Neštátne typy dedičstva

známy dostatočne veľký počet genetických chorôb spôsobených zmenou v DNA, ktoré však nemajú Mendelian dedičnosti charakter. Nižšie bude diskutované dedičnosť mitochondriálnej a mitochondriálnej ochorení, rovnako ako potlač.dedičnosť

Mitochondriálna a mitochondriálnej ochorení

Mitochondrie sú bunkové organely. Mitochondria majú dve vysoko špecializované membrány - vonkajšiu a vnútornú, molekulu krúžkovej DNA, ako aj vlastné systémy transkripcie a prekladu. Každá bunka obsahuje niekoľko stoviek mitochondrií.Vykonávajú množstvo dôležitých biochemických reakčných reťazcov, ktorých reakcie na energetický metabolizmus bunky sú obzvlášť dôležité.

Ako už bolo uvedené, mitochondrie majú svoju vlastnú DNA, každá mitochondria obsahuje 10 alebo viac molekúl DNA.Genóm mitochondriálnej DNA( mgDNA) je úplne dešifrovaný.

Porucha interakcie medzi mitochondriálnymi a jadrovými genómami spôsobuje rôzne mitochondriálne patológie.

Keďže mtDNA je obsiahnutá v cytoplazme buniek, zdedí sa len na materskej línii. V cytoplazme vajíčka existujú tisíce mitochondrií a následne desiatky tisíc molekúl mtDNA.Súčasne v spermozóme Existuje len niekoľko molekúl mtDNA, ktoré nespadajú do oplodneného vajíčka. Preto muži zdedia mtDNA od svojich matiek, ale nepredávajte ich svojim potomkom. Tento typ dedičstva sa nazýva dedičstvo matky alebo dedičstvo matky.

Normálne sú všetky kópie mtDNA totožné a tento stav sa nazýva homoplasmy. Niekedy sa vyskytujú mutácie v mtDNA.Vzhľadom na neúplnú prácu mitochondriálnej DNA polymerázy a opravných systémov sa mutácie v mtDNA objavujú 10 krát častejšie než v jadrovej DNA.Vznik mutácie v jednom z mtDNA molekuly môže viesť k vzniku dvoch populácií mtDNA v bunke sa nazýva geteroplaziey. Výsledkom bunkového delenia je, že mutantná mtDNA vstupuje do iných buniek, kde sa ďalej množí.

Potreby energie rôznych tkanív tela sú odlišné.Spotreba najviac energie je nervový systém. Preto je tento systém primárne ovplyvnený mitochondriálnymi ochoreniami.

klasifikácia mitochondriálnej choroby je založená na dvoch princípoch: 1)

mutantního proteínu zapojeného do energetickej oxidatívny fosforylácie;

2) či je kódovaná mutantná mtDNA alebo jadrová DNA.

I. triedy mitochondriálnych ochorení zahŕňa atrofiu Leberových diskov optických nervov. Ochorenie sa prejavuje ako akútna alebo subakútna strata centrálneho videnia v dôsledku atrofie optických nervov. Choroba môže začať v detstve aj v starobe. U niektorých pacientov sa atrofia optických nervov kombinuje so symptómami encefalomyopatie.očné atrofia Leberova spôsobená mutáciou v mtDNA génov kódujúcich podjednotky komplexu I.

Táto trieda sa týka Leigh ochorení( subakútna nekrotizujúca encephalomyelopathy).Leia syndróm sa vyskytuje iba vtedy, keď je mutantná mtDNA aspoň 90% z celkovej mtDNA.Ak je percento mutantnej DNA nižšie, potom sa objaví syndróm neuropatie, ataxie a retinitis pigmentosa.

syndróm neuropatia, ataxia a pigmentového retinálne dystrofia( NARP) sa môže prejaviť v dojčenskom veku a neskôr, až do 2. dekáde života. Okrem patológie, ktorý šiel dole v mene syndrómom, pacienti môžu byť demencie, záchvaty, motosensornaya neuropatia, strata sluchu.

syndróm myoklonus epilepsie a ragged červené svalové vlákna( MERRF), ktorá sa prejavuje epilepsie, demencie, ataxia a myopatia sa vyskytuje v prípade, že mutácie v géne pre tRNA.Syndróm sa môže prejaviť v detstve a dospelosti. Okrem týchto príznakov u pacientov, MERRF syndróm niekedy pozorované sensorineurální stratu sluchu, demencia, atrofia optického nervu, spastická diplegie. Zvyčajne tento syndróm odhaľuje výraznú heteroplazmu, takže expresivita syndrómu sa dramaticky líši.

