Niet-statelijke overerving

Een vrij groot aantal erfelijke ziekten door DNA-veranderingen is bekend, maar ze hebben niet het Mendeliaanse karakter van overerving. Hieronder zullen we -mitochondriale overerving van en mitochondriale ziekten beschouwen, evenals imprinting.

Mitochondriale erfelijkheid en mitochondriale aandoeningen

Mitochondria zijn cellulaire organellen. Mitochondria hebben twee zeer gespecialiseerde membranen - de buitenste en de binnenste, de ring-DNA-molecule, evenals hun eigen systemen van transcriptie en translatie. Elke cel bevat honderden mitochondriën. Ze voeren een aantal belangrijke biochemische reactieketens uit, waarvan de reacties van het energiemetabolisme van de cel van bijzonder belang zijn.

Zoals reeds opgemerkt, hebben mitochondriën hun eigen DNA, elke mitochondria bevatten 10 of meer DNA-moleculen. Het genoom van mitochondriaal DNA( mgDNA) is volledig ontcijferd.

Verstoring van de interactie tussen het mitochondriale en nucleaire genoom veroorzaakt verschillende mitochondriale pathologieën.

Aangezien mtDNA zich in het cytoplasma van cellen bevindt, wordt het alleen op de moederlijn overgeërfd. In het cytoplasma van een ei zijn er duizenden mitochondria en bijgevolg tienduizenden mtDNA-moleculen. Tegelijkertijd in het spermatozoön Er zijn slechts een paar mtDNA-moleculen die niet in het bevruchte ei vallen. Daarom erven mannen mtDNA van hun moeders, maar geven het niet door aan hun nakomelingen. Dit type erfenis wordt maternale overerving of maternale overerving genoemd.

Normaal zijn alle kopieën van mtDNA identiek en deze aandoening wordt homoplasmie genoemd. Soms komen mutaties voor in mtDNA.Vanwege het niet erg perfecte werk van mitochondriale DNA-polymerase en reparatiesystemen, verschijnen mutaties in mtDNA 10 keer vaker dan in nucleair DNA.De opkomst van mutaties in één van mtDNA moleculen kunnen leiden tot het ontstaan ​​van twee populaties van mtDNA in een cel geteroplaziey genoemd. Als een resultaat van celdeling gaat het mutante mtDNA naar andere cellen, waar het zich blijft vermenigvuldigen.

De energiebehoeften van verschillende weefsels van het lichaam zijn verschillend. Het meest energieverslindend is het zenuwstelsel. Dat is de reden waarom dit systeem voornamelijk wordt beïnvloed door mitochondriale ziekten.

indeling van mitochondriale ziekte is gebaseerd op twee principes:

1) mutant eiwit betrokken bij de energie-oxidatieve fosforylering;

2) of het mutante mtDNA of kern-DNA is gecodeerd.

Klasse I van mitochondriale ziekten omvat atrofie van Leber's schijven van de optische zenuwen. De ziekte manifesteert zich als acuut of subacuut verlies van centraal zicht als gevolg van atrofie van de optische zenuwen. De ziekte kan zowel in de kindertijd als op hoge leeftijd beginnen. Bij sommige patiënten wordt de atrofie van de oogzenuwen gecombineerd met de symptomen van encefalomyopathie. Leber optische atrofie veroorzaakt door mutaties in mtDNA genen die coderen voor subeenheden van complex I

Deze klasse verwijst ziekte Leigh( subacute necrotiserende encephalomyelopathy).Leia-syndroom treedt alleen op wanneer het mutante mtDNA ten minste 90% van het totale mtDNA is. Als het percentage mutant DNA lager is, verschijnt een syndroom van neuropathie, ataxie en retinitis pigmentosa.

syndroom neuropathie, ataxie en pigment-retinale dystrofie( NARP) kan zich manifesteren in de kinderschoenen en later, totdat de 2e decennium van het leven. Naast de pathologie, die in de naam van het syndroom ging, kunnen patiënten dementie, toevallen, motosensornaya neuropathie, gehoorverlies.

syndroom myoclonus en epilepsie ragged rode spiervezels( MERRF), die tot uiting epilepsie, dementie, ataxie en myopathie treedt bij een mutatie in het gen voor het tRNA.Het syndroom kan zich manifesteren in kindertijd en volwassenheid. Naast deze symptomen bij MERRF syndroompatiënten soms waargenomen perceptief gehoorverlies, dementie, oogzenuw atrofie, spastische diplegia. Meestal laat dit syndroom een ​​uitgesproken heteroplasmie zien, dus de expressiviteit van het syndroom varieert dramatisch.

