Ali (3) har alvorlig talassemi, en medfødt defekt i hemoglobingenene med svær anemitendens. Han er til behandling ved barneavdelingen hvor du jobber.

Transkript

1 EKSAMENSOPPGAVEFORSLAG IA / IB VÅR 2009 Essayoppgave: Ali (3) har alvorlig talassemi, en medfødt defekt i hemoglobingenene med svær anemitendens. Han er til behandling ved barneavdelingen hvor du jobber. a: Ali får transfusjon med røde blodlegemer hver 3. uke. Hvilken betydning får dette for jernlagrene i kroppen hans? Det meste av kroppens jern finnes i hemoglobin i røde blodlegemer (ca 2/3, 2-3 g hos en voksen). Ved regelmessige transfusjoner vil Ali få tilført store mengder jern (ca 250 mg /500 ml blod). Kroppen har ingen mekanisme for utskillelse av jern, og jernet vil hopes opp som et betydelig jernoverskudd. 1 poeng b: Hvordan kan kroppen til Ali regulere absorpsjon av jern i tarm? Proteinet hepcidin, som lages i leverceller er den sentrale regulator av jernabsorpsjonen. Levercellen leser jernkonsentrasjonen i plasma ved hjelp av transferrinreseptor 2. Hepcidin produsert i lever ved høyt plasmajern binder seg til Ferroportin, som er et membranprotein i tarmepitelceller som regulerer jerneksport ut av cellen. Binding av hepcidin fører til intracellulær nedbryting av ferroportin og hemning av jerneksport fra cellen. Økt intracellulær konsentrasjon av jern fører til nedregulering av syntesen av Divalent metalltransportør 1 (DMT-1), et kanalprotein i den delen av cellen som vender mot lumen og som er nødvendig for opptak av toverdig jern i tarmepitelcellen. 3 poeng d: Kan jern skade kroppen til Ali? Overskudd av jern vil avleires i bla hjertet, lever, og endokrine organer, og kan gi hjertesvikt, skrumplever (cirrhose) og sukkersyke (diabetes). 1 poeng. e: Det blir etter hvert besluttet å forsøke å gi Ali nye stamceller for erytropoiese ved en stamcelletransplantasjon. Hvor i kroppen hos en voksen donor vil du vente å finne stamceller for en slik transplantasjon? I voksen alder i beinmargen. 1 poeng f: Hvilke egenskaper er karakteristiske for stamceller, i motsetning til differensierte (modne) celler? Evne til selvfornyelse. Stor evne til celledeling. Evne til å gi opphav til flere celletyper (mulitpotens). Manglende funksjon.

2 1 poeng. g: Hvordan reguleres omdannelse av blodstamceller til differensierte (modne) celler? Stamcellene uttrykker membranreseptorer for mer eller mindre linjespesifikke vekstfaktorer eller cytokiner, som lages bla av stromaceller og andre blodceller, men også utenfor beinmargen, for eksempel l nyre og lever. Eksempler på slike vekstfaktorer er erytropoietin,, G-CSF, M-CSF, og trombopoietin. Celler som uttrykker riktig reseptor stimuleres til deling og differensiering, ved at cytokinreseptoren aktiverer spesielle transkripsjonsfaktorer som regulerer gentranskripsjon som gir den differensierte cellen sitt proteinmønster og dermed sin funksjon. Vekstfaktorene driver altså linjespesifikk modning til røde, granulocytter, monocytter og blodplater. 3 poeng. Oppgave 2 Oppgaven er laget av: Tore Amundsen Lungeavdelingen, ISB e-post: tore.amundsen@ntnu.no Foruten anamnese, auscultasjon og perkusjon, anvendes ofte spirometri for å karakterisere luftveissykdom og parenchymsykdom i lungene. Begrepene obstruktiv og restriktiv ventilasjonsinnskrenkning anvendes ved beskrivelse av spirometri a) Spirometri: Beskriv kurveforløpene av Flow-volumkurvene over (første forsøk -blå firkant, andre forsøk etter bronkodilatator (utvider bronkiene) inhalasjon 0.4mg rød trekant) og angi rett betegnelse ved bruk av begrepene nevnt over (enten obstruktiv eller restriktiv luftveisinnskrenkning). Kurve med vertikale konfidensintervall illustrerer normalkurve. Sensorveiledning a)

