hoeveelheid eiwit.
Met behulp van deze methoden kunnen verschillende kaarten van chromosomen worden ontwikkeld. Deze kaarten worden cytogenetische kaarten, koppelingskaarten, fysische kaarten, of een DNA-sequentiekaart genoemd. Een cytogenetische kaart maakt gebruik van banden die worden geproduceerd door een kleurstof die chromosomen in een karyotpe kleurt en wijst genen aan deze banden toe. Een koppelingskaart, ook wel genetische kaart genoemd, rangschikt genen langs de DNA-streng op basis van recombinatiefrequentie. Koppelingskartering houdt in dat twee kenmerken (en dus hun verantwoordelijke genen), die beide bij één ouder aanwezig zijn, gecombineerd worden met de frequentie waarin zij samen in het nageslacht voorkomen om de kaart te construeren. Zo bestudeerde de uit Moravië afkomstige Augustijner monnik en wetenschapsleraar Gregor Johann Mendel (1823-1884) de bloemkleur en de planthoogte van erwten. Hij ontdekte dat verschillende hoogtes even vaak werden waargenomen bij witte bloemen als bij andere gekleurde bloemen en dat dwergplanten even vaak voorkwamen bij de twee bloemtypes. Mendel concludeerde dat de vormen van de twee genen onafhankelijk van elkaar van ouder op nageslacht werden overgedragen. Dit werd later bekend als de Wet van Onafhankelijk Assortiment, een concept dat de technieken om chromosomen in kaart te brengen heeft verbeterd. Een fysische kaart ordent genen of markers langs de DNA-streng van een chromosoom. Een aaneengeregen DNA-sequentie ten slotte is het meest nauwkeurige type kaart, omdat zij zowel coderend (genbevattend) als niet-coderend DNA bevat. Men is van mening dat het verkrijgen van de volledige DNA-sequentie uit het genoom van veel verschillende organismen wetenschappers zal voorzien van vitale informatie die veel biologische mysteries zal ontsluieren.
Zie ook Chromosomale afwijkingen; DNA-technologie; Human Genome Project.
Bronnen
boeken
Friedman, J., F. Dill, M. Hayden, en B. McGillivray. Genetica. Maryland: Williams & Wilkins, 1996.
Wilson, G.N. Clinical Genetics: A Short Course. New York: Wiley-Liss, Inc., 2000.
andere
het nationaal gezondheidsmuseum. <http://www.accessexcellence.org/ab/bc/gregor_mendel.html>. (28 oktober 2002).
Brian Cobb
KEY TERMS
. Genetische koppelingskaart
-Genetische kaarten, geconstrueerd aan de hand van gegevens over de frequentie van voorkomen van genetische markers. Specifiek hoe dergelijke markers worden geco-erfd.
Fysische genetische kaart
-Een genetische kaart is gebaseerd op feitelijke afstanden tussen genen op een chromosoom. Contigs zijn fysieke kaarten zijn gebaseerd op verzamelingen van overlappende DNA-fragmenten.