Nestátní typy dědictví

Je známo poměrně velké množství dědičných onemocnění způsobených změnami DNA, ale nemají Mendelovský charakter dědičnosti. Níže uvažujeme mitochondriální dědičnost a mitochondriální onemocnění, stejně jako imprinting.

Mitochondriální dědičnost a mitochondriální onemocnění

Mitochondria jsou buněčné organely. Mitochondria mají dvě vysoce specializované membrány - vnější a vnitřní, molekulu kruhové DNA, stejně jako jejich vlastní systémy transkripce a překladu. Každá buňka obsahuje několik set mitochondrií.Provádějí řadu důležitých biochemických reakčních řetězců, jejichž reakce na energetický metabolismus buňky mají zvláštní význam.

Jak již bylo uvedeno, mitochondrie mají svou vlastní DNA, každá mitochondrie obsahuje 10 nebo více molekul DNA.Genom mitochondriální DNA( mgDNA) je úplně dešifrován.

Porucha interakce mezi mitochondriálními a jadernými genomy způsobuje řadu mitochondriálních patologií.

Vzhledem k tomu, že mtDNA je obsažena v cytoplazmě buněk, je zděděna pouze na mateřské lince. V cytoplazmě vajíčka existují tisíce mitochondrií a v důsledku toho desítky tisíc molekul mtDNA.Zároveň v spermatozone Existuje jen několik molekul mtDNA, které nespadají do oplodněného vajíčka. Proto muži dědí mtDNA od svých matek, ale nepředávají ji svým potomkům. Tento typ dědictví se nazývá dědičnost dědičnosti nebo dědičnost dědičnosti.

Obvykle jsou všechny kopie mtDNA totožné a tento stav se nazývá homoplasmy. Někdy se vyskytují mutace v mtDNA.Vzhledem k ne příliš dokonalé práci mitochondriální DNA polymerázy a opravných systémů, mutace v mtDNA se objeví 10 krát častěji než v jaderné DNA.Výskyt mutace v jedné z molekul mtDNA může vést k vzniku dvou populací mtDNA v buňce, která se nazývá heteroplázie. Výsledkem rozdělení buněk je, že mutantní mtDNA vstupuje do jiných buněk, kde se dále množí.

Potřeby energie různých tkání v těle jsou různé.Nejvíce spotřebovává energii nervový systém. Proto je tento systém primárně ovlivněn mitochondriálními chorobami.

Klasifikace mitochondriálních onemocnění je založena na dvou principech:

1) zapojení mutantního proteinu do energetických reakcí oxidační fosforylace;

2) zda je kódovaná mutantní mtDNA nebo jaderná DNA.

I. třídy mitochondriálních onemocnění zahrnuje atrofii Leberových disků z optických nervů.Onemocnění se projevuje jako akutní nebo subakutní ztráta centrálního vidění v důsledku atrofie optických nervů.Nemoc může začít jak v dětství, tak ve stáří.U některých pacientů je atrofie optických nervů kombinována se symptomy encefalomyopatie.oční atrofie Leberova způsobena mutací v mtDNA genů kódujících podjednotky komplexu I.

Tato třída se týká Leigh onemocnění( subakutní nekrotizující encephalomyelopathy).Leia syndrom se vyskytuje pouze tehdy, když je mutantní mtDNA alespoň 90% celkové mtDNA.Pokud je procento mutantní DNA nižší, objeví se syndrom neuropatie, ataxie a retinitidy pigmentosa.

syndrom neuropatie, ataxie a pigmentového retinální dystrofie( NARP) se může projevit v kojeneckém věku a později, až do 2. dekádě života. Kromě patologie zahrnuté v názvu syndromu mohou pacienti mít demenci, záchvaty, motorosenzorickou neuropatii a ztrátu sluchu.

syndrom myoklonus epilepsie a ragged červené svalová vlákna( MERRF), která se projevuje epilepsie, demence, ataxie a myopatie se vyskytuje v případě, že mutace v genu pro tRNA.Syndrom se může projevit v dětství av dospělosti. Kromě těchto příznaků u pacientů, MERRF syndrom někdy pozorované sensorineurální ztrátu sluchu, demence, atrofie optického nervu, spastickou diplegie. Obvykle tento syndrom odhaluje výraznou heteroplazmu, takže expresivita syndromu se dramaticky liší.

