Nicht-staatliche Arten der Vererbung

bekannt ausreichend große Zahl von genetischen durch eine Änderung verursachte Krankheiten in der DNA, die jedoch keine Vererbungs Mendelian Charakter hat. Im Folgenden werden wir mitochondriale Vererbung von und mitochondrialen Erkrankungen sowie Prägung betrachten.

Mitochondriale Vererbung und mitochondriale Erkrankungen

Mitochondrien sind zelluläre Organellen. Mitochondrien haben zwei hochspezialisierte Membranen - das äußere und das innere, das Ring-DNA-Molekül, sowie ihre eigenen Transkriptions- und Translationssysteme. Jede Zelle enthält mehrere hundert Mitochondrien. Sie führen eine Reihe wichtiger biochemischer Reaktionsketten durch, von denen die Reaktionen des Energiestoffwechsels der Zelle von besonderer Bedeutung sind.

Wie bereits erwähnt, haben Mitochondrien ihre eigene DNA, jede Mitochondrien enthält 10 oder mehr DNA-Moleküle. Das Genom der mitochondrialen DNA( mgDNA) ist vollständig entschlüsselt.

Störung der Interaktion zwischen den mitochondrialen und nuklearen Genomen verursacht eine Vielzahl von mitochondrialen Pathologien.

Da mtDNA im Zytoplasma von Zellen enthalten ist, wird sie nur auf der mütterlichen Linie vererbt. Im Zytoplasma eines Eies gibt es Tausende von Mitochondrien und folglich Zehntausende von mtDNA-Molekülen. Zur gleichen Zeit im Spermatozoen Es gibt nur wenige mtDNA-Moleküle, die nicht in das befruchtete Ei fallen. Daher erben Männer mtDNA von ihren Müttern, geben sie jedoch nicht an ihre Nachkommen weiter. Diese Art der Vererbung wird mütterliche Vererbung oder mütterliche Vererbung genannt.

Normalerweise sind alle Kopien von mtDNA identisch und diese Bedingung wird Homoplasmie genannt. Manchmal treten Mutationen in der mtDNA auf. Aufgrund der nicht sehr guten Arbeit der mitochondrialen DNA-Polymerase- und Reparatursysteme treten Mutationen in der mtDNA 10 mal häufiger auf als in der nukleären DNA.Die Entstehung von Mutationen in einem der mtDNA-Moleküle können in einer Zelle zur Entstehung von zwei Populationen von mtDNA führen wird geteroplaziey genannt. Als Ergebnis der Zellteilung tritt die mutante mtDNA in andere Zellen ein, wo sie sich weiter vermehrt.

Der Energiebedarf verschiedener Körpergewebe ist unterschiedlich. Am meisten Energie verbraucht das Nervensystem. Deshalb ist dieses System vor allem von mitochondrialen Erkrankungen betroffen.

Klassifizierung der mitochondrialen Erkrankung beruht auf zwei Prinzipien:

1) mutierte Protein im Energie oxidative Phosphorylierung;

2) ob die mutante mtDNA oder die nukleäre DNA kodiert ist.

Klasse I von mitochondrialen Erkrankungen umfasst Atrophie von Leber-Scheiben der Sehnerven. Die Krankheit manifestiert sich als akuter oder subakuter Verlust des zentralen Sehvermögens aufgrund einer Atrophie der Sehnerven. Die Krankheit kann sowohl in der Kindheit als auch im Alter beginnen. Bei einigen Patienten ist eine Atrophie der Sehnerven mit den Symptomen der Enzephalomyopathie verbunden. Leber'sche Opticusatrophie verursacht durch Mutationen in Genen, die für Untereinheiten mtDNA komplexen I.

Diese Klasse bezieht sich Leigh Krankheit( subakute nekrotisierende Enzephalomyelopathie).Leia-Syndrom tritt nur auf, wenn die mutierte mtDNA mindestens 90% der gesamten mtDNA ausmacht. Wenn der Prozentsatz an Mutanten-DNA niedriger ist, dann tritt ein Syndrom von Neuropathie, Ataxie und Retinitis pigmentosa auf.

