Ordinær eksamen i Cellebiologi, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 Vår Onsdag 16. juni 2010 kl. 09:00-15:00

Transkript

1 Ordinær eksamen i Cellebiologi, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 Vår 2010 Onsdag 16. juni 2010 kl. 09:00-15:00 Oppgavesettet består av seks (6) sider, inklusive Vedlegg 1 Viktige opplysninger: Hjelpemidler: Norsk rettskrivningsordbok Sukkersyke (diabetes mellitus) er en sykdom som innebærer nedsatt insulinsekresjon fra pankreas β-celler og/eller nedsatt følsomhet for insulin på reseptornivå Oppgave A (vekting; 15 %) Insulinsekresjonen fra pankreas β-celler kan skje på følgende måte: ATP dannes ved omsetning av glukose, og ATP hemmer K + -flux gjennom ATP-sensitive ionekanaler. Dette fører videre til membrandepolarisering og aktivering av spenningsavhengige Ca 2+ -kanaler. Innstrømning av Ca 2+ -ioner leder så til eksocytose av insulinholdige granula. Ionekanaler kan bl. a. deles inn i hovedgruppene ligandregulerte og spenningsregulerte kanaler basert på deres aktiveringsmekanismer. 1. Beskriv hvordan disse to ionekanaltypene er organisert i eksitable membraner, og forklar prinsippene for aktiveringsmekanismene som åpner de ulike kanaltypene. I nerve-, muskel- og endokrine celler kan ionekanaler fremkalle aksjonspotensialer. 2. Beskriv ionekanalresponser, membranpotensialendringer og refraktærperioder som oppstår under et vanlig aksjonspotensial i en eksitabel celle. Ca 2+ er ett av flere sekundære budbringermolekyler. 3. Beskriv tre enzymer som er involvert i signaloverføring og som aktiveres av Ca 2+. Oppgave B (vekting; 15 %) Ny forskning har vist at isositrat i β-cellenes cytosol også kan påvirke insulinsekresjonen. Enzymet isositrat dehydrogenase danner α-ketoglutarat og NADPH H +, som direkte kan påvirke sekresjonen av insulingranula. Kroppens vev inneholder redoksparene NAD + /NADH H + og NADP + /NADPH H +, som begge har samme redokspotensial. Side 1 av 18

2 4. Forklar, ved hjelp av to (2) eksempler, hvordan disse redoksparene brukes i metabolismen og angi hvorfor begge parene er nødvendige. Ett av isoenzymene til isositrat dehydrogenase katalyserer en to-trinnsprosess som innebærer en oksidering og en dekarboksylering. Dette enzymet er en homodimer, trenger NADP + og er allosterisk regulert. 5. Forklar begrepene: i) isoenzym, ii) oksidering, iii) dekarboksylering, iv) homodimer, v) kofaktor, vi) allosterisk regulering. Pankreas er en endokrin kjertel som produserer bl.a. insulin, men den er også en eksokrin kjertel som produserer fordøyelsesenzymer. Bildet til venstre viser en annen eksokrin kjertel, glandula sublingualis, farget med hematoksylin + eosin. Se stor utgave av figuren i farger: Vedlegg a) Ut fra fargene i kjertelendestykker, hvilken type sekret er produsert i A og B? Begrunn svaret ditt. b) Hva er strukturen merket C? Oppgave C (vekting; 30 %) Enzymet acetyl-coa karboksylase katalyserer følgende reaksjon: Acetyl-CoA + ATP + CO 2 Malonoyl-CoA + ADP + P i 7. Hvilken metabolsk funksjon har enzymet acetyl-coa karboksylase? En diett rik på fett kan gi insulinresistens i lever hos mus. Dette kan skyldes oppsamling av diacylglyserol i leveren. Overekspresjon av enzymet malonyl-coa dekarboksylase i transgene dyr reverserer insulinresistensen samtidig som leverens ß-oksidasjon stimuleres. Enzymet malonyl-coa dekarboksylase katalyserer denne reaksjonen: Malonyl-CoA Acetyl-CoA + CO 2 8. Forklar hvorfor overekspresjon av malonyl-coa dekarboksylase øker omsetningen av fettsyrer via mitokondriell ß-oksidasjon. Side 2 av 18