Další syndrom způsobený genu tRNA náhradním bod - syndrom a mitochondriální encephalomyopathies zdvihu( MELAS).On také má heteroplasmy, a v důsledku toho expresivita syndromu se značně liší.Hlavní klinické projevy patří encephalomyopathies, mrtvice-stát, obvykle přechodné, restaurování funkcí, křeče, ataxie, myoklonie, epilepsie, migrény.

K mitochondriální nemoci způsobené delece nebo duplikace zahrnují Kearns-Sayre syndrom( myopatii, cerebelární poruchy a selhání srdce), Pearson syndrom( pancytopenie, laktátovou acidózu a pankreatické nedostatečnosti), stejně jako chronické progresivní externí oftalmoplegie, projevuje opomenutístoletí.Porucha

interakce mezi jadernými a mitochondriální genomy vysvětlit mtDNA syndromu vyčerpání a dělení syndrom násobek mtDNA.Oba tyto stavy jsou zděděny jako autosomální dominantní znaky, proto jsou pravděpodobně příčinou mutace nukleárních genů.

mitochondriální onemocnění respiračního řetězce způsobená mutacemi v jaderných genů může být rozděleny do dvou skupin - a mitochondriální myopatie, mitochondriální encephalomyopathies. Tato onemocnění se dědí Mendelian vlastností, ale z důvodu nedostatku enzymů, které patří k jednomu z komplexů respiračního řetězce mitochondrií.Genomické potisk

jsou v současné době tři známá třída výjimek Mendelian pravidla identity hybrid 1. generace. První výjimka je již dlouho známa a je spojena s dědičným odkazem na X.

druhé, avšak jeho úvaha se týká vlastností určena geny mtDNA, které mají tzv matek dědictví.V srdci těchto dvou tříd odchylky od Mendelian dědičnosti jsou rozdíly v genetické příspěvku rodičů v genotypu potomka. V X-vázanou dědičnost potomků může dostat pouze chromozom X od matky, zatímco otce nebo od chromozomu X nebo Y. Když mitochondriální dědičnost zygota, která vznikla fúzí reprodukčních buněk a dostane mitochondrie obsažené ve své mtDNA pouze vejce.

V poslední době, genetiky a embryologie popsáno třetí výjimku - genomické potisk, kde jsou oba rodiče přenáší na potomky naprosto identické geny, ale tyto geny jsou specifické otisk sex rodiče, otcovské a mateřské geny se aktivují nebo potlačeny( potlačena, zablokován) v průběhu gametogeneze různými způsoby. Takže v některých případech je důležité, od kterého z rodičů je gen zděděn.

termín „otisknout»( otisk - «značka») poprvé navržen v roce 1960 Crows z Columbia University, USA.

Genomová potisk má zvláštní místo mezi specifické mechanismy regulace genové aktivity v raných fázích vývoje, což má za následek rozdíly v expresi homologních alel mateřské a otcovské.Následné genetická modifikace mohou vést k tomu, že změny v genové expresi bude stabilně přenášena v rozvoji buněčných generací.Genomová potisk, například se může měnit dávku genů, které kontrolují růst embrya, proliferaci a diferenciaci buněk.

příklad potisk genomu člověka, je pravda, molární těhotenství, který se vyskytuje, když se oplodněné vajíčko, bez mateřských chromozomů, dvě spermie. Navzdory dostupnosti úplnou sadu diploidní, raná embryogeneze zygoty má abnormálně: tkáň embryo sám nevytváří.V případě dvojité sady mateřských chromozomů se objevuje teratoma-embryonální nádor. Pouze materské nebo pouze otcovské genomy nejsou schopny zajistit normální vývoj embrya.

na organismic úrovni otiskové účinku pozorovaného v souvislosti s přítomností chromozomálních fragmentů nebo celých chromosomů jednotlivé( otcovské nebo mateřské) původu - tzv disomy uniparental( OSA), a to je spíše kvalitativní než kvantitativní chromozóm nerovnováha.