3 - kurveforløpet: hengekøyeform, nedsatt max flow på ordinaten (y-aksen), redusert FEV1(forsert ekspiert volum på ett sekund og tilnærmet normal FVC (forsert vital capasitet) på abscissen (x-aksen) - kurvebetegnelse: obstruktivt ventilasjonsinnskrenkning 1 poeng b) Oppgi noen sykdommer som har typisk over nevnte kurveforløp og betegnelse, og angi typiske typisk dyspnoe (aucultasjonsfunn forlanges ikke) og for tilstander med slike kurveforløp. Hva er de patofysiologiske mekanismer for denne ventilasjonsinnskrenkningen, i grove trekk? Sensorveiledning b) - diagnoser: astma bronkiale, kronisk obstruktiv lungesykdom, obstruksjon ved akutt bakteriell eller virogen bronkitt - obstruktiv dyspnoe, ofte et besværet og forlenget hørbart pipende expirium - patofysiologi: foråsaket av redusert lumen i bronkier og bronkioler grunnet tre basale mekanismer (inflammasjon og ødem, mucus og glatt muskel- eller bronkokonstriksjon) - (auscultatorisk pipelyder, evt også par distance ) 2 poeng Spirometri med de absolutte verdier for FVC og FEV1 er angitt i resultat-oppsettet under, samt avledet verdi FEV1/FVC (spirometri med to forsøk med ca 20 min intervall).act 1 er pasientens test-verdier før bronkodilatator (utvider bronkiene), Act 2 er pasientens test-verdier etter bronkodilatator. c) Skriv ned med én desimal pasientens test-verdier for FEV1 og FVC i liter (L) og % av forventet verdi, og gi en vurdering av verdiene (i forhold til forventet). Angi prosentuell endring i FEV1-verdi etter bronkodilatator inhalasjon 0.4mg. Er det signifikant reversibilitet? Hvilken betydning kan det få for pasienten og behandling? Hva er FEV% for denne pasienten (andre prøve) og hvordan vurderer du denne verdien, samt hva er grenseverdien for normal FEV%? Sensorveiledning c) - Verdier: FEV1: 1.2L (58.3%) 1.5L (71.5%), hhv første og andre prøve, hvor første prøve viser lavere verdi enn normalt og andre prøve viser nær normalisering ( 75% av forventet verdi).

4 - FVC 2.7L (93.8%) 3.16L (110.1), hhv første og andre prøve, hvor begge er innom normalområde ( 80%av forventet verdi) - Signifikant reversibilitet: FEV1 endring: 22.5% bedring, er signifikant ( 12%) - Betydning for pasient og behandling: Stor sannsynlighet for at antiobstruktiv behandling vil ha spirometrisk og klinisk/subjektiv effekt. - FEV1% = 47% (FEV1/FVC = 0,47) i forsøk to, lavere enn normalt - FEV1% skal normalt være > 70% (0.7) 2 poeng d) Spirometri: Beskriv kurveforløpet av Flow-volumkurven over (blå kurve med firkanter) og gi det rette betegnelse ved bruk av begrepene nevnt over (enten obstruktiv eller restriktiv luftveisinnskrenkning). Den andre kurven illustrerer normalkurve (se bort fra kofidensintervallene, de tre loddrette streker). Sensorveiledning d) - kurveforløpet: tilnærmet normalt forløp med normal max flow på ordinaten (y-aksen), men redusert forsert vital capasitet (FVC)- volum på abscissen (x-aksen) - kurvebetegnelse: restriktiv ventilasjonsinnskrenkning 1 poeng e) Oppgi noen sykdommer som har typisk over nevnte kurveforløp og betegnelse, og angi typiske typisk dyspnoe (aucultasjonsfunn forlanges ikke) og for tilstander med slike kurveforløp. Hva er de patofysiologiske mekanismer for denne ventilasjonsinnskrenkningen, i grove trekk? Sensorveiledning e) - diagnoser: lungebetennelse, lungefibrose og hjertesvikt - besværet inspirasjon, ofte kort in- og ekspirasjon, takypnoe, økt arbeid å åpne væskefylte alveoler - patofysiologi: økt væske/fuktighet i lungealveoler med redusert surfactant og tungt respirasjonsarbeid å åpne lungealveolene. Ved inspirasjon åpnes alveolene med et smell/kvatrelyder ved auscultasjon - (auscultatorisk knatrelyder) 2 poeng