Ďalšie syndróm spôsobený génu tRNA náhradným bod - syndróm a mitochondriálnej encephalomyopathies zdvihu( melasy).Má aj heteroplazmu a v dôsledku toho sa expresivita syndrómu značne líši. Hlavné klinické prejavy patrí encephalomyopathies, mŕtvice-štát, zvyčajne prechodné, reštaurovanie funkcií, kŕče, ataxia, myoklónia, epilepsie, migrény.

K mitochondriálnej choroby spôsobené delécie alebo duplikácie zahŕňajú Kearns-Sayre syndróm( myopatiu, cerebelárne poruchy a zlyhanie srdca), Pearson syndróm( pancytopénia, laktátovú acidózu a pankreatické nedostatočnosti), rovnako ako chronické progresívne externý oftalmoplegie, prejavuje opomenutiestoročia. Porucha

interakcie medzi jadrovými a mitochondriálnej genómy vysvetliť mtDNA syndrómu vyčerpania a delenie syndróm násobok mtDNA.Obidve tieto stavy sú zdedené ako autozomálne dominantné príznaky, preto sú pravdepodobne príčinou mutácie jadrových génov.

mitochondriálnej ochorení respiračného reťazca spôsobená mutáciami v jadrových génov môže byť rozdelené do dvoch skupín - a mitochondriálnej myopatie, mitochondriálnej encephalomyopathies. Tieto ochorenia sa dedí Mendelian vlastností, ale z dôvodu nedostatku enzýmov, ktoré patria k jednému z komplexov respiračného reťazca mitochondrií.Genomické potlač

sú v súčasnej dobe tri známa trieda výnimiek Mendelian pravidlá identity hybrid 1. generácie. Prvá výnimka je dlho známa a je spojená s dedičstvom viazaným na X.

druhej, avšak jeho úvaha sa týka vlastností určená gény mtDNA, ktoré majú tzv matiek dedičstva. V srdci týchto dvoch tried odchýlky od Mendelian dedičnosti sú rozdiely v genetickej príspevku rodičov v genotype potomka. V X-viazanú dedičnosť potomkov môže dostať iba chromozóm X od matky, zatiaľ čo otca alebo od chromozómu X alebo Y. Keď mitochondriálnej dedičnosť zygota, ktorá vznikla fúziou reprodukčných buniek a dostane mitochondrie obsiahnuté vo svojej mtDNA iba vajcia.

V poslednej dobe, genetiky a embryológie popísané tretí výnimku - genomické potlač, kde sú obaja rodičia prenáša na potomkov úplne identické gény, ale tieto gény sú špecifické odtlačok sex rodičia, otcovskej a materskej gény sa aktivujú alebo potlačené( potlačená, zablokovaný) v priebehu gametogenézu rôznymi spôsobmi. V niektorých prípadoch je preto dôležité, od ktorého z rodičov sa dedí gén.

termín "otlačiť»( odtlačok - «značka») prvýkrát navrhnutý v roku 1960 Crows z Columbia University, USA.

genómovej potlač má zvláštne miesto medzi osobitné mechanizmy regulácie génovej aktivity v raných fázach vývoja, čo má za následok rozdiely v expresii homológnych alel materskej a otcovskej. Následné genetické modifikácie môžu viesť k tomu, že zmeny génovej expresie budú stabilne prenášané počas vývoja generácií buniek. Genómovej potlač, napríklad sa môže meniť dávku génov, ktoré kontrolujú rast embryá, proliferáciu a diferenciáciu buniek.

príklad potlač genómu človeka, je pravda, molárna tehotenstva, ktorý sa vyskytuje, keď sa oplodnené vajíčko, bez materských chromozómov, dve spermie. Napriek dostupnosti úplnú sadu diploidný, skorá embryogenézy zygoty má abnormálne: tkanivo embryo sám nevytvára. V prípade dvojitej sady materských chromozómov sa vyvinie teratómový embryonálny nádor. Iba materské alebo jediné otcovské genómy nie sú schopné zabezpečiť normálny vývoj embrya.

na organismic úrovni kontaktných platní účinku pozorovaného v súvislosti s prítomnosťou chromozómových fragmentov alebo celých chromozómov jednotlivé( otcovskej alebo materskej) pôvodu - tzv disomy uniparental( OSA), a to je skôr kvalitatívny ako kvantitatívny chromozóm nerovnováha.