3 Ketoacidose or ofte en konsekvens av ubehandlet diabetes. Sykdomsbildet hos pasienter med ubehandlet diabetes kan utredes ved hjelp av en glukosebelastning. 9. Hva er ketonlegemer og ketoacidose, og hvordan dannes og omsettes ketonlegemer? 10. Beskriv kort hvordan man utfører en glukosebelastning (glukosetoleransetest) og hvordan man tolker resultatene. Insulingenet blir uttrykt i β-cellene i pankreas og nedsatt insulinsekresjon kan spores tilbake til mutasjoner i β-cellenes gener som koder for signalmolekyler, som f.eks. spesifikke transkripsjonsfaktorer. 11. Beskriv reaksjonen som katalyseres av RNA-polymerase II. 12. Gjør rede for bindingen av RNA-polymerase II til en promoterregion. 13. Gjør rede for hovedprinsippene i transkripsjonsregulering av gener som koder for proteiner i eukaryote celler. Insulin-reseptoren er en av flere typer hormonreseptorer. 14. Hvilken type reseptor er insulinreseptoren? 15. Aktivering av insulinreseptoren kan gi mange forskjellige responser avhengig celletypen. Hvordan er dette mulig? 16. Beskriv en signalvei fra en aktivert vekstfaktor-reseptor som fører til celleproliferasjon (ta ikke med cellesyklusmaskineriet). Bruk gjerne en tegning. Fosforylering er en post-translasjonell modifikasjon som har betydning for et proteins funksjon. 17. a) Hvilke aminosyresidekjeder kan fosforyleres og defosforyleres, og hvilke enzymer utfører de enkelte reaksjonene? b) Beskriv begge reaksjonsforløpene. Oppgave D (vekting; 20 %) Polymorfismer i gener som virker inn på lipidmetabolismen kan føre til insulinresistens. 18. Hva menes med forkortelsen SNP og forklar hva begrepet innebærer. 19. Gjør rede for de ulike konsekvensene av punktmutasjoner i eksoner for et proteins primærstruktur. Side 3 av 18

4 Figuren under viser en familie hvor hyperinsulinemisk hypoglykemi nedarves. I figuren vises også nedarvingen av allelene til en genetisk markør som har fire ulike alleler (1, 2, 3 og 4). 20. Hvilken arvegang for sykdommen mener du er den mest sannsynlige i denne familien? Begrunn svaret. 21. a) Hva er en mikrosatellittmarkør? b) Markøren i figuren er tett koplet til sykdomsgenet. Forklar hva som menes med dette. c) Kan markøren i figuren benyttes til å teste om individ III-5 har arvet sykdomsallelet? Begrunn svaret. d) Hvilke alternative genotyper er mulig for individ III-5, og hvilken fenotype kan du forvente for hvert alternativ? Molekylærgenetisk undersøkelse av individ II-4 viser en mutasjon som gir en R1174Q substitusjon i insulinreseptoren, og du ønsker å teste om andre i familien har samme mutasjon. 22. Beskriv hvordan du ved hjelp av PCR etterfulgt av DNA-sekvensering kan påvise slike mutasjoner. Paret ønsker å teste om barnet deres (III-5) vil utvikle sykdommen. I Norge reguleres gentesting av Bioteknologiloven. 23. Hvilke forhold må vurderes for å kunne avgjøre om en slik test vil være lovlig i dette tilfellet? Side 4 av 18

5 Oppgave E (vekting; 20 %) Diabetes type I fremkommer når antallet insulin-produserende celler i pankreas reduseres som følge av et angrep fra immunsystemet, eksempelvis etter en virusinfeksjon. Det forskes imidlertid på å erstatte de ødelagte cellene ved å regenerere insulinproduserende celler fra stamceller. 24. I et vev er det nøye regulering av celledeling, celledød og celledifferensiering. Angi hvordan én eller flere av disse prosessene kan være endret ved henholdsvis hyperplasi, atrofi og metaplasi. 25. Forklar den cellebiologiske mekanismen bak utsagnet: Cellene trenger vekstfaktorer for å passere R-punktet i G Beskriv en mulig mekanisme for hvordan vekstfaktorer kan regulere mitokondrie-avhengig apoptose. 27. Forklar hvordan en celle kan gi opphav til to ulike datterceller. 28. Beskriv hvordan et virus er bygget opp og hvordan virus kan klassifiseres. Side 5 av 18

6 Vedlegg 1 Bildet nedenfor viser en annen eksokrin kjertel, glandula sublingualis, farget med hematoksylin + eosin. Side 6 av 18