V posledních letech se intenzivně zkoumán vliv genomové imprintingu v souvislosti s různými patologií u lidí.Příklady onemocnění, které jsou založeny na funkci porucha potiskem oblastí genomu, poměrně hodně, takže můžeme mluvit o speciální třídy lidských onemocnění - „imprinting onemocnění“, z nichž je více než 30.

většina přesvědčivé údaje získané s Prader-Williho syndromem( IPS) aEnzhelmena syndrom( sE), který by měl značně různé klinické projevy, v podstatě podobné molekulárně cytogenetických změn. Beckwith-Wiedemann

( SBV) docela dobře studovány z hlediska potisk a syndrom, který má následující vlastnosti: základní macrosomia, makroglosii, pupeční kýla, zvýšenou náchylnost k nádorům.

Spojení genomové imprese s jinou lidskou dědičnou patologií na úrovni chromozomů nebo jednotlivých genů je také jasně vysledováno a je široce studováno. Tak například Huntingtonova chorea a spinnomozzhechkovoy ataxie Onemocnění se vyskytuje starší a je mnohem závažnější, pokud jsou geny zděděné otcovské původ. Neurofibromatóza, myotonická dystrofie, naopak, nemoc má dřívější nástup a závažnost dědictví mutantních genů u matky. Není pochyb o důsledcích genomové imprese v etiologii růstu nádoru.

V posledních letech se pomocí molekulárně genetických metod pozoroval fenomén genomové imprintace při multifaktoriálních onemocněních. Například jasně vyjádřené otcovské otiskování se vyskytuje u atopické dermatitidy, u matky - u bronchiálního astmatu a atopie u dětí.U diabetu mellitu závislého na inzulínu byla zjištěna vyšší pravděpodobnost otcovství.

GENETICKÉ INŽENÝRSTVÍ

výše popsané metody molekulární genetiky, které se používají k identifikaci genů Mendelian dědičných lidských chorob, takové metody jsou součástí mezinárodní „lidském genomu.“Níže uvádíme základní ustanovení genetického inženýrství a podstatu projektu "Lidský genom".

V únoru 2001, současně ve dvou časopisech „Nature“ a „Science“, představil výsledky nanečisto všech, bez ohledu na lidský genom získal od sebe projektu „Genomcheloveka“ a soukromá společnost „Celera“ mezinárodního konsorcia, pro které genom projektosoba je obchodní podnik. Tyto publikace, navzdory neúplnosti projektu, jsou významným úspěchem všech biologických věd a medicíny.

Technologie rekombinantní DNA

Opravdu, v době oznámení o „Human Genome Project“ byla vytvořena zcela nový trend v molekulární genetice, který se stal známý jako „genetické inženýrství“ nebo „rekombinantní DNA technologie“.Ta může být rozdělena do dvou velkých oblastí: techniky DNA klonování a metod DNA analýzy, především stanovení nukleotidové sekvence v DNA molekule.

DNA Cloning Klonování DNA in vivo( in vivo) zahrnuje 6 stupňů:

1) získání DNA fragmentů, včetně genů nebo jejich částí, s restrikčním enzymem;

2) rekombinace fragmentů;

3) Vložení fragmentu DNA do vektoru;

4) transformace s vektorem hostitelského organismu;

5) screening rekombinantního vektoru;

6) výběr zajímavých výzkumníků klonu.

Koncepce restrikčních enzymů

V každém lidském chromozomu existuje pouze jedno spojité vlákno DNA.Je obtížné zabalit, aby se vešel do chromozomu. Je prakticky nemožné manipulovat s molekulou DNA této délky. Proto objev v 70. letech. XX století.speciálních bakteriálních enzymů, které rozštěpily DNA na oddělené fragmenty, byla velmi relevantní.Enzymy byly označeny jako restrikční enzymy nebo endonukleázy. U bakterií slouží tyto enzymy k ochraně proti vstupu cizí DNA do buňky.