Syndrom Neuropathie, Ataxie und pigment Netzhautdystrophie( NARP) können in der Kindheit manifestieren und später, bis zum 2. Jahrzehnt des Lebens. Neben Pathologie, die im Namen des Syndroms unterging, können die Patienten Demenz, Krampfanfälle, motosensornaya Neuropathie sein, Hörverlust.

Syndrome Myoklonus und Epilepsie ragged red Muskelfasern( MERRF), der Epilepsie manifestiert, Demenz, Ataxie und Myopathie tritt im Fall einer Mutation in dem Gen für die tRNA.Das Syndrom kann sich im Kindes- und Erwachsenenalter manifestieren. Zusätzlich zu diesen Symptomen bei MERRF-Syndrom-Patienten manchmal Ohrschwerhörigkeit, Demenz, Optikusatrophie, spastische Diplegie beobachtet. In der Regel zeigt dieses Syndrom eine ausgeprägte Heteroplasmie, so dass die Ausdruckskraft des Syndroms stark variiert. Ein weiterer Punkt

Replacement-Gen verursacht tRNA-Syndrom - ein Syndrom und mitochondriale Enzephalomyopathien stroke-Episoden( MELAS).Er hat auch Heteroplasmie, und infolgedessen variiert die Ausdruckskraft des Syndroms ziemlich stark. Die wichtigsten klinischen Manifestationen sind Enzephalomyopathien, Schlaganfall-Zustand, in der Regel vorübergehend, mit Wiederherstellungsfunktionen, Krampfanfälle, Ataxie, Myoklonus, Epilepsie, Migräne-Kopfschmerzen.

K mitochondrialen Erkrankungen, hervorgerufen durch Deletionen oder Verdoppelungen umfassen Kearns-Sayre-Syndrom( Myopathie, zerebelläre Störungen und Herzinsuffizienz), Pearson-Syndrom( Panzytopenie, Laktatazidose und Pankreasinsuffizienz) sowie ophthalmoplegia progressiva externa, manifestierte AuslassungJahrhundert. Impaired

Wechselwirkung zwischen dem Kern- und mitochondriale Genome erklärt mtDNA-Depletion-Syndrom und Syndrom division multiple mtDNA.Beide Erkrankungen werden autosomal-dominant vererbt, daher sind wahrscheinlich Mutationen nukleärer Gene die Ursache.

mitochondrialen Atmungskette Krankheiten, die durch Mutationen in nukleären Genen verursacht werden, können in zwei Gruppen eingeteilt werden - und mitochondriale Myopathien, mitochondriale Enzephalomyopathien. Diese Krankheiten werden als Mendelian vererbt, aber aufgrund des Fehlens von Enzymen zu einer der Komplexe der Atmungskette der Mitochondrien gehören. Genomische Prägung

sind derzeit drei bekannte Klasse von Ausnahmen Mendelschen Regeln Identität 1. Generation Hybriden. Die erste Ausnahme ist seit langem bekannt und wird mit X-linked Vererbung assoziiert.

Die zweite, gerade diskutierte, betrifft die Merkmale, die von mtDNA-Genen identifiziert werden, die eine sogenannte mütterliche Vererbung haben. Diese zwei Klassen von Abweichungen von der mendelschen Vererbung beruhen auf Unterschieden im genetischen Beitrag der Eltern zum Genotyp der Nachkommenschaft. In X-chromosomale Vererbung der Nachkommen können nur X-Chromosom von der Mutter, während des Vaters oder aus dem Chromosom X oder Y. Wenn die mitochondriale Vererbung Zygote durch die Fusion von Keimzellen gebildet erhalten, und eine Mitochondrien in ihrer mtDNA durch das Ei nur enthalten wird.