7 SENSORVEILEDNING TIL Ordinær eksamen i Cellebiologi, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 Vår 2010 Onsdag 16. juni 2010 kl. 09:00-15:00 Sensorveiledningen består av seks (12) sider, inklusive Vedlegg 1 Viktige opplysninger: Hjelpemidler: Norsk rettskrivningsordbok Sukkersyke (diabetes mellitus) er en sykdom som innebærer nedsatt insulinsekresjon fra pankreas β-celler og/eller nedsatt følsomhet for insulin på reseptornivå. Oppgave A (vekting; 15 %) Insulinsekresjonen fra pankreas β-celler kan skje på følgende måte: ATP dannes ved omsetning av glukose, og ATP hemmer K + -flux gjennom ATP-sensitive ionekanaler. Dette fører videre til membrandepolarisering og aktivering av spenningsavhengige Ca 2+ -kanaler. Innstrømning av Ca 2+ -ioner leder så til eksocytose av insulinholdige granula. Ionekanaler kan bl. a. deles inn i hovedgruppene ligandregulerte og spenningsregulerte kanaler basert på deres aktiveringsmekanismer. 1. Beskriv hvordan disse to ionekanaltypene er organisert i eksitable membraner, og forklar prinsippene for aktiveringsmekanismene som åpner de ulike kanaltypene. De spenningsregulerte kanalene er lange transmembranproteiner med transmembran (TM) domener og ekstra- og intracellulær sløyfer mellom hvert TM-domene. Hvert protein består av flere subenheter som igjen er organisert rundt en sentral vannfylt pore som går gjennom membranen. De har regulatoriske områder i sin primærstruktur som inneholder ladete aminosyrer, disse områdene vil derfor kunne forskyves i membranen når det oppstår endringer i membranpotensialet, noe som fremkaller åpning/lukning av kanalens port. De ligandregulerte ionekanalene er transmembranproteiner som er organisert på lignende måte, men som ikke har noe ladet segment i sin primærstruktur. Derimot har disse primærstrukturområder som kan binde den relevante liganden, enten utenfor cellen (f.eks. binding av en nevrotransmitter) eller inne i cellen (f.eks. binding av en intracellulær sekundær budbringer), der bindingen kan fremkalle konformasjons-endringer i proteinet som påvirker om porten åpnes eller lukkes. I nerve-, muskel- og endokrine celler kan ionekanaler fremkalle aksjonspotensialer. 2. Beskriv ionekanalresponser, membranpotensialendringer og refraktærperioder som oppstår under et vanlig aksjonspotensial i en eksitabel celle. Side 7 av 18

8 Dette beskrives lettest som 5 trinn. i. Membranen depolariseres til terskelverdi ved at positive ladninger opphopes på innsiden av membranen, vanligvis via åpning av ulike Na + kanaler. ii. Spenningsregulerte Na + -kanaler åpner sin port når kanalens terskelverdi blir nådd. iii. Disse kanalene inaktiveres raskt ved maksimal depolarisering (ved at en proteinpropp settes inn i kanalen), ionetransporten stopper og kanalen går inn i absolutt refraktærperiode (selv om porten fremdeles står åpen). iv. En spenningsregulert K + -kanal åpnes samtidig, og membranen repolariseres derfor til vanlig membranpotensial. Nå lukkes Na + -kanalens port og inaktiveringen blir også avsluttet. v. K + -kanalen står tilslutt alene åpen, dette gir en ekstra hyperpolarisiering og en relativ refraktærperiode. Ved K + -kanalens lukning er aksjonspotensialet slutt. Ca 2+ er ett av flere sekundære budbringermolekyler. 3. Beskriv tre enzymer som er involvert i signaloverføring og som aktiveres av Ca 2+. a) Ca 2+ Calmodulin kinase b) PKC (protein kinase C) c) NO syntetase Oppgave B (vekting; 15 %) Ny forskning har vist at isositrat i β-cellenes cytosol også kan påvirke insulinsekresjonen. Enzymet isositrat dehydrogenase danner α-ketoglutarat og NADPH H +, som direkte kan påvirke sekresjonen av insulingranula. Kroppens vev inneholder redoksparene NAD + /NADH H + og NADP + /NADPH H +, som begge har samme redokspotensial. 4. Forklar, ved hjelp av to (2) eksempler, hvordan disse redoksparene brukes i metabolismen og angi hvorfor begge parene er nødvendige. Eksempler kan være laktat DH eller pyruvat DH reaksjonen for NAD + /NADH H +. For NADPH H + er glukose-6-fosfat DH eller fettsyrebiosyntesen sannsynlige eksempler. Hvorfor: NAD + /NADH H + brukes oksidativt (i katabolismen), mens NADP + /NADPH H + brukes i biosyntese (som reduktant i anabolismen). Derfor foreligger for eks cytosolisk NAD + /NADH H + mest i oksidert form (som NAD + ), mens NADP + /NADPH H + foreligger hovedsaklig i redusert form (som NADPH H + ). Side 8 av 18