Een syndroom dat wordt veroorzaakt door onder substitutiegen tRNA - een syndroom en mitochondriale encephalomyopathies stroke-episoden( MELAS).Als het ook wordt waargenomen heteroplasmie, en als gevolg daarvan, de zeggingskracht van het syndroom is nogal variabel. Belangrijke klinische verschijnselen omvatten encephalomyopathies, beroerte-state, meestal van voorbijgaande aard, met restauratie functies, toevallen, ataxie, myoclonus, epilepsie, migraine.

K mitochondriale ziekten veroorzaakt door deleties of duplicaties omvatten Syndroom van Kearns-Sayre( myopathie, cerebellaire stoornissen en hartfalen), Pearson syndroom( pancytopenie, melkzuuracidose, en pancreatische insufficiëntie), alsook chronische progressieve externe oftalmoplegie, gemanifesteerd weglatingeeuw. Verminderde

interactie tussen nucleaire en mitochondriale genomen leggen mtDNA depletie syndroom en syndroom division multiple mtDNA.Beide aandoeningen worden overgeërfd als autosomale dominante tekens, daarom zijn de mutaties van nucleaire genen waarschijnlijk de oorzaak.

mitochondriale ademhalingsketen veroorzaakt door mutaties in nucleaire genen kunnen worden ingedeeld in twee groepen - en mitochondriale myopathieën, mitochondrial encephalomyopathies. Deze ziekten worden overgeërfd als Mendeliaanse trekken maar wegens gebrek aan enzymen van één van de complexen van de ademhalingsketen van mitochondriën. Genomic imprinting

zijn momenteel drie bekende klasse van uitzonderingen Mendel identiteitsregels hybriden 1e generatie. De eerste uitzondering is al lange tijd bekend en wordt geassocieerd met X-gekoppelde overerving.

De tweede, zojuist besproken, betreft de kenmerken geïdentificeerd door mtDNA-genen die een zogenaamde maternale overerving hebben. Deze twee klassen van afwijkingen van Mendeliaanse overerving zijn gebaseerd op verschillen in de genetische bijdrage van ouders aan het genotype van het nageslacht. In X-gebonden overerving van het nageslacht kan alleen maar X-chromosoom van de moeder, terwijl de vader of uit het chromosoom X of Y. Wanneer de mitochondriale overerving zygote gevormd door de fusie van geslachtscellen, en krijgt een mitochondria die in hun mtDNA alleen door het ei.

Onlangs, genetica en embryologie beschreven derde uitzondering - genomische imprinting, indien beide ouders nakomelingen overgedragen absoluut identieke genen, maar deze genen zijn specifieke opdruk geslachtsouders, vaderlijke en moederlijke genen tijdens gametogenese op verschillende manieren worden geactiveerd of onderdrukt( onderdrukt, geblokkeerd).Dus, in sommige gevallen is het belangrijk van welke van de ouders het gen wordt geërfd.

De term imprinting( imprint) werd voor het eerst voorgesteld in 1960 door Crouse of Columbia University in de Verenigde Staten.

Genomic imprinting een bijzondere plaats onder de specifieke mechanismen van regulatie van genactiviteit in de vroege stadia van ontwikkeling, waardoor verschillen in de expressie van homologe moederlijke en vaderlijke allelen. Daaropvolgende genetische modificaties kunnen ertoe leiden dat veranderingen in genexpressie stabiel worden overgedragen tijdens de ontwikkeling van celgeneraties. Genomische imprinting kan bijvoorbeeld de dosis genen veranderen die de embryonale groei, celproliferatie en differentiatie beheersen.

voorbeeld bedrukken van een genoom van een persoon een echte molazwangerschap, die optreedt wanneer een bevruchte eicel, zonder moederlijke chromosomen, twee zaadcellen. Ondanks de beschikbaarheid van een volledige set van diploïde, vroege embryogenese van zygoten neemt abnormaal: embryo weefsel zelf niet vormen. In het geval van een dubbele set moederlijke chromosomen ontwikkelt zich een teratoom-embryonale tumor. Alleen de maternale of enige paternale genomen zijn niet in staat om de normale ontwikkeling van het embryo te verzekeren.

op het organisme niveau stempelen effect waargenomen in verband met de aanwezigheid van chromosomale fragmenten of volledige chromosomen single( vaderlijke of moederlijke) oorsprong - de zogenaamde uniparentale disomie( OSA), namelijk er is een kwalitatieve dan een kwantitatieve chromosoom onbalans.