Kürzlich, Genetik und Embryologie beschriebene dritte Ausnahme - genomische Prägung, in denen beide Eltern absolut identische Gene an Nachkommen übertragen werden, aber diese Gene spezifisch sind Impressum geschlechtlichen Eltern, väterlichen und mütterlichen Gene aktiviert oder unterdrückt( unterdrückt, gesperrt) während gametogenesis auf unterschiedliche Weise. Daher ist es in einigen Fällen wichtig, von welchem ​​der Eltern das Gen vererbt wird.

Der Begriff Imprinting( Prägung) wurde erstmals 1960 von Crouse der Columbia University in den USA vorgeschlagen.

Genomische Prägung hat einen besonderen Platz unter den spezifischen Mechanismen der Regulation der Genaktivität in den frühen Phasen der Entwicklung, was zu Unterschieden in der Expression von homologen mütterlichen und väterlichen Allelen. Nachfolgende genetische Veränderungen können dazu führen, dass Änderungen der Genexpression während der Entwicklung von Zellgenerationen stabil übertragen werden. Die genomische Prägung kann beispielsweise die Dosis von Genen verändern, die das embryonale Wachstum, die Zellproliferation und die Differenzierung steuern.

Beispiel Aufdrucken eines Genoms einer Person ist eine wahre Molenschwangerschaft, die auftritt, wenn eine befruchtete Eizelle, ohne mütterliche Chromosomen, zwei Spermien. Trotz der Anwesenheit eines vollständigen diploiden Satzes verläuft die frühe Embryogenese solcher Zygoten abnormal: Gewebe des Embryos selbst werden überhaupt nicht gebildet. Im Falle eines doppelten Satzes von mütterlichen Chromosomen entwickelt sich ein Teratom-embryonaler Tumor. Nur die mütterlichen oder nur väterlichen Genome sind nicht in der Lage, die normale Entwicklung des Embryos sicherzustellen.

am organismic Effektpegel imprinting in Verbindung mit dem Vorhandensein von chromosomalen Fragmenten oder ganzen Chromosomen single( väterliche oder mütterliche) Ursprung beobachtet - die sogenannte uniparental Disomie( OSA), nämlich es gibt eine qualitative als eine quantitative eher Chromosom Ungleichgewicht.

In den letzten Jahren wurde der Effekt der genomischen Prägung im Zusammenhang mit verschiedenen Pathologien beim Menschen intensiv untersucht. Beispiele für Krankheiten, die auf die Erkrankung Funktion der geprägten Regionen des Genoms basieren, ziemlich viel, so können wir über eine spezielle Klasse von Krankheiten beim Menschen sprechen - „Imprinting Krankheiten“, von denen es mehr als 30.

überzeugendsten Daten erhalten mit Prader-Willi-Syndrom( IPS) unddas Engelman-Syndrom( SE), das, mit signifikant unterschiedlichen klinischen Manifestationen, im Grunde ähnliche molekular-zytogenetische Veränderungen aufweist. Beckwith-Wiedemann

( SBV) recht gut im Hinblick auf die Prägung und Syndrom mit den folgenden Haupteigenschaften untersucht: macrosomia, macroglossia, Nabelhernie, erhöhte Anfälligkeit gegenüber Tumoren.

Kommunikation genomische Prägung mit anderen menschlichen Erbkrankheiten auf den Chromosomen oder einzelnen Gene Ebene ist auch deutlich sichtbar in dem zur Zeit intensiv untersucht. So zum Beispiel Chorea Huntington und spinnomozzhechkovoy Ataxie Krankheit tritt früher und ist schwerwiegender, wenn die Gene väterlichen Ursprungs vererbt werden. Neurofibromatose, Muskeldystrophie, umgekehrt, hat die Krankheit einen früheren Beginn und Schwere der Vererbung von mutierten Genen bei der Mutter. Es gibt keinen Zweifel über die Implikation der genomischen Prägung in der Ätiologie des Tumorwachstums.