5 Spirometri med de absolutte verdier for FVC og FEV1 er angitt i resultat-oppsettet under, samt avledet verdi FEV1/FVC (spirometri med ett forsøk) f) Skriv ned med én desimal verdiene for FEV1 og FVC i liter (L) og % av forventet verdi, og gi en vurdering av verdiene. Hva er typisk for denne type ventilasjonsinnskrenkning? Hva er FEV% og hvordan vurderer du denne verdien, samt hva er grenseverdien for normal FEV%? Sensorveiledning f) - Verdier: FEV1: 2.35L (66%) og FVC 2.5L (53%), hvor begge er (lett til moderat) nedsatt (FEV1 er normalt 75% av forventet verdi og FVC er normalt 80% av forventet verdi) - FEV1% 94 og normalt (dvs 70% av FEV1/FVC) - Typisk: FEV1 og FVC nedsatt i omtrent samme grad, hvilket gir normal FEV1%. 2 poeng OPPGAVE 4 (10p): a) Beskriv oppbyggingen av et DNA-molekyl og forklar hvordan strukturen gjør det mulig å kopiere eller replikere arvestoffet til nye, identiske molekyler Hva mener vi når vi sier at DNA replikasjon er semikonservativ? (2p) Svar: her må en kunne beskrive de ulike hovedkomponentene i DNAet fosfat, deoksyribose, og de fire nitrogenbasene, og at disse til sammen danner kjeder av deoksyribonukleotider. De må kunne beskrive hvordan DNA-tråden er retningsbestemt, og at de to trådene danner en dobbelhelix hvor de to trådene går i hhv og 3-5- retning. De må også kunne forklare basekomplementaritet, A mot T, og C mot G, og at disse baseparene holdes sammen av hhv 2 og 3 hydrogenbindinger. Forklar også minor og major groove. De må kunne beskrive hvordan komplementariteten i de to trådene gjør at hver av dem individuelt kan tjene som templat for syntese av en ny tråd, og i hvert fall nevne Meselson og Stahls eksperiment som en gang for alle demonstrerte semikonservativ replikasjon. Til slutt må de nevne hvilke essensielle komponenter som trengs for å danne nytt DNA: en primer, templat-dna, datp, dttp, dctp, dgtp og en DNA polymerase.

