Mittesiduvad pärimise liigid

DNA muutusest tingitud suhteliselt palju pärilikke haigusi on teada, kuid neil ei ole Mendeli päriliku iseloomu. Allpool käsitleme ja mitokondriaalsete haiguste mitokondriaalse pärandi ja imprintingut.

Mitokondriaalse päriliku ja mitokondriaalse haiguse

mitokondria on rakulised organellid. Mitokondriatel on kaks väga spetsiifilist membraani - välimine ja sisemine, rõnga DNA molekul, samuti oma transkriptsiooni ja translatsiooni süsteemid. Iga rakk sisaldab mitusada mitokondrit. Nad teostavad mitmeid olulisi biokeemilisi reaktsioonide ahelaid, millest eriti olulised on rakkude energia metabolismi reaktsioonid.

Nagu juba märgitud, on mitokondrites oma DNA, iga mitokondria sisaldab 10 või enam DNA molekuli. Mitokondriaalse DNA genoom( mgDNA) on täielikult detekteeritud.

Mitokondrite ja tuumagenermolekulide interaktsiooni häired põhjustavad mitmeid mitokondrite patoloogiaid.

Kuna mtDNA sisaldub rakkude tsütoplasmas, päritakse see ainult emale. Muna tsütoplasmas on tuhandeid mitokondriid ja järelikult kümneid tuhandeid mtDNA molekule. Samaaegselt spermatosoidil on ainult mõned mtDNA molekulid, mis ei lange viljastatud muna. Seepärast pärivad mehed mtDNA oma emadelt, kuid ärge andke seda oma järglastele. Seda tüüpi pärandit nimetatakse ema pärandiks või ema pärandiks.

Tavaliselt on kõik mtDNA koopiad identsed ja seda tingimust nimetatakse homoplasmyks. MtDNAs esineb mõnikord mutatsioone. Mitokondriaalse DNA polümeraasi ja parandussüsteemide ebatäiusliku töö tõttu tekivad mtDNA mutatsioonid 10 korda sagedamini kui tuuma DNA-s. Mutatsioonide ilmnemine ühes mtDNA molekulis võib põhjustada rakkude kahe mtDNA populatsiooni, mida nimetatakse heteroplaasiaks. Rakkude jagunemise tulemusena jõuab mutantne mtDNA teistesse rakkudesse, kus see paljuneb jätkuvalt.

Keha erinevate kudede energiavajadused on erinevad. Enim energiat tarbiv on närvisüsteem. Sellepärast on seda süsteemi peamiselt mitokondrite haigused.

Mitokondriaalsete haiguste klassifikatsioon põhineb kahel põhimõttel:

1) mutantse valgu kaasamine oksüdatiivse fosforüülimise energia reaktsioonides;

2) kas mutantse mtDNA või tuuma DNA kodeeritakse. Mitokondriaalsete haiguste

klass I hõlmab optilise närvi Leberi ketaste atroofiat. Haigus avaldub silma närvide atroofia tõttu ägedas või alaakses keskvisiidi kadumises. Haigus võib alata nii lapsepõlves kui ka vanas eas. Mõnedel patsientidel ühendatakse optiliste närvide atroofia entsefalomüopaatia sümptomitega. Leberi nägemisnärvi atroofia mutatsioonidest põhjustatud mtDNA kodeerivate geenide subühikute kompleksi I.

Sellesse klassi viitab Leigh haigus( alaägeda kärbuslikku entsefalomüelopaatia).Leia sündroom esineb ainult siis, kui mutantset mtDNA-d on vähemalt 90% kogu mtDNA-st. Kui mutantse DNA protsent on madalam, ilmneb neuropaatia sündroom, ataksia ja pigmentoosne retiniit.

sündroom neuropaatia, ataksia ja pigmentaarse võrkkesta düstroofia( NARP) võib avalduda lapseeas ja hiljem kuni 2. eluaastani. Lisaks sündroomi nime kandvale patoloogiale võivad patsiendil esineda dementsus, krambid, motoorne sensoorne neuropaatia ja kuulmislangus.

sündroom müokloonused epilepsia ja narmendavaid punase lihaskiude( MERRF), mis avaldub epilepsia, dementsus, ataksia ja müopaatia esineb puhul mutatsioon geenis tRNA.Seda sündroomi võib avaldada lapsepõlves ja täiskasvanueas. Lisaks neid sümptomeid MERRF sündroomiga patsientidel täheldatakse mõnikord sensorineuraalsete kuulmiskadu, dementsus, nägemisnärvi atroofia, spastilise dipleegiat. Tavaliselt ilmneb see sündroom selgelt väljendunud heteroplasmiast, nii et sündroomi ekspressioon on dramaatiline.