9 Ett av isoenzymene til isositrat dehydrogenase katalyserer en to-trinnsprosess som innebærer en oksidering og en dekarboksylering. Dette enzymet er en homodimer, trenger NADP + og er allosterisk regulert. 5. Forklar begrepene: i) isoenzym, ii) oksidering, iii) dekarboksylering, iv) homodimer, v) kofaktor, vi) allosterisk regulering. i) Isoenzymer (eller isozymes) er enzymer som katalyserer samme kjemiske reaksjon, men har ulik aminosyresekvens. Forskjellene i aminosyre sekvens kan f.eks. skyldes alternativ spleising fra samme gen eller single-nucleotide polymorphisms (SNPs). ii) iii) iv) Oksidering; en enzymreaksjon som fører til at et molekyl mister elektroner. Dekarboksylering; en enzymreaksjon som fører til at CO 2 blir frigitt. Homodimer; protein som består av to identiske monomer subenheter. v) Kofaktor; substans som er nødvendig for enzymaktiviteten (i tillegg til enzymet) for å katalysere en gitt reaksjon. En kofaktor blir ikke brukt i reaksjonen, heller ikke endret til andre forbindelser. Kan være organisk eller uorganisk. vi) Allosterisk regulering; Enzymer som har et regulatorisk sete forskjellig fra det aktive setet og som forandrer konformasjon/form ved binding av en effektor (inhibitor eller aktivator) kalles ofte allosteriske enzymer. Et allosterisk enzym har flere subenheter og dets biologisk aktivitet påvirkes ved å forandre konformasjonen til dens kvaternær struktur. Allosteriske enzymer har multiple aktive seter og viser kooperativ binding. Har derfor ikke vanlig Michaelis Menton kinetikk, men en sigmoid kurve som avhenger av konsentrasjonen til flere substrater. Pankreas er en endokrin kjertel som produserer bl.a. insulin, men den er også en eksokrin kjertel som produserer fordøyelsesenzymer. Bildet til venstre viser en annen eksokrin kjertel, glandula sublingualis, farget med hematoksylin + eosin. Se stor utgave av figuren i farger: Vedlegg 1. Side 9 av 18

10 6. a) Ut fra fargene i kjertelendestykker, hvilken type sekret er produsert i A og B? Begrunn svaret ditt. A produserer et serøst sekret det består hovedsakelig av proteiner som er enten positivt eller negativt ladde. Hematoksylin binder seg til negativt ladde molekyler, mens eosin binder seg til positivt ladde molekyler. Fargene som vi ser i dette endestykket visualiser de sekreterte proteinene (mest eosin) og ruer (hematoksylin). B produserer et mukøst sekret. Det består av proteinet mucin, som har koblet mange polysakkaridkjeder til seg. Disse polysakkaridkjeder er nøytrale, binder ikke til hematoksylin eller eosin, og gjør at endestykket tar til seg svært lite farge. b) Hva er strukturen merket C? En utførselsgang. Oppgave C (vekting 30 %) Enzymet acetyl-coa karboksylase katalyserer følgende reaksjon: Acetyl-CoA + ATP + CO 2 Malonyl-CoA + ADP + P i 7. Hvilken metabolsk funksjon har enzymet acetyl-coa karboksylase? Acetyl-CoA karboksylasen katalyserer den hastighetsbegrensende reaksjonen i fettsyresyntesen. Fettsyresyntasen krever malonyol-coa som substrat, og acetyl-coa karboksylasen er derfor den reaksjonen som forsyner fettsyresyntesen med C2- fragmentene som brukes til å forlenge den voksende fettsyrekjeden under fettsyresyntesen. Dersom noen skulle påpeke at acetyl-coa karboksylasen derfor er strengt regulert både allosterisk (aktivert av sitrat, hemmet av acyl-coa), hemmet ved glukagon/adrenalinavhenging fosforylering, og aktivert via insulinavhenging defosforylering er det selvsagt et pluss. En diett rik på fett kan gi insulinresistens i lever. Overekspresjon av enzymet malonyl- CoA dekarboksylase i transgene dyr reverserer insulin-resistensen. Enzymet malonyl-coa dekarboksylase katalyserer denne reaksjonen: Malonyl-CoA Acetyl-CoA + CO 2 8. Forklar hvorfor overekspresjon av malonyl-coa dekarboksylase øker omsetningen av fettsyrer via mitokondriell ß-oksidasjon. Malonyl-CoA (dannet av acetyl-coa karboksylase) er også en hemmer av mitokondriell ß-oksidasjon ved at molekylet er en allosterisk hemmer av karnitin palmitoyl-transferase 1 (PCT1). PCT1 er nødvendig for at acyl-coa estere av fettsyrer skal kunne passere den indre mitokondrielle membranen for slik å bli til acyl-coa in den mitokondrielle matriks og dermed bli gjenstand mitokondriell ß-oksidasjonen jo foregår i matriks. Overekspresjon av malonyl-coa karboksylase betyr at det blir unormalt høy aktivitet av enzymet i leveren, og dermed vil uvanlig mye malonyl-coa brytes ned. Det blir redusert hepatisk konsentrasjon av malonyl-coa, og dermed mindre hemming av mitokondriell ß- oksidasjon. Dersom besvarelsen inneholder elementer av riktig tenkning må dette premieres. Side 10 av 18