6 b) Beskriv de forskjellige trinnene fra gen til et sekretorisk protein (for eksempel et hormon) i humane celler. Bruk begrepene: poly A, capping, translasjon, transkripsjon, pre-rna, RNA polymerase, intron, exon, spleising, promoter, mrna, trna, antikodon, ribosomer, ER, Golgi, glykosylering, sekretoriske vesikler (5p) Svar: Proteinsyntesen skjer i to trinn. Først transkripsjon av DNA til mrna og deretter translasjon av mrna til protein. Transkripsjonen skjer i cellekjernen hvor det lages en en nøyaktig kopi av DNA i form av en enkelttrådet budbringer RNA (mrna), men hvor thymin er erstattet av uracil. RNA skilles også fra DNA ved å ha ribose som sukker istedet for deoksyribose. DNA sekvensen som koder for et protein blir transkriberet til et komplementært RNA transkript ved hjelp av enzymet RNA polymerase. Transkripsjonen begynner når RNA polymerase binder seg til promotersekvensen til genet. En av trådene fungerer som templat og bestemmer rekkefølgen av basene i RNA komplementært til DNA. RNA polymerase kobler sammen RNA basene med en fosfodiesterbinding. Transkripsjonen skjer i 5 til 3 -retning. Helt i starten på 5 -enden settes det på en cap (capping) ende som inneholder 7- metylguanosin bundet til den 5 -terminale nukleotidet ved en trifosfatgruppe. Cap-strukturen er nødvendig for at ribosomet skal kjenne igjen og binde seg til mrna. Det primære RNA transkriptet (pre- RNA) må omdannes til en funksjonell mrna som deretter fraktes ut av cellekjernen til cytoplasma hvor proteinsyntesen foregår. Den kodende sekvensen, exons, hos de fleste eukaryoter avbrytes av ikke- kodende sekvenser kalt introns. Ved transkripsjonen blir introns og exons transkribert slik at det lages et kontinuerlig RNA molekyl kalt primært transkript (pre-mrna), som er mye større enn den endelige formen av mrna. Ved slutten av transkripsjonen, men før spleisingen settes det på en poly-a hale på pre-mrna et. Dette fremmer transkripsjonsstopp, fremmer fjerning av introns og er involvert i transport av ferdig mrna ut av kjernen. Exonene spleises og intronene fjernes i spleisosomer, dva introns kuttes ut enzymatisk av pre-mrna. Et vanlig gen inneholder sekvenser både oppstøms ved 5 -enden og nedstrøms ved 3 -enden. Disse regionene inneholder spesielle signaler som angir når og hvordan et gen skal transkriberes og translateres. Translasjon: Ferdig mrna transporteres ut av kjernen og binder til ribosomer. Ribosomet beveger seg bortetter mrna molekylet, men vil ikke starte translasjonen til protein før den treffer på et startkodon (AUG). Translasjonen vil deretter foregå inntil ribosomet treffer på et stoppkodon UAA, UAG eller UGA, hvor ribosomet frigis. Transkripsjon av gener hos eukaryoter katalyseres av RNA-polymerase II. Imidlertid deltar RNA polymerase I i syntesen av ribosomalt RNA (rrna) og RNA polymerase III lager overføringsrna (trna) (tranferrna) og små nukleære og cellulære RNA molekyler. Basene i mrna avleses på ribosomer i grupper på tre og tre kalt kodoner. På ribosomene (rrna) skjer translasjonen ved hjelp av trna. Det er 61 forskjellige trna som har en gjenkjennelse sekvens komplementær (antikodon) til tripletten på mrna. Protein består av en sekvens av aminosyrer. Translasjon kan skje på ribosomer utenfor ER (i fritt cytosol) eller på ER (Rutt ER). Sekretoriske proteiner blir translatert via Rutt ER. I ER blir proteinene oftest glykosylert (Nkoblet). Proteinene blir deretter transportert til Golgi via vesikulær transport. I Golgi skjer