V posledných rokoch sa intenzívne skúmal vplyv genomického imprintovania v súvislosti s rôznymi patologickými stavmi u ľudí.Príklady ochorení, ktoré sú založené na funkciu porucha potlačou oblastí genómu, pomerne veľa, takže môžeme hovoriť o špeciálne triedy ľudských ochorení - "imprinting ochorenie", z ktorých je viac ako 30.

väčšina presvedčivé údaje získané s Prader-Williho syndrómom( IPS) aEngelmanov syndróm( SE), ktorý má výrazne odlišné klinické prejavy, má v podstate podobné molekulovo-cytogenetické zmeny. Beckwith-Wiedemann

( SBV) celkom dobre študované z hľadiska potlač a syndróm, ktorý má tieto vlastnosti: základná macrosomia, makroglosia, pupočná prietrž, zvýšenú náchylnosť k nádorom.

Združenie genómovej impresie s inou ľudskou dedičnou patológiou na úrovni chromozómov alebo jednotlivých génov je tiež jasne vysledovateľné a v súčasnej dobe sa veľmi študuje. Tak napríklad Huntingtonova chorea a spinnomozzhechkovoy ataxia Ochorenie sa vyskytuje starší a je oveľa závažnejšie, ak sú gény zdedené otcovskej pôvod. Neurofibromatóza, myotonická dystrofia, naopak, choroba má skorší nástup a závažnosť dedičstva mutantných génov u matky. Nie je pochýb o dôsledkoch genomického imprintingu v etiológii rastu nádoru.

V posledných rokoch sa pomocou molekulárnych genetických metód pozoroval fenomén genomickej imprintácie pri multifaktoriálnych ochoreniach. Napríklad, jasne vyjadrené otcovské potlačenie sa vyskytuje pri atopickej dermatitíde, u matky - pri bronchiálnej astme a atopii u detí.Pri diabetes mellitus závislom od inzulínu sa zistila vyššia pravdepodobnosť otcovskej potlačenia.

Genetické inžinierstvo

vyššie popísané metódy molekulárnej genetiky, ktoré sa používajú na identifikáciu génov Mendelian dedičných ľudských chorôb, také metódy sú súčasťou medzinárodnej "ľudskom genóme."Nižšie uvažujeme hlavné ustanovenia genetického inžinierstva a podstatu projektu "Ľudský genóm".

Vo februári 2001, súčasne v dvoch časopisoch "Nature" a "Science", predstavil výsledky nanečisto všetkých, bez ohľadu na ľudský genóm získal od seba projektu "Genomcheloveka" a súkromná spoločnosť "Zeler" medzinárodného konzorcia, pre ktoré genóm projektosoba je obchodný podnik. Tieto publikácie, napriek neúplnosti projektu, sú významným úspechom všetkých biologických vied a medicíny.

Technológia rekombinantnej DNA

Naozaj, v čase oznámenia o "Human Genome Project" bola vytvorená úplne nový trend v molekulárnej genetike, ktorý sa stal známy ako "genetické inžinierstvo" alebo "rekombinantná DNA technológia".Posledné z nich je možné rozdeliť na dve veľké oblasti: metódy DNA klonovania a metódy DNA analýzy, predovšetkým stanovenie nukleotidovej sekvencie v molekule DNA.

DNA Cloning molekulárne klonovanie in vivo( in vivo) zahŕňa 6 stupňov:

1) získanie DNA fragmentov, vrátane génov alebo ich častí, s štiepenia enzýmom;

2) rekombináciu fragmentov;

3) Vloženie DNA fragmentu do vektora;

4) transformácia s vektorom hostiteľského organizmu;

5) skríning rekombinantného vektora;

6) výber zaujímavých výskumných klonov.