In den letzten Jahren wurde mit Hilfe molekulargenetischer Methoden das Phänomen der genomischen Prägung bei multifaktoriellen Erkrankungen beobachtet. Zum Beispiel findet sich eine deutlich geäusserte väterliche Prägung bei atopischer Dermatitis, mütterlicherseits - bei Asthma bronchiale und Atopie bei Kindern. Bei insulinabhängigem Diabetes mellitus wurde eine höhere Wahrscheinlichkeit der väterlichen Prägung gefunden.

GENETIC ENGINEERING

oben beschriebenen Methoden der Molekulargenetik, die verwendet werden, um Gene zu identifizieren, Mendelian vererbten Krankheiten beim Menschen, solche Verfahren ein Teil der internationalen sind „Human Genome.“Im Folgenden werden wir die wichtigsten Bestimmungen der Gentechnik und das Wesen des Projekts "Human Genome" betrachten.

Im Februar 2001 gleichzeitig in zwei Zeitschriften „Nature“ und „Science“, stellte die Ergebnisse des Rohentwurf alle, unabhängig von dem menschlichen Genoms voneinander von einem internationalen Konsortium „Genomcheloveka“ Projekt und die private Unternehmen „Celera“ erhielt, für das Projekt GenomPerson ist ein kommerzielles Unternehmen. Diese Veröffentlichungen sind trotz der Unvollständigkeit des Projekts eine bedeutende Errungenschaft aller biologischen Wissenschaften und Medizin.

rekombinante DNA-Technologie

die Tat zum Zeitpunkt der Bekanntgabe der „Human Genome Project“ wurde einen ganz neuen Trend in der molekularen Genetik gebildet, die als „Gentechnik“ bekannt wurde oder „rekombinante DNA-Technologie“.Letzteres kann in zwei große Bereiche unterteilt werden: DNA-Klonierungstechniken und DNA-Analyseverfahren, in erster Linie die Bestimmung der Nukleotidsequenz im DNA-Molekül.

DNA Cloning: Klonierung von DNA in vivo( in vivo) enthält 6 Stufen:

1) Erhalten von DNA-Fragmenten, einschließlich der Gene oder Teile davon mit einem Restriktionsenzym;

2) Rekombination von Fragmenten;

3) Einfügen eines DNA-Fragments in einen Vektor;

4) Transformation mit dem Vektor des Wirtsorganismus;

5) Screenen nach dem rekombinanten Vektor;

6) Auswahl interessanter Klonforscher.

Das Konzept der Restriktionsenzyme

In jedem menschlichen Chromosom gibt es nur einen kontinuierlichen DNA-Strang. Es ist schwierig zu packen, um in das Chromosom zu passen. Es ist praktisch unmöglich, mit einem DNA-Molekül dieser Länge zu manipulieren. Daher die Entdeckung in den 70er Jahren. XX Jahrhundert.spezielle bakterielle Enzyme, die DNA in einzelne Fragmente schneiden, waren sehr relevant. Enzyme wurden als Restriktionsenzyme oder Endonukleasen bezeichnet. In Bakterien dienen diese Enzyme dazu, vor dem Eindringen fremder DNA in die Zelle zu schützen.

Rekombination von DNA-Fragmenten

Restriktasen schneiden beide DNA-Stränge, die entweder stumpfe oder klebrige Enden bilden. Die DNA eines Organismus wird durch ein bestimmtes Restriktionsenzym an streng definierten Stellen geschnitten, so dass solche DNA nach der Restriktion( die auch Verdauung genannt wird) immer den gleichen Satz von Fragmenten ergibt. Wenn Sie einen Typen von Restriktionsenzym-Schneiden von DNA aus verschiedenen Organismen verwendet wird, wird der Satz von Kacheln unterschiedlich sein, aber die Sequenz von Nukleotiden in dem Feld wird daher in Stücken alle gleich und geschnitten werden, die komplementär zueinander in der Bildung von Fragmenten haben sticky ends. Die letzte heißt sticky wegen der Komplementarität sie mit anderen Fragmenten durch das gleiche Restriktionsenzym oder ein anderes Restriktionsenzym gebildet verbinden kann, den die gleichen Ende bildet. Die Kombination von Fragmenten mit komplementären klebrigen Enden wird durch ein spezielles Enzym namens Ligase beschleunigt und stabilisiert. Wenn also ein einzelnes Restriktionsenzym in DNA zweier verschiedener Spezies und gemischter Fragmente geschnitten wird, kann sich ein völlig neues rekombinantes DNA-Molekül bilden, das unter natürlichen Bedingungen nicht existiert.