11 Ketoacidose or ofte en konsekvens av ubehandlet diabetes. Sykdomsbildet hos pasienter med ubehandlet diabetes kan utredes ved hjelp av en glukosebelastning. 9. Hva er ketonlegemer og ketoacidose, og hvordan dannes og omsettes ketonlegemer? Ketonlegemer: Acetoacetat, ß-OH-butyrat og aceton (fra spontant dekarboksylering av acetoacetat). Ketoacidose. Fall i ph i blodet som skyldes høye blodkonsentrasjoner (flere mmol/l) av acetoacetat og ß-OH-butyrat som begge er relativt sterke organiske syrer. De vil være dissosiert ved fysiologisk ph, og dermed avgi H +. Syntese og omsetning av ketonlegemer (se figuren under): Side 11 av 18

12 Aceton tapes via lungene. Syntese av ketonlegemer foregår bare i lever (og nyrebark); forbruk i perifere vev, skjelettmuskel, hjertemuskel og i CNS etter langvarig sult. Det forventes ikke detaljer av syntesen fra acetyl-coa til acetoacetat. Omdannelse av acetoacetat til ß-OH-butyrat, ved ß-OH-butyrat DH (og NADH H + ) bør være med. 10. Beskriv kort hvordan man utfører en glukosebelastning (glukosetoleransetest) og hvordan man tolker resultatene. En glukosebelastning innebærer å teste hvordan kroppen svarer på inntak av 1 mg/kg glukose etter en fasteperiode (på rundt 10 timer, innenfor hvilke man ikke skal være fysisk aktiv, ikke drikke kaffe/te som kan stimulere leverens glukoneogenese ved å hemme hepatocyttenes fosfodiesterase som øker det intracellulære camp-nivået). Man måler glukose i en fasteprøve (nullprøve) fra kapillærblod, deretter inntas en glukoseløsning (helst innen noen minutter) og man måler deretter blodglukosen etter 30 og 120 minutter (i følge WHO utelates 30-minutters prøven). Tolkningen av verdiene er som følger: Fasteprøven bør være under 6,1 mmol/l og 120-minutters prøven skal helst være under 7,8 mmol/l. Studentene vil her også muligens angi at 30- minutters prøven bør ligge under nyreterskel -verdien på rundt 10 mmol/l. Det er ikke nødvendig for besvarelsen å diskutere fortolkninger der enten nullprøven eller 120-minutters prøven ligger over grenseverdiene, dvs. vurderingen av hvorvidt resultatene indikerer metabolsk syndrom, diabetes type 1 eller 2 er ikke nødvendig for å få bestått på spørsmålet. Insulingenet blir uttrykt i β-cellene i pankreas og nedsatt insulinsekresjon kan spores tilbake til mutasjoner i β-cellenes gener som koder forsignalmolekyler, som f.eks. spesifikke transkripsjonsfaktorer. 11. Beskriv reaksjonen som katalyseres av RNA-polymerase II. RNA-polymerase II syntetiserer blant annet mrna-primærtranskriptet. Dette skjer ved at RNA-polymerase II syntetiserer en RNA tråd i 5-3 -retning ved å lese den ene DNA-tråden i 3-5 -retning. Reaksjonen som katalyseres kan beskrives på følgende måte: RNA (n) + NTP RNA (n+1) + PP i, hvor NTP er ATP, GTP, CTP eller UTP 12. Gjør rede for bindingen av RNA-polymerase II til en promoterregion. Generelle eukaryotiske transkripsjonsfaktorer (TF, proteiner) binder seg med ikkekovalente bindinger til DNA consensus sekvenser i promoterregionen. Det kreves ikke at studentene navngir de forskjellige transkripsjonsfaktorene eller konsensussekvensene. Etter at en rekke generelle transkripsjonsfaktorer har bundet seg til promoterregionen, binder RNA-polymerase II seg til disse. Side 12 av 18