Koncepcia reštrikčných enzýmov

V každom ľudskom chromozóme existuje len jedno spojité vlákno DNA.Je ťažké baliť, aby sa zmestili do chromozómu. Je prakticky nemožné manipulovať s molekulou DNA tejto dĺžky. Preto objav v 70. rokoch. XX storočia.špeciálne bakteriálne enzýmy, ktoré rozštiepili DNA na oddelené fragmenty, bola veľmi dôležitá.Enzýmy sa nazývajú reštrikčné enzýmy alebo endonukleázy. V baktériách tieto enzýmy slúžia na ochranu proti vstupu cudzích DNA do bunky.

rekombinácie DNA fragmentov Reštrikčná enzýmy rez oboch reťazcov DNA, ktoré sa tvoria v dôsledku buď tupých alebo lepkavými konci. DNA z jedného organizmu sa rozštiepi štiepenia enzýmom špecifickým pre určité miesta, takže táto DNA po štiepenia( nazývané aj trávenie), bude vždy poskytovať rovnaké sady fragmentov. Ak sa použiť jeden typ reštrikčného enzýmu rezanie DNA z rôznych organizmov, bude sada dlaždíc byť rôzne, ale sekvencie nukleotidov v odbore bude rezať na kusy všetky rovnaké, a preto sa vzájomne dopĺňajú vo vytvorení fragmentov majú kohézne konce. Posledný sa nazýva lepkavý pretože komplementarity sa môžu spojiť s inými fragmentmi vytvorenými rovnakým štiepenia enzýmom alebo iným štiepenia enzýmom, ktorý vytvára rovnaké konca. Kombinácia fragmentov s lepivými komplementárnymi koncami je urýchľovaná a stabilizovaná špeciálnym enzýmom nazývaným ligáza. Teda, v prípade, že reštrikčné enzým na zníženie DNA z dvoch rôznych druhov a miešať fragmenty, sa môžu tvoriť úplne nové, existujúce v prirodzenom prostredí molekuly rekombinantnej DNA.

Aby sa preskúmal fragment DNA, ktorý je predmetom záujmu výskumného pracovníka, musí byť vynásobený.Toto sa môže uskutočniť dvomi rôznymi spôsobmi, ktoré sa prenášajú na hostiteľskú bunku alebo ju in vitro( in vitro) rozmnožujú.

zavedenie fragmentov DNA do hostiteľskej bunky prostredníctvom

vektorov pohybovať fragmentu DNA v hostiteľskej bunke, sa zvyčajne používa špeciálny konštrukcie, ktoré sa nazývajú vektory. Najčastejšie používané vektory sú bakteriálne látky, bakteriofágy, bakteriálne a kvasinkové umelé chromozómy. Nedávno bolo navrhnuté používať ľudské umelé chromozómy ako vektory. Vytvorenie

genomových knižníc

obmedzenia fragmenty genomickej DNA a klonovanie fragmentov pomocou rôznych vektorov tvorili základ tvorby genomových knižníc. Pre tento účel genomická DNA je rez, alebo, povedzme, konkrétne reštrikčné enzým štiepi a výsledné fragmenty klonované do rôznych vektorov, ktoré sú použité pre rekombinantné DNA.Genómová knižnica by mala obsahovať nielen gény, ale aj všetky nekódujúce DNA umiestnené medzi génmi. Keďže štiepenie reštrikčným enzýmom nie je úplné, vytvoria sa fragmenty DNA s čiastočne sa prekrývajúcimi nukleotidovými sekvenciami. To uľahčuje následnú obnovu štruktúry umiestnenia fragmentov v natívnej DNA( DNA v živom tele).Okrem genómových knižníc existujú aj cDNA knižnice.

Klonovanie DNA sekvencií za použitia polymerázovej reťazovej reakcie( PCR)

ďalej opísaného spôsobu klonovanie sekvencie DNA in vivo, je tu tiež spôsob klonovanie in vitro, nazýva polymerázová reťazová reakcia( PCR).

Predpokladom pre vykonanie PCR je známa sekvencia nukleotidov, ktoré určujú klonovanú sekvenciu. Pre PCR sa musí najprv syntetizovať dvojicu tzv priméry, ktoré sú krátke nukleotidové sekvencie komplementárne k DNA fragmentu propagovaný.

Po rozdelení na dva reťazce študovaného fragmentu DNA sa do reakčnej zmesi pridávajú látky, ktoré sú komplementárne spojené s príslušnými časťami týchto vlákien. Nasleduje oddelenie novovytvorených reťazcov DNA pomocou tepelnej úpravy. K novo vytvoreným vláknam DNA fragmentu sa komplementárne vlákna opäť dokončia s použitím enzýmu DNA polymerázy.

príklad sa môže opakovať neurčitú dobu, alebo až do vyčerpania voľných nukleotidov v reakčnej zmesi, ale zvyčajne 20 až 30 cyklov dosť prijímať dostatočné množstvo skúmaných DNA fragmentov za akékoľvek následné manipuláciu tohto fragmentu.