Um ein DNA-Fragment zu erforschen, das für einen Forscher von Interesse ist, muss es multipliziert werden. Dies kann durch zwei verschiedene Methoden geschehen, indem es in die Wirtszelle gebracht oder in vitro( in vitro) multipliziert wird.

Einführung von DNA-Fragmenten in eine Wirtszelle unter Verwendung von

-Vektoren Um ein DNA-Fragment in eine Wirtszelle zu bewegen, werden üblicherweise spezielle Konstrukte verwendet, die als Vektoren bezeichnet werden. Die am häufigsten verwendeten Vektoren sind bakterielle Substanzen, Bakteriophagen, bakterielle und künstliche Hefechromosomen. Kürzlich wurde vorgeschlagen, künstliche menschliche Chromosomen als Vektoren zu verwenden.

Erstellung genomischer Bibliotheken

Die Restriktion genomischer DNA in Fragmente und die Klonierung von Fragmenten mit Hilfe verschiedener Vektoren bildeten die Grundlage für die Bildung genomischer Bibliotheken. Dazu wird genomische DNA geschnitten oder, wie es heißt, durch ein bestimmtes Restriktionsenzym verdaut, und die gebildeten Fragmente werden mittels verschiedener Vektoren, für die rekombinante DNA-Methoden verwendet werden, kloniert. Die genomische Bibliothek sollte nicht nur Gene enthalten, sondern auch alle nicht-kodierende DNA, die sich zwischen den Genen befindet. Da die Verdauung mit einem Restriktionsenzym nicht vollständig ist, werden damit DNA-Fragmente mit teilweise überlappenden Nukleotidsequenzen gebildet. Dies erleichtert die anschließende Wiederherstellung des Musters der Lokalisierung von Fragmenten in nativer DNA( DNA im lebenden Körper).Neben genomischen Bibliotheken gibt es cDNA-Bibliotheken.

Klonen von DNA-Sequenzen durch Polymerasekettenreaktion( PCR)

Zusätzlich zu der beschriebenen Methode zum Klonieren von DNA-Sequenzen in vivo gibt es auch ein In-vitro-Klonierungsverfahren, das als Polymerase-Kettenreaktion( PCR) bezeichnet wird.

Voraussetzung für die Durchführung der PCR ist die Kenntnis der Nukleotidsequenz, die die klonierte Sequenz bestimmt. Für die PCR muss ein Paar von sogenannten Primern vor-synthetisiert werden, die kurze Sequenzen von Nukleotiden sind, die komplementär zu den Sequenzen des DNA-Fragments sind, das repliziert wird.

Nach der Trennung in zwei Stränge des untersuchten DNA-Fragments werden der Reaktionsmischung Substanzen hinzugefügt, die komplementär mit den entsprechenden Abschnitten dieser Stränge assoziiert sind. Dann folgt die Trennung der neu gebildeten DNA-Ketten mittels einer Temperaturbehandlung. Zu den neu gebildeten Strängen des DNA-Fragments werden komplementäre Stränge wiederum unter Verwendung des DNA-Polymerase-Enzyms vervollständigt.

Dies kann unbegrenzt wiederholt werden oder bis die freien Nukleotide in der Reaktionsmischung erschöpft sind, aber üblicherweise sind 20-30 Zyklen ausreichend, um eine ausreichende Menge der DNA des Fragments zu erhalten, das für jede nachfolgende Manipulation dieses Fragments untersucht wird.