13 13. Gjør rede for hovedprinsippene i transkripsjonsregulering av gener som koder for proteiner i eukaryote celler. Først må DNA gjøres klart til transkripsjon. Dette kan innebære prosesser som nukleosom "unfolding", kromatin dekondensering, demetylering av DNA og histonacetylering. Etter at dette har skjedd vil generelle eukaryotiske transkripsjonsfaktorer binde seg til promoterregionen før RNA-polymerase II binder seg til disse; se oppgave 13. Spesifikke transkripsjonsfaktorer ( trans-acting faktorer) binder seg til distale promotersekvenser ( cis-acting elementer) og ofte via koaktivatorer påvirker de RNA-polymerase II og transkripsjonen. Insulin-reseptoren er en av flere typer hormonreseptorer. 14. Hvilken type reseptor er insulinreseptoren? Insulin reseptoren er en reseptor-tyrosinkinase, dvs. at den ved binding av ligand får reseptor-tyrosinkinaseaktivitet. 15. Aktivering av insulinreseptoren kan gi mange forskjellige responser avhengig celletypen. Hvordan er dette mulig? Når reseptoren blir aktivert vil dette føre til en auto kryssfosforylering på flere seter på den intracellulære delen av reseptoren. De fosforylerte tyrosinene fungerer som bindingssete for proteiner med SH2 domene. Det finnes en rekke slike proteiner; noen har enzymaktivitet (Fosfolipase C, Fosfatidyl inositol 3-kinase) noen er adaptorproteiner (bindeleddsproteiner) som også binder andre proteiner som formidler signalet videre. 16. Beskriv en signalvei fra en aktivert vekstfaktor-reseptor som fører til celleproliferasjon (ta ikke med cellesyklusmaskineriet). Bruk gjerne en tegning. Når en vekstfaktor, for eksempel PDGF, binder til sin reseptor vil reseptoren dimeriseres og reseptorens tyrosinkinase-domene aktivert. Reseptoren vil auto-kryssfosforyleres på flere seter. Ett av de fosforylerte setene binder et adaptorprotein Grb2 via dette proteinets SH2-domene. Grb2 bindes så til en GDP/GTP utbyttingsfaktor (SOS) som fører til at Ras bytter ut GDP med GTP. Dette fører til aktivering av Rasproteinet som igjen aktiverer MAPKKK (RAF). Aktiv MAPKKK fosforylere og aktiverer MAPKK (MEK) som igjen fosforylerer og aktiverer MAPK (ERK). Aktivert MAPK fosforylerer og aktiverer mange substrater, hvoriblant transkripsjonsfaktorer som er nødvendige for å føre cellen inn i cellesyklus. Fosforylering er en post-translasjonell modifikasjon som har betydning for et proteins funksjon. 17. a) Hvilke aminosyresidekjeder kan fosforyleres og defosforyleres, og hvilke enzymer utfører de enkelte reaksjonene? Side 13 av 18

14 Aminosyresidekjeder som forsforyleres sitter på: serin, threonin eller tyrosin (som alle inneholder en OH-gruppe i sine sidekjeder)). Enzymene som utfører reaksjonene kalles kinaser (fosforylering) eller fosfataser (defosforylering). b) Beskriv begge reaksjonsforløpene. Fosforylering involverer en kinase, et protein og ATP. Fosforyleringreaksjonen gir som produkter et fosfoprotein og ADP. Defosforylering involverer en fosfatase og et fosfoprotein. Defosforyleringsreaksjonen gir produktene protein of inorganisk fosfat. Oppgave D (vekting; 20 %) Polymorfismer i gener som virker inn på lipidmetabolismen kan føre til insulinresistens. 18. Hva menes med forkortelsen SNP og forklar hva begrepet innebærer. SNP: Single Nucleotide Polymorphism, en enkelt DNA posisjon som viser variasjon i en populasjon. Den sjeldnest forekommende varianten skal finnes i mer enn 1% av populasjonen. SNP vil dermed være et locus som har to eller flere alleler som kan identifiseres, slik at den kan brukes som en genetisk markør. 19. Gjør rede for de ulike konsekvensene av punktmutasjoner i eksoner for et proteins primærstruktur. Missense-mutasjon gir utskiftning av én aminosyre med en annen; ellers uendret aminosyresammensetning. Endret primærsekvens vil kunne påvirke proteinets funksjon. Nonsense-mutasjon kan gi introduksjon av prematurt stoppkodon, som resulterer i et kortere protein. Rammeskift-mutasjoner (f eks delesjon av et basepar) vil gi endret primærsekvens fra det punktet mutasjonen er lokalisert og vil ofte i tillegg innføre et stoppkodon i den nye leserammen. Sense-mutasjoner vil kun endre et kodon, men vil ikke føre til endring i primærsekvensen. Read-through-mutasjoner vil føre til at et stoppkodon endres til et kodon for en aminosyre slik at proteinet blir forlenget til neste stoppkodon. Mutasjoner i ikke kodende del av ekson vil ikke påvirke primærsekvensen til proteinet, men vil kunne påvirke mengden av genprodukt. Spleisesete-mutasjoner ødelegger et spleisesete og gjør at spleisingen ikke blir utført på korrekt måte. Resultatet kan være at sekvensen fra et ekson uteblir i det bearbeidete transkriptet ( exon skipping ). Alternativt kan transkriptet spleises ved et sete som har likhet med et spleisete (kryptiske spleiseseter). Spleising til slike seter innebærer ofte at intronsekvenser inkluderes i det ferdige mrna. Fordi disse delene av transkriptet ofte inneholder stopp-kodoner, fører dette vanligvis til produksjon av et for kort protein. Side 14 av 18