Teine sündroomi põhjustatud punkti asendamiseks geeni tRNA - sündroomist ja mitokondrite entsefalomüopaatiateni insuldi-episoodid( MELAS).Ta on ka heteroplasmiast ja selle tulemusena on sündroomi ekspressioon suhteliselt erinev. Major kliiniliste nähtude hulka kuuluvad entsefalomüopaatiateni, insult-riik, tavaliselt mööduv, taastamisega funktsioone, krambihood, ataksia, müokloonus, epilepsia, migreen.

K mitokondrite poolt põhjustatud haiguste deletsioonid või kattumisi hulka Kearnsi-Sayre'i sündroom( müopaatia, väikeaju häired ja südamepuudulikkus), Pearson sündroom( pantsütopeenia, laktatsidoosiga ja pankrease puudulikkus), samuti krooniline progresseeruv väline oftalmopleegia väljenduv jäetisajandil. Häiritud

vastastikmõju tuuma- ja mitokondrite genoomid seletada mtDNA ammendumine sündroom ja sündroom division multiple mtDNA.Mõlemad need seisundid on päritud autosomaalsete valitsevate märkidega, mistõttu on tõenäoliselt tuuma geenide mutatsioonid.

mitokondriaalse hingamisahela poolt põhjustatud haiguste mutatsioone tuuma geenide võib rühmitada kahte rühma - ja mitokondrite müopaatiad mitokondrite entsefalomüopaatiateni. Need haigused on pärilikud nagu Mendeli tunnuste kuid puudumise tõttu ensüümide kuuluvad ühte kompleksides hingamisahela mitokondrite. Genoomse jäljendamine

on praegu kolm tuntud klass erandeid Mendeli reeglid identiteedi hübriidid 1. põlvkonna. Esimene erand on olnud pikka aega teada ja see on seotud X-seotud pärandiga.

teiseks ainult et tasu käsitleb tunnused määrati geenide mtDNA, mis on niinimetatud emade pärandist. Keskmes nende kahe klassi kõrvalekaldumise Mendeli on erinevusi geneetilise panuse vanemate genotüüpi järglastele. X-seotud pärandi järglaste saab ainult X kromosoomi emalt, kui isa või kromosoomist X või Y. Kui mitokondrite pärandist sügoot ühinemise tulemusel tekkinud sugurakkude ja saab mitokondrid sisalduvad nende mtDNA ainult läbi muna.

Hiljuti geneetika ja embrüoloogia kirjeldatud Kolmas erand - genoomse jäljendamine, kus mõlemad vanemad on edastatud järeltulijad absoluutselt identsed geenid, kuid need geenid on spetsiifilised jäljendi sex vanemad, isapoolne ja emade geenid on aktiveeritud või allasurutud( allasurutud, blokeeritud) ajal gametogeneesile erinevalt. Seega on mõnel juhul oluline, millisest vanemast pärineb geen.

Termin "jäljendamine»( jäljendi - «kaubamärk») esimene ettepanek 1960 Crows Columbia University, USA.

Genoomiline jäljendamisaken on eriline koht kuulub spetsiifiliste mehhanismide reguleerimise geeni aktiivsust algstaadiumis, põhjustades ekspressiooni erinevust homoloogiliste emade ja paternal alleele. Edasised geneetilised modifikatsioonid võivad viia asjaolule, et geeniekspressiooni muutused viiakse rakkude põlvkondade arengus stabiilselt üle. Genoomse jäljendamisaken näiteks võib muuta ravimi annust kontrollivate geenide embrüo kasvu, rakkude proliferatsiooni ja diferentseerumist.

näiteks trükkimiseks genoomiga inimene on tõeline molaarne raseduse mis tekib viljastatud munarakk, millel puudub emade kromosoomid, kahe sperme. Vaatamata kättesaadavus täiskomplekt diploidne alguses embrüogeneesis Sügootide võtab erakordselt: embrüo kudede ise ei moodusta. Kahekordne emade kromosoomide korral tekib teratoma-embrüonaalne kasvaja. Ainult ema või ainult isaga genoomid ei suuda tagada embrüo normaalset arengut.

temperatuuril organismilise tasemel jäljendamisaken efekti täheldati seoses juuresolekul kromosoomifragmentidest või tervetest kromosoomidest üksikud( isa- või emapoolsed) päritoluga - niinimetatud uniparental disoomia( OSA), nimelt on pigem kvalitatiivsed kui kvantitatiivsed kromosoomi tasakaalutust.

Viimastel aastatel on genoomse imprintide mõju intensiivselt uuritud seoses erinevate patoloogiatega inimestel. Näited haiguste, mis põhinevad häire funktsioon jäljend piirkondades genoomi, üsna palju, et me saaksime rääkida eriklass inimese haiguste - "piltidele haiguste", mida on rohkem kui 30.

kõige veenvam saadud andmete Prader-Willi sündroom( IPS) jaEnzhelmena sündroom( SE), mis on märkimisväärselt erinevad kliinilised nähud, põhimõtteliselt on sarnased molekulaarse tsütogeneetiline muutusi. Beckwith-Wiedemanni

( SBV) üsna hästi uuritud poolest jäljendamisaken ja sündroom, millel on järgmised peamised omadused: macrosomia, macroglossia, nabasong, suurenenud vastuvõtlikkus kasvajad.

Kromosoomide või üksikute geenide taseme genoomse imprintimise seost teise inimese päriliku patoloogiaga selgelt tuvastatakse ja seda laialdaselt uuritakse. Nii näiteks Huntingtoni korea ja spinnomozzhechkovoy ataksia haigus esineb varem ning tugevamalt kui geenid päranduvad isapoolne päritolu. Neurofibromatoosist tingib müotooniline düstroofia vastupidi, haigus on varem alguses ja raske ema pärilikku mutatsiooni geenide pärandist. Puudub kahtlus kasvaja kasvu etioloogias genoomse imprintingi mõju üle.

Viimastel aastatel on molekulaarsete geneetiliste meetodite abil genofonide imendumise nähtus täheldatud mitmefaktoriliste haiguste korral. Näiteks on selgelt väljendatud isa imprinting leiduv atoopiline dermatiit, ema - koos bronhiaalse astmaga ja atoopia lastel. Insuliinisõltumatu suhkrupeedi korral avastati isa imprinting suurema tõenäosusega.

GEENITEHNIKA

ülalkirjeldatud molekulaargeneetilisi, mida kasutatakse geenide identifitseerimiseks Mendeli päritud inimhaiguste, sellised meetodid on osa rahvusvahelisest "Human Genome."Allpool käsitleme geenitehnoloogia põhialuseid ja projekti "Inimenomeeri" sisu.

2001. aasta veebruaris üheaegselt kaks ajakirja "Nature" ja "Science", esitatakse tulemused mustand kõik, sõltumata inimese genoomi saadud üksteisega rahvusvaheline konsortsium "Genomcheloveka" projekti ja osaühingu "Celera", mille jaoks Geenivaramuisik on äriettevõte. Vaatamata projekti puudulikkusele on need väljaanded olulised saavutused kõigis bioloogilistes teadustes ja meditsiinis.

Rekombinantne DNA tehnoloogia

Tõepoolest, ajal väljakuulutamist "Inimese Genoomi Projekti" moodustati täiesti uus trend molekulaargeneetika, mis sai tuntuks kui "geenitehnoloogia" või "rekombinantse DNA tehnoloogia".Viimane võib jagada kaheks suureks piirkonnaks: DNA kloonimise tehnikad ja DNA analüüsimeetodid, eelkõige DNA molekulis nukleotiidjärjestuse määramine.

DNA kloonimine kloonimine DNA in vivo( in vivo) sisaldab 6 etapid:

1) saamise DNA fragmente sealhulgas geenide või nende osade restriktsiooniensüümiga;

2) fragmentide rekombinatsioon;

3) DNA fragmendi sisestamine vektorisse;

4) transformeerimine peremeesorganismi vektoriga;

5) rekombinantse vektori skriinimine;

6) huvitavate kloonide teadlaste valik.

Restriktsiooniensüümide

mõiste Iga inimese kromosoomi DNA on ainult üks pidev ahel. Kromosoomi mahuks on raske pakendada. On praktiliselt võimatu manipuleerida selle pikkusega DNA molekuliga. Seetõttu avastus 70-ndatel. XX sajand. Erilised bakteriaalsed ensüümid, mis eraldasid DNA eraldatud fragmentidena, olid väga olulised. Ensüüme nimetatakse restriktsiooniensüümideks või endonukleaasideks. Bakterites kaitsevad need ensüümid võõra DNA sisenemise rakku.

DNA fragmentide rekombinatsioon

Restrictases lõikab mõlemat DNA-kihti, mille tulemusena moodustuvad kas nürid või kleepuvad otsad.Ühe organismi DNA lõigatakse rangelt määratletud kohtades spetsiifilise restriktsiooniensüümiga, mistõttu selline DNA pärast piiramist( mida nimetatakse ka seedimiseks) annab alati sama fragmentide komplekti. Kui kasutate ühte tüüpi restriktsiooniensüümide lõikamine DNA erinevate organismide, komplekti plaadid on erinevad, kuid nukleotiidide järjestus valdkonnas on tükeldamata kõik sama ja seega täiendavad teineteist teket fragmendid on kleepuvad otsad. Neid nimetatakse kleepuvateks, sest nende komplementaarsuse tõttu saab neid kombineerida teiste fragmentidega, mis on moodustatud sama restriktsiooniensüümi või muu restriktsiooni endonukleaasi abil, millel on samad otsad. Kleepuvate komplementaarsete otstega fragmentide kombinatsiooni kiirendab ja stabiliseerib spetsiaalne ensüüm, mida nimetatakse ligaseks. Seega, kui üksainus restriktsiooniensüüm lõigatakse kahe erineva liigi ja segatud fragmendi DNAks, siis võib moodustada täiesti uus rekombinantse DNA molekul, mida looduslikes tingimustes ei esine.

Uurija jaoks huvipakkuva DNA fragmendi uurimiseks tuleb see mitmekordistada. Seda saab teha kahel erineval meetodil, viies selle peremeesrakku või korrutades seda in vitro( in vitro).

DNA fragmentide sisestamine peremeesrakku kasutades

vektoreid DNA fragmendi teisaldamiseks peremeesrakku kasutatakse sageli spetsiaalseid konstrukte, mida nimetatakse vektoriteks. Kõige sagedamini kasutatavad vektorid on bakteriaalsed ained, bakteriofaagid, bakteriaalsed ja pärmi tehislikud kromosoomid. Hiljuti tehti ettepanek kasutada inimese kunstkromosoome vektorina. Luues

genoomide

piiramist genoomse DNA fragmente ja kloonimiseks fragmendid kasutades erinevaid vektoreid olid aluseks moodustumist genoomide. Selleks genoomse DNA lõigatakse või, ütleme, eriti restriktsiooniensüümidega ja saadud fragmendid klooniti läbi erinevate vektorite mida kasutatakse rekombinantse DNA meetodil. Genoomika raamatukogu peaks sisaldama mitte ainult geene, vaid ka kogu geenide vahel paiknevat mittekodeerivat DNA-d. Kuna restriktsiooniensüümi seedimine ei ole täielik, moodustuvad osaliselt kattuvate nukleotiidjärjestustega DNA fragmendid. See hõlbustab natiivse DNA( DNA elusorganismis DNA) fragmentide asukohastruktuuri hilisemat taastamist. Lisaks genoomilistele raamatukogudele on olemas ka cDNA-teegi kogud.

kloonimine DNA järjestusi, kasutades polümeraasi ahelreaktsiooni( PCR)

Lisaks kirjeldatud meetod kloonimisel DNA järjestuste in vivo, on olemas ka meetod in vitro kloonimine, nimetatakse polümeraasi ahelreaktsiooni( PCR).

PCR-i läbiviimise eelduseks on kloonitud järjestuse määramise nukleotiidide jada tundmine. PCR-i läbiviimiseks on vaja sünteesida paar nn praimereid, mis on nukleotiidide lühikesed järjestused, mis replitseerivad DNA fragmendi järjestusi.

Pärast uuritud DNA fragmendi eraldamist uuritud DNA fragmendi kaheks ahelale lisatakse reaktsioonisegule ained, mis on täiendavalt seotud nende kiudude vastavate osadega. Siis järgneb värskelt moodustunud DNA ahela eraldamine temperatuuri abil. DNA fragmendi äsja moodustunud osadele täiendatakse DNA polümeraasi ensüümiga uuesti komplementaarsed ahelad.

Näiteks võib korrata lõputult või kuni kestab vabad nukleotiidid reaktsioonisegus, kuid tavaliselt 20-30 tsüklit vastuvõtmiseks piisavalt piisava koguse uuritud DNA fragmente selle hilisema manipuleerimine see fragment.