7 oftest en videre modifisering av de N-koblede oligosakkaridene før proteinene blir transportert ut av cellen via sekretoriske vesikler. c) Enhver celle i kroppen din inneholder samme DNA, mens proteomet (alle proteiner) i de ulike vev er unikt. Beskriv kort de ulike regulerings- og kontrollmekanismer for genuttrykk, og hvilken spesiell rolle disse spiller for embryogenesen. (3p) Svar: her må en kunne liste opp de fem mest sentrale nivåer for regulering av genuttrykk: i) Initiering av transkripsjon, ii) RNA prosessering (5 -cap, spleising og 3 -poly-adenylering), iii) mrna transport (ut av kjernen og til ribosomer i cytoplasma), iv) translasjon, og v) posttranslasjonell modifikasjon. Videre bør det framgå at i) Initiering av transkripsjon utgjør det dominerende nivå for regulering av genuttrykk. De bør videre nevne at initiering av transkripsjon kontrolleres av spesielle- og generelle transkripsjonsfaktorer (basale transkripsjonsfaktorer) som sammen hjelper RNA polymerasen til å gjenkjenne og binde til genets promoter for å starte transkripsjon. De må kunne forklare at ulike celletyper, til tross for identisk sekvens av DNA, kan uttrykke ulike sett av proteiner, bl.a. fordi ulike celletyper inneholder ulike sett av transkripsjonsfaktorer (aktivatorer), og at ulike sett av transkripsjonsfaktorer kreves for ulike gener. Dette resulterer igjen i uttrykk avulike sett av proteiner. OPPGAVE 2 (10p) a) Duschenne muskel dystrofi (DMD) er en arvelig sykdom som forårsaker gradvis nedbryting av muskelvev. Sykdommen forekommer nesten bare hos gutter født av tilsynelatende normale friske foreldre, og fører som oftest til død tidlig i tenårene. Er denne sykdommen forårsaket av et dominant eller recessivt allel? (1p) Er nedarvingen kjønnsbundet eller autosomal? (2p) Hvorfor forekommer sykdommen nesten aldri hos jenter? (2p) Svar: Recessivt. Om DMD var forårsaket av et dominant allel ville en av foreldrene ha vært syk. Videre om dominant allel var årsaken ville både gutter og jenter ha vært affisert (i tilfelle autosomalt dominant allel). Det oppgies at sykdommer forekommer nesten bare hos gutter. Dette forekommer ved X- bundet recessiv sykdom. Gutter som arver et X-kromosom med sykdomsallel (dette er nødvendigvis fra mor) vil bli syke. Jenter kan arve et X-bundet sykdomsallel fra far eller mor, men oftest fra mor fordi gutter dør tidlig og reproduserer seg ikke. Jenter med sykdomsallel

8 vil også ha et normalt allel på det andre X-kromosomet. Om jenter blir syke er det fordi det friske X-kromosomet er inaktivert, dvs. om skjev X-kromosominaktivering forekommer. (En viktig klinisk betydning av skjev X-kromosom inaktivering er manifestasjon av X-bundet arvelig sykdom hos kvinnelige arvebærere). For at jenter skal utvikle sykdommen må de arve det recessive X-bundne sykdomsallel fra både far og mor. Imidlertid er det få menn som overfører sykdommen fordi sykdommen (som det står i oppgaveteksten) oftest fører til død tidlig i tenårene. b) Forklar hvordan følgende punktmutasjoner påvirker genproduktet: (3p) Missense mutasjon Nonsense mutasjon Splice-site mutasjon SVAR: Missense mutasjoner gir forbytting av en aminosyre med en annen, i genproduktet. Effekten er avhengig av hvilken annen aminosyre som innsettes i genproduktet (likhet av aminosyrenes polaritet, ladning ved fysiologisk ph, størrelse ) og aminosyrens funksjon i proteinet (effekt på protein folding/ -konformasjon, posttranslasjonell modifikasjon, intracellulær transport, interaksjoner i multimere proteinkomplekser, interaksjon med substrat elle ko-faktor). Nonsense mutasjoner introduserer stopp-kodon i genets kodende sekvens. Dette gir prematur terminering av translasjon og dermed et forkortet genprodukt. Dette medfører oftest ukorrekt folding og dermed nedbrytning av genproduktet. Splice-site mutasjoner påvirker mrna syntesen og kan forårsaker at exoner ikke inkluderes i modent mrna, eventuelt at introniske sekvense inkluderes i mrna. Konsekvensene er enten prematur translasjons-terminering, eller genprodukter med interne aminosyre-delesjoner eller aminosyre-insersjoner. c) Forklar begrepene: (2p) Fenotype Locus Polyploidi Translokasjon Svar: Fenotype: Det observerbare uttrykket av en genotype (eks. morfologiske, biokjemiske molekylære trekk). Locus: En unik kromosomal lokalisasjon som definerer posisjonen til et gen eller DNA sekvens. Polyploidi: Forandring i ploidigraden av hele kromosomsett f.eks fra 46 kromosomer til 69 kromsomer.

9 Translokasjon: Bytte av arvestoff mellom ikke-homologe kromosomer. For eksempel; segment fra lang arm på kromosom 22 byttes gjensidig med segment fra lang arm på kromosom 11. (Denne spesifikke translokasjonen gir opphav til det sk. Philadelphia kromosomet som finnes i 95% av pasienter med kronisk myelogen leukemi).