15 Figuren under viser en familie hvor hyperinsulinemisk hypoglykemi nedarves. I figuren vises også nedarvingen av allelene til en genetisk markør som har fire ulike alleler (1, 2, 3 og 4). 20. Hvilken arvegang for sykdommen mener du er den mest sannsynlige i denne familien? Begrunn svaret. Siden sykdommen finnes i hver generasjon (vertikalt arvemønster) er det mest sannsynlig dominant arvegang. Siden sykdommen er nedarvet fra far til sønn i denne familien, er den høyst sannsynlig ikke X-bundet. Altså er autosomalt dominant arvegang mest sannsynlig. 21. a) Hva er en mikrosatellittmarkør? Et polymorft locus som består av et varierende antall tandemrepeterte bi-, tri- eller tetranukleotideenheter. De forskjellige allelene har ulikt antall repitisjoner av den tandemrepeterte enheten b) Markøren i figuren er tett koplet til sykdomsgenet. Forklar hva som menes med dette. To markører som er tett koplet er lokalisert så nærme hverandre på samme kromosom at de ikke segregerer uavhengig av hverandre i meiosen. c) Kan markøren i figuren benyttes til å teste om individ III-5 har arvet sykdomsallelet? Begrunn svaret. Markøren kan benyttes til å teste om individ III-5 har arvet sykdomsallelet fordi 1) faren (II-4), som er heterozygot for sykdomsallelet, også er heterozygot for markøren, og 2) fasen er kjent. At markørallel 1 sitter på samme kromosomstreng som sykdomsallelet sees fra bestemoren (I-1). Side 15 av 18

16 d) Hvilke alternative genotyper er mulig for individ III-5, og hvilken fenotype kan du forvente for hvert alternativ? For individ III-5 vil genotypen for markøren enten være 1/3 eller 3/4. Har jenta genotypen 1/3 vil man forvente at hun vil være syk, gitt at det ikke har forekommet overkryssing mellom sykdomsallelet og markøren. Har hun genotypen 3/4 vil man forvente at hun vil være frisk. Molekylærgenetisk undersøkelse av individ II-4 viser en mutasjon som gir en R1174Q substitusjon i insulinreseptoren, og du ønsker å teste om andre i familien har samme mutasjon. 22. Beskriv hvordan du ved hjelp av PCR etterfulgt av DNA-sekvensering kan påvise slike mutasjoner. For å påvise mutasjonen trengs spesifikke primere som er lokalisert på hver side av baseparet som skal undersøkes, med motsatt orientering. Hovedprinsippene ved PCR: DNA denatureres ved oppvarming, spesifikke primere hybridiserer til de 2 DNA-trådene, og en polymerase syntetiserer nye DNA-tråder ved å inkorporere dntp. Disse tre trinnene foregår ved forskjellige temperaturer. Ved at denne prosessen gjentas mange ganger (ca. 30 ganger), kan DNA amplifiseres. Hovedprinsippene ved DNA-sekvensering: Det forventes at studentene beskriver hovedtrinnene i Sanger dideoxy-metoden og at de gjør rede for manuell og/eller automatisk DNA-sekvenering: Trenger enkelttrådig DNA (templat), primer, dntp, ddntp, DNA polymerase og Buffer. Reaksjonen settes opp i 4 rør med henholdsvis ddgtp, ddatp, ddttp, ddctp (eller i et rør hvis man benytter fire ddntp merket med 4 ulike fluorescerende forbindelser). Forlengelsen av den nysyntetiserte DNAtråden stopper når en ddntp inkorporeres. Produktene fra de 4 reaksjonene separeres og påvises (f eks ved gelelektroforese og merkede ddntp). Ved å lese av signalene kan DNA-sekvensen i den nylagde DNA-tråden bestemmes. Enkelte studenter kan gi en mer detaljert beskrivelse, men dette er ikke påkrevet. Paret ønsker å teste om barnet deres (III-5) vil utvikle sykdommen. I Norge reguleres gentesting av Bioteknologiloven. 23. Hvilke forhold må vurderes for å kunne avgjøre om en slik test vil være lovlig i dette tilfellet? Genetisk presymptomatiske og prediktive undersøkelser skal iføge Bioteknologiloven ikke utføres på barn før barnet er fylt 16 år, med mindre undersøkelsen kan påvise forhold som ved behandling kan forhindre eller redusere helseskade hos barnet. Hvis studentene mener at man kan utføre gentesten må de derfor argumentere for at dette er en sykdom som det er mulig å forebygge. Da er det viktig å nevne at gentester ved presymptomatiske eller prediktive undersøkelser krever genetisk veiledning før, under og etter undersøkelsen. Side 16 av 18

17 Oppgave E (vekting 20 %) Diabetes type I fremkommer når antallet insulin-produserende celler i pankreas reduseres som følge av et angrep fra immunsystemet, eksempelvis etter en virusinfeksjon. Det forskes imidlertid på å erstatte de ødelagte cellene ved å regenerere insulinproduserende celler fra stamceller. 24. I et vev er det nøye regulering av celledeling, celledød og celledifferensiering. Angi hvordan én eller flere av disse prosessene kan være endret ved henholdsvis hyperplasi, atrofi og metaplasi. Ved hyperplasi vil et vev øke i størrelse pga økt antall celler. Dette kan skyldes økt proliferasjon eller hemmet apoptose. Ved atrofi vil et vev minke i størrelse enten pga redusert antall celler, redusert størrelse på cellene i vevet, eller pga økt apoptose. Ved metaplasi er det endret differensiering av cellene. 25. Forklar den cellebiologiske mekanismen bak utsagnet: Cellene trenger vekstfaktorer for å passere R-punktet i G1. R-punktet i G1 passeres når prb fosforyleres og E2F dermed frigjøres for transkripsjon av gener som er viktig i S-fase, i.e cyclin E, cyclin A, DNA polymerase og tymidilat syntetase. prb er ufosforylert før R-punktet i G1, og det er aktiverte CDKer som fosforylerer prb. Det er vekstfaktorer som indirekte aktiverer CDKene i G1 enten ved å øke nivået av cyklinene, hemme nivået av CKIene eller ved å sørge for rett fosforylering/defosforylering av CDKene. 26. Beskriv en mulig mekanisme for hvordan vekstfaktorer kan regulere mitokondrie-avhengig apoptose. Vekstfaktorer vil kunne hemme mitokondrie-avhengig apoptose, for eksempel ved å øke nivået av Bcl-2 eller ved å hemme nivået av Bax. (Vekstfaktorene kan i tillegg hemme aktiveringen av Bax, men dette siste poenget er ikke forelest). 27. Forklar hvordan en celle kan gi opphav til to ulike datterceller. En celle kan gi opphav til to ulike datterceller ved to ulike mekanismer asymetrisk celledeling eller ved ulik påvirking av ytre faktorer. Ved asymetrisk celledeling kan for eksempel ulike transkripsjonsfaktorer skjevfordeles i de to dattercellene, slik at ulike gener transkriberes i de to cellene. Dermed vil de to dattercellene bli ulike. Ved den andre mekanismen kan de to cellene i utgangspunktet deles helt likt, men den ene cellen kan etter deling bli påvirket av en faktor produsert av en nærliggende stroma-celle. Denne påvirkningen vil kunne resultere i ulik transkripsjon av gener, og de to dattercellene vil dermed kunne utvikles i ulik retning. 28. Beskriv hvordan et virus er bygget opp og hvordan virus kan klassifiseres. Side 17 av 18

18 Virus består av et arvestoff DNA eller RNA som er omgitt av et proteinskall (kapsid). Arvestoff pluss kapsid kalles nukleokapsid. Noen virus er også omgitt av en membran (membrankledd). Grovinndeling av virus baserer seg på karakterisering av arvestoffet: RNA eller DNA, enkelttrådet eller dobbelttrådet. Dernest inndeles virus ettersom de har membran eller ikke (membrankledd vs naken) Virus propageres ved dyrkning i cellekultur. Det medisinske fakultet, Oslo, 9. juni, 2010 Signatur leder av eksamenskommisjon Vedlegg 1 Bildet nedenfor viser en annen eksokrin kjertel, glandula sublingualis, farget med hematoksylin + eosin. Side 18 av 18