In de afgelopen jaren is het effect van genomische imprinting intensief bestudeerd in verband met verschillende pathologieën bij mensen. Voorbeelden van ziekten die zijn gebaseerd op de aandoening functie van bedrukte gebieden van het genoom, heel veel, zodat we kunnen spreken van een speciale klasse van ziekten bij de mens - "imprinting ziekten", waarvan er meer dan 30.

meest overtuigende gegevens die zijn verkregen met het Prader-Willi syndroom( IPS) enhet Engelman-syndroom( SE), dat, met significant verschillende klinische manifestaties, in principe vergelijkbare moleculaire cytogenetische veranderingen hebben. Beckwith-Wiedemann

( SBV) redelijk goed onderzocht langs imprinting en syndroom met de volgende hoofdkenmerken: macrosomia, macroglossie Umbilical hernia, verhoogde gevoeligheid voor tumoren.

Communicatie genomische imprinting met andere menselijke genetische aandoeningen op chromosomen of individuele genen niveau is ook duidelijk zichtbaar in de op dit moment op grote schaal onderzocht. Dus, bijvoorbeeld, Huntington's chorea en de ziekte komt spinnomozzhechkovoy ataxie vroeger en ernstiger wanneer de genen geërfd vaderlijke oorsprong. Neurofibromatosis, myotone dystrofie, omgekeerd, de ziekte eerder begin en de ernst van de overerving van mutante genen naar de moeder. Geen twijfel over de betrokkenheid van genomische inprenting bij de etiologie van tumorgroei.

In de afgelopen jaren, met de hulp van moleculair genetische methoden voor het waarnemen van het verschijnsel van genomische inprenting en multifactoriële ziekten. Bijvoorbeeld, een uitgesproken vaderlijke imprinting gevonden bij atopische dermatitis, de moeder - in bronchiale astma en atopie bij kinderen. In insuline-afhankelijke diabetes mellitus ontdekte een hogere kans op vaderlijke imprinting.

GENETIC ENGINEERING

bovenbeschreven werkwijzen van moleculaire genetica, die worden gebruikt om genen Mendeliaanse aangeboren humane ziekten te identificeren Dergelijke werkwijzen behoren tot de internationale "Human Genome."Hieronder staan ​​de belangrijkste bepalingen van genetische manipulatie en de essentie van het project "Human Genome".

In februari 2001, gelijktijdig in twee tijdschriften, "Nature" en "wetenschap", presenteerde de resultaten van de ruwe ontwerp van iedereen, ongeacht van het menselijk genoom van elkaar te ontvangen door een internationaal consortium project "Genomcheloveka" en de besloten vennootschap "Celera", waarvoor genoom projectpersoon is een commerciële onderneming. Deze publicaties, ondanks de onvolledigheid van het project, is een belangrijke prestatie van alle biologische wetenschap en de geneeskunde.

recombinant-DNA-technologie

Sterker nog, op het moment van de aankondiging van de "Human Genome Project" werd vormden een geheel nieuwe trend in de moleculaire genetica, die bekend werd als "genetische manipulatie" of "recombinant-DNA-technologie".De laatste kan worden verdeeld in twee gebieden: DNA kloneringstechnieken en DNA-analysetechnieken, bepalen hoofdzakelijk de nucleotidensequentie van het DNA-molecuul.

DNA Cloning Klonering van DNA in vivo( in vivo) omvat 6 stages:

1) het verkrijgen van DNA-fragmenten zoals genen of delen daarvan met een restrictie-enzym;

2) recombinatie van fragmenten;

3) Het invoegen van een DNA-fragment in een vector;

4) transformatie met de vector van het gastheerorganisme;

5) screening op de recombinante vector;

6) selectie van interessante kloononderzoekers.

begrip restrictie-enzymen

In elk humaan chromosoom, er slechts één continue streng van DNA.Het is moeilijk in te pakken om in het chromosoom te passen. Het is praktisch onmogelijk om te manipuleren met een DNA-molecuul van deze lengte. Daarom is de ontdekking in de jaren 70.XX eeuw.speciale bacteriële enzymen die DNA in afzonderlijke fragmenten knippen, was zeer relevant. Enzymen zijn restrictie-enzymen of endonucleasen genoemd. In bacteriën dienen deze enzymen ter bescherming tegen het binnendringen in de cel van vreemd DNA.