Rekombinace DNA fragmentů

Restrictases rozštěpí obě vlákna DNA, které jako výsledek buď tupé nebo lepivé konce. DNA jednoho organismu je řezán určitým restrikčním enzymem na přísně definovaných místech, takže taková DNA po restrikci( která se také nazývá trávení) bude vždy dát stejnou sadu fragmentů.Pokud se použít jeden typ restrikčního enzymu řezání DNA z různých organismů, bude sada dlaždic být různé, ale sekvence nukleotidů v oboru bude řezat na kusy všechny stejné, a proto se vzájemně doplňují ve vytvoření fragmentů mají kohezní konce. Ty se nazývají lepivé, protože vzhledem k jejich komplementaritě mohou být kombinovány s dalšími fragmenty tvořenými stejným restrikčním enzymem nebo jinou restrikční endonukleázou, která tvoří stejné konce. Kombinace fragmentů s lepivými komplementárními konci je zrychlena a stabilizována speciálním enzymem nazývaným ligáza. Pokud je tedy jediný restrikční enzym rozřezán na DNA dvou různých druhů a smíšených fragmentů, pak se může vytvořit zcela nová molekula rekombinantní DNA, která neexistuje při přírodních podmínkách.

Pro zkoumání fragmentu DNA, který je předmětem zájmu výzkumného pracovníka, musí být násoben. Toho lze dosáhnout dvěma různými způsoby, přesunutím do hostitelské buňky nebo multiplikováním in vitro( in vitro).

zavedení fragmentů DNA do hostitelské buňky prostřednictvím

vektorů pohybovat fragmentu DNA v hostitelské buňce, se obvykle používá speciální konstrukce, které se nazývají vektory. Nejčastěji používanými vektory jsou bakteriální látky, bakteriofágy, bakteriální a kvasinkové umělé chromozomy. Nedávno bylo navrženo používat lidské umělé chromozomy jako vektory. Vytvoření

genomových knihoven

omezení fragmenty genomické DNA a klonování fragmentů pomocí různých vektorů tvořily základ tvorby genomových knihoven. Pro tento účel genomová DNA je řez, nebo, řekněme, konkrétní restrikční enzym štěpen a výsledné fragmenty klonovány do různých vektorů, které jsou použity pro rekombinantní DNA.Genomová knihovna by měla obsahovat nejen geny, ale i všechny nekódující DNA umístěné mezi genetickými geny. Vzhledem k tomu, že trávení restrikčním enzymem není kompletní, vzniknou fragmenty DNA s částečně se překrývajícími nukleotidovými sekvencemi. To usnadňuje následnou obnovu vzoru umístění fragmentů v nativní DNA( DNA v živém těle).Kromě genomových knihoven existují knihovny cDNA.

Klonování DNA sekvencí za použití polymerázové řetězové reakce( PCR)

dále popsaného způsobu klonování sekvence DNA in vivo, je zde také způsob klonování in vitro, nazývá polymerázová řetězová reakce( PCR).

Předpokladem pro provedení PCR je znát sekvenci nukleotidů, které určují klonovanou sekvenci. Pro PCR se musí nejprve syntetizovat dvojici tzv primery, které jsou krátké nukleotidové sekvence komplementární k DNA fragmentu propagován.

Po rozdělení na dvě vlákna studovaného fragmentu DNA se do reakční směsi přidávají látky, které jsou komplementárně asociovány s odpovídajícími částmi těchto řetězců.Následuje separace nově vytvořených řetězců DNA pomocí teplotní úpravy. K nově vytvořeným řetězcům DNA fragmentu jsou komplementární řetězce znovu dokončeny s použitím enzymu DNA polymerázy.

příklad se může opakovat neurčitou dobu, nebo až do vyčerpání volných nukleotidů v reakční směsi, ale obvykle 20 až 30 cyklů dost přijímat dostatečné množství zkoumaných DNA fragmentů za jakékoli následné manipulaci tohoto fragmentu.