Ei-valtiolliset perintötyypit

Melko suuri määrä perinnöllisiä sairauksia, jotka johtuvat DNA-muutoksista, tunnetaan, mutta niillä ei ole Mendelilaista perinnöllisyyttä.Seuraavassa tarkastellaan : n mitokondrioiden perinnöllisyyttä : ssä ja mitokondriotauteissa sekä jäljennöksenä.

Mitokondrioiden perinnöllisyys ja mitokondriaaliset sairaudet

Mitokondrioita ovat solun organeleja. Mitokondrialla on kaksi erittäin erikoistunutta kalvoa - ulompi ja sisäinen, rengas-DNA-molekyyli sekä omat transkription ja translaation järjestelmät. Jokainen solu sisältää useita satoja mitokondrioita. He tekevät useita tärkeitä biokemiallisia reaktioketjuja, joista solun energian metabolian reaktiot ovat erityisen tärkeitä.

Kuten jo todettiin, mitokondrioilla on oma DNA, kullakin mitokondrialla on 10 tai useampia DNA-molekyylejä.Mitokondrioiden DNA: n genomi( mgDNA) on täysin purettu.

Mitokondrioiden ja ydingenomeiden välisen vuorovaikutuksen häiriöt aiheuttavat erilaisia ​​mitokondrioita.

Koska mtDNA on solujen sytoplasmassa, se periytyy vain äidin linjalta. Munan sytoplasmassa on tuhansia mitokondrioita ja siten myös kymmeniä tuhansia mtDNA-molekyylejä.Samaan aikaan siittiöissä on vain muutama mtDNA-molekyyli, jotka eivät kuulu hedelmöityneeseen munaan. Siksi miehet periä mtDNAa äideiltäan, mutta eivät siirrä niitä jälkeläiselleen. Tällaista perintöä kutsutaan äidin perinnöksi tai äidin perinnöksi.

Normaalisti kaikki mtDNA: n kopiot ovat identtisiä, ja tätä tilaa kutsutaan homoplasmiksi. Joskus mutaatioita esiintyy mtDNA: ssa. Koska mitokondriaalisen DNA-polymeraasin ja korjausjärjestelmän järjestelmät eivät ole kovin täydellisiä, mtDNA: n mutaatiot näkyvät 10 kertaa useammin kuin ydin-DNA: ssa. Mutaatin ulkonäkö yhdessä mtDNA-molekyyleissä voi johtaa kahden mtDNA-populaation syntymiseen solussa, jota kutsutaan heteroplasiksi. Solujakoa seurauksena mutanttinen mtDNA siirtyy muihin soluihin, joissa se jatkaa lisääntymistä.

Kehon eri kudosten energiantarve on erilainen. Eniten energiaa kuluttava on hermosto. Siksi tämä järjestelmä vaikuttaa ensisijaisesti mitokondrioiden sairauksiin.

Mitokondrioiden sairauksien luokittelu perustuu kahteen periaatteeseen:

1) mutanttiproteiinin osallistuminen oksidatiivisen fosforylaation reaktioihin;

2) onko mutantti mtDNA tai ydin-DNA koodattu.

Mitokondriaalisten sairauksien I luokka sisältää Leberin optisten hermojen levyjen atrofiaa. Tauti ilmenee akuutin tai subakuutin keskushermoston heikkenemisen vuoksi optisten hermojen surkastumisen vuoksi. Tauti voi alkaa sekä lapsena että vanhuudessa. Joillakin potilailla on näköhermojen atrofia yhdistetty enkefalomyopatian oireisiin. Leberin näköhermon surkastuminen johtuu mutaatioista mtdna koodaavien geenien alayksiköiden kompleksin I

Tämä luokka tarkoittaa Leigh tauti( subakuutti nekrotisoiva encephalomyelopathy).Leian oireyhtymä ilmenee vain, kun mutantti mtDNA on vähintään 90% koko mtDNA: sta. Jos mutanttisen DNA: n prosenttiosuus on pienempi, esiintyy neuropatian, ataksian ja retinitis pigmentosan oireyhtymä.

oireyhtymä neuropatia, ataksia ja pigmentaarisen verkkokalvon dystrofia( NARP) voi ilmentyä imeväisiässä ja myöhemmin, kunnes 2. elinvuosikymmenen. Syndrooman nimessä mukana olevan patologian lisäksi potilailla voi olla dementia, kouristuskohtauksia, motorisensorinen neuropatia ja kuulon heikkeneminen.

oireyhtymä myoklonus epilepsia ja rosoinen punainen lihassyiden( MERRF), joka ilmenee epilepsia, dementia, ataksia, ja myopatia tapahtuu, jos kyseessä on mutaatio geenissä tRNA.Oireyhtymä voi ilmetä lapsuudessa ja aikuisuudessa. Näiden lisäksi oireita MERRF oireyhtymää sairastavilla havaitaan joskus sensoneuroninen huonokuuloisuus, dementia, näköhermon surkastuminen, Littlen tauti. Yleensä tämä oireyhtymä paljastaa selkeää heteroplasmaa, joten oireyhtymän ilmaisu vaihtelee dramaattisesti.

Toinen oireyhtymä aiheuttama kohta korvausgeeni tRNA - oireyhtymä, ja mitokondriaalisen encephalomyopathies aivohalvaus-jaksot( MELAS).Hänellä on myös heteroplasmi, ja sen seurauksena oireyhtymän ilmeisyys vaihtelee melko paljon. Suuret kliiniset oireet sisältävät encephalomyopathies, aivohalvaus-tilassa, yleensä ohimenevää, restaurointi toimintoja, kouristukset, ataksia, myoklonus, epilepsia, migreeni päänsärkyä.

K mitokondrioiden aiheuttamien sairauksien tai duplikaatiot ovat Kearns-Sayre oireyhtymä( myopatia, aivosairaudet, ja sydämen vajaatoiminta), Pearsonin oireyhtymä( pansytopenia, maitohappoasidoosi, ja haiman vajaatoiminta), sekä krooninen etenevä silmälihasheikkoutta, ilmenee laiminlyöntiluvulla. Heikentynyt

vuorovaikutusta ydin- ja mitokondrio- genomeista selittää mtdna ehtyminen oireyhtymä ja oireyhtymä division multiple mtdna. Molemmat näistä olosuhteista perivät autosomaaliset hallitsevat merkit, joten ydingeenien mutaatiot ovat luultavasti syy.

mitokondrion hengitysketjun aiheuttamien tautien mutaatioita ydin- geenit voidaan ryhmitellä kahteen ryhmään - ja mitokondriomyopatioiden, mitokondrioiden encephalomyopathies. Nämä sairaudet periytyvät Mendelin piirteitä, mutta puutteen vuoksi entsyymien kuuluvan yhteen kokonaisuuteen Hengitysketjun mitokondrioita. Leimautuminen

hetkellä kolme tunnettuun luokkaan poikkeuksia Mendelin sääntöjen identiteetin hybridejä 1. sukupolvi. Ensimmäinen poikkeus on ollut tiedossa jo pitkään, ja se liittyy X-linkitettyyn perintöön.

toinen, vain että vastike koskee ominaisuuksia määritetään geenit mitokondrion, joka on ns äidin perintönä.Ytimessä nämä kaksi luokkaa poiketaan Mendelin perintö eroja geneettinen osuus vanhempien genotyyppi jälkeläisten. X-linked perintö jälkeläisten saa vain X-kromosomi äidiltä, ​​kun isä tai kromosomista X tai Y. Kun mitokondrioiden perintönä tsygootti muodostettiin yhdistämällä sukusolujen ja saa mitokondrioita sisältyvät niiden mtDNA vain muna.

Äskettäin genetiikan ja embryologiasta kuvattu kolmas poikkeus - leimautuminen, joissa molemmat vanhemmat välitetään jälkeläisille täysin identtiset geenit, mutta nämä geenit ovat erityisiä jälki sukupuolta olevien vanhempien, isän ja äidin geenit aktivoituvat tai tukahdutetaan( tukahdutetaan, estetty) aikana gametogeneesiin eri tavoin. Näin ollen joissakin tapauksissa on tärkeää, mistä vanhemmista geenit ovat perineet.

Amerikan Crouse of Columbia University ehdotti ensimmäisen kerran termiä imprinting( imprint).

leimautuminen on erityinen paikka joukossa erityisiä menetelmiä sääntelyn geenin toiminnan varhaisessa kehitysvaiheessa, jolloin erot ilmentymisen homologisen äidin ja isän alleelit. Seuraavat geneettiset muunnokset voivat johtaa siihen, että geenien ilmentymisen muutokset siirretään stabiilisti solusuuntajien kehittymisen aikana. Genominen painaminen voi esimerkiksi muuttaa geenien annosta, joka hallitsee alkion kasvua, solujen lisääntymistä ja erilaistumista.

esimerkiksi painamista genomista henkilö on todellinen molaarinen raskaus, joka tapahtuu, kun hedelmöitetty munasolu, vailla äidin kromosomien, kaksi siittiöitä.Saatavuudesta huolimatta täyttä diploidi, varhainen embryogeneesi Tsygoottien kestää poikkeuksellisen: alkiosolukon itsessään ei muodosta. Kun kyseessä on kaksoisryhmä äidin kromosomeja, teratoma-alkion kasvain kehittyy. Ainoastaan ​​äidin tai vain aviomiesgenomit eivät pysty varmistamaan alkion normaalia kehitystä.

on organismic tasolla merkintä vaikutus havaittiin yhteydessä läsnäollessa kromosomaalisten fragmenttien tai kokonaisista kromosomeista yhden( isän tai äidin) alkuperä - ns uniparentaalinen disomian( OSA), eli on olemassa laadullisia kuin määrällisiä kromosomi epätasapaino.

Viime vuosina genomisen painamisen vaikutusta on tutkittu intensiivisesti erilaisten ihmisen patologioiden yhteydessä.Esimerkkejä sairauksista, jotka perustuvat häiriö toimintaan painettu genomin alueita, melko paljon, joten voidaan puhua erikoisluokan ihmisten sairauksien - "efekti taudit", joita on yli 30

vakuuttavin saadut Prader-Willin oireyhtymä( IPS) jaEngelmanin oireyhtymä( SE), jolla on olennaisesti erilaiset kliiniset oireet, on periaatteessa samankaltaiset molekyylisytogeneettiset muutokset. Beckwith-Wiedemann

( SBV) melko hyvin tutkittu kannalta painamista ja oireyhtymä, jolla on seuraavat pääpiirteet: macrosomia, makroglossia, napatyrän, lisääntynyt alttius kasvaimia.

Myös geneettisen painamisen yhteenliittyminen toisen ihmisen perinnöllisen patologian kanssa kromosomien tai yksittäisten geenien tasolla on selvästi jäljitettävissä ja sitä tutkitaan laajalti. Niinpä esimerkiksi, Huntingtonin taudin ja spinnomozzhechkovoy ataksia puhkeaa aiemmin ja on vakavampi, jos geenit periytyvät isän alkuperää.Neurofibromatoosi, lihasdystrofia, päinvastoin, tauti on aikaisemmin puhkeamista ja vakavuutta perintömaahan mutantti geenien äiti. Ei ole epäilystä siitä, miten genomisen painamisen vaikutus tuumorin kasvun etiologiassa on.

Molekyylisten geneettisten menetelmien avulla genomisen painamisen ilmiötä on havaittu viime vuosina monikasvaarisissa sairauksissa. Esimerkiksi selkeästi ilmaistu isänmaalinen painatus löytyy atopiasta dermatiitista, äidistä - keuhkoastmasta ja atopiasta lapsilla. Insuliiniriippuvaisesta diabetes mellituksesta todettiin suurempaa todennäköisyyttä isyyden jäljennöksille.

Genetic engineering

edellä kuvatut menetelmät molekyyligenetiikan, joita käytetään geenien identifioimiseksi Mendelin ihmisen periytyvien sairauksien, tällaiset menetelmät ovat osa kansainvälisen "Human Genome".Seuraavassa tarkastellaan geenitekniikan tärkeimpiä säännöksiä ja "Human Genome" -projektin ydin.

helmikuussa 2001, samanaikaisesti kahta lehteä, "Nature" ja "tiede", esitteli tuloksia raakavedosta kaikkia riippumatta ihmisen genomin saadut toisistaan ​​kansainvälinen konsortio "Genomcheloveka" projekti ja yksityinen yritys "Celera", josta genomiprojektissahenkilö on kaupallinen yritys. Nämä julkaisut ovat hankkeen epätäydellisyydestä huolimatta merkittävä saavutus kaikista biologisista tieteistä ja lääkkeistä.

Rekombinantti-DNA-teknologia

Todellakin, aikaan ilmoitus "Human Genome Project" muodostettiin kokonaan uusi suuntaus molekyyligenetiikan, joka tuli tunnetuksi "geenitekniikan" tai "yhdistelmä-DNA-teknologiaa".Jälkimmäiset voidaan jakaa kahteen suureen alueeseen: DNA-kloonaustekniikat ja DNA-analyysimenetelmät, ensisijaisesti DNA-molekyylin nukleotidisekvenssin määrittäminen.

DNA Cloning DNA: n kloonaus in vivo( in vivo) sisältää 6 vaihetta:

1) hankitaan DNA-fragmentit, mukaan lukien geenien tai niiden osien restriktioentsyymillä;

2) fragmenttien rekombinaatio;

3) DNA-fragmentin lisääminen vektoriin;

4) transformointi isäntäorganismin vektorilla;

5) seulonta rekombinantti-vektorille;

6) mielenkiintoisten kloonitutkijoiden valinta.

Rajoitusentsyymien käsite

Jokaisella ihmisen kromosomilla on vain yksi DNA: n jatkuva juoste. On vaikea pakata, jotta se sopii kromosomiin. On käytännöllisesti katsoen mahdotonta manipuloida DNA-molekyylillä, jolla on tämä pituus. Siksi löytö 70-luvulla. XX vuosisataa.erityiset bakteerien entsyymit, jotka katkaisivat DNA: n erillisiin fragmentteihin, olivat erittäin tärkeitä.Entsyymejä on kutsuttu restriktioentsyymeiksi tai endonukleaaseiksi. Bakteereissa nämä entsyymit suojaavat vieraiden DNA-solujen sisäänpääsyä vastaan.

rekombinaatio DNA-fragmenttien Restriktioentsyymit leikattiin molemmat DNA-juosteet, jotka muodostavat seurauksena joko tylppiä tai tahmeat päät. DNA yhdestä organismista leikataan restriktioentsyymillä erityisesti tiettyihin paikkoihin, niin tämä DNA jälkeen rajoitus( kutsutaan myös digestio) antaa aina samoja fragmentteja. Jos