recombinatie van DNA-fragmenten Restrictie-enzymen geknipt beide strengen van DNA die ontstaan ​​als een resultaat van ofwel stompe of kleverige uiteinden. DNA van een organisme wordt geknipt met het restrictie-enzym specifiek voor bepaalde plaatsen, zodat dit DNA na restrictie( ook wel spijsvertering) altijd dezelfde reeks fragmenten verkregen. Als u een type restrictie-enzym knippen van DNA uit verschillende organismen gebruikt, wordt het aantal tegels verschillend zijn, maar de volgorde van nucleotiden in het veld in stukken allemaal hetzelfde en dus complementair aan elkaar in de vorming van fragmenten overhangende uiteinden worden gesneden. De laatste wordt kleverige genoemd vanwege de complementariteit kunnen verbinden met andere fragmenten gevormd door dezelfde restrictie-enzym of een ander restrictie-enzym dat dezelfde einden vormt. Combineren van fragmenten met complementaire overhangende uiteinden wordt versneld en gestabiliseerd door een specifiek enzym dat ligase wordt genoemd. Indien derhalve een restrictie-enzym om het DNA van twee verschillende soorten gesneden en meng fragmenten, kan het vormen van een geheel nieuw, niet in de natuurlijke omgeving van het recombinante DNA-molecuul bestaande.

Om een ​​DNA-fragment dat van belang is voor een onderzoeker te onderzoeken, moet het worden vermenigvuldigd. Dit kan op twee verschillende manieren worden gedaan, door het naar de gastheercel te verplaatsen of in vitro( in vitro) te vermenigvuldigen.

Introductie van DNA-fragmenten in een gastheercel met behulp van

-vectoren Om een ​​DNA-fragment naar een gastheercel te verplaatsen, worden vaak speciale constructies gebruikt, die vectoren worden genoemd. De meest gebruikte vectoren zijn bacteriële substanties, bacteriofagen, bacteriële en gist kunstmatige chromosomen. Onlangs is voorgesteld om menselijke kunstmatige chromosomen als vectoren te gebruiken.

Creatie van genomische bibliotheken

De beperking van genomisch DNA tot fragmenten en klonen van fragmenten met behulp van verschillende vectoren vormde de basis voor de vorming van genomische bibliotheken. Om dit te doen, wordt genomisch DNA gesneden of, zoals ze zeggen, verteerd door een bepaald restrictie-enzym, en de gevormde fragmenten worden gekloond door middel van verschillende vectoren, waarvoor recombinante DNA-werkwijzen worden gebruikt. De genomische bibliotheek zou niet alleen genen moeten bevatten, maar ook alle niet-coderende DNA dat zich tussen de genen bevindt. Omdat digestie met een restrictie-enzym niet volledig is, zodat DNA-fragmenten met gedeeltelijk overlappende nucleotidesequenties worden gevormd. Dit vergemakkelijkt het daaropvolgende herstel van het patroon van de locatie van fragmenten in natuurlijk DNA( DNA in het levende lichaam).Naast genomische bibliotheken zijn er cDNA-bibliotheken.

Klonen van DNA-sequenties door polymerasekettingreactie( PCR)

Naast de beschreven methode voor het kloneren van DNA-sequenties in vivo is er ook een in vitro kloneringswerkwijze die polymerasekettingreactie( PCR) wordt genoemd.

Een vereiste voor het uitvoeren van PCR is het kennen van de sequentie van nucleotiden die de gekloneerde sequentie bepalen. Voor het uitvoeren van PCR is het noodzakelijk om een ​​paar zogenaamde primers te synthetiseren, die korte sequenties van nucleotiden zijn die complementair zijn aan de sequenties van het DNA-fragment dat wordt gerepliceerd.

Na scheiding in twee strengen van het bestudeerde DNA-fragment, worden stoffen aan het reactiemengsel toegevoegd die complementair zijn verbonden met de overeenkomstige secties van deze strengen. Daarna volgt de scheiding van de nieuw gevormde DNA-ketens door middel van een temperatuurbehandeling. Aan de nieuw gevormde strengen van het DNA-fragment worden complementaire strengen opnieuw voltooid met behulp van het DNA-polymerase-enzym.

Dit kan oneindig worden herhaald of totdat de vrije nucleotiden zijn uitgeput in het reactiemengsel, maar gewoonlijk zijn 20-30 cycli voldoende om een ​​voldoende hoeveelheid van het DNA van het fragment dat wordt bestudeerd te verkrijgen voor enige daaropvolgende manipulatie van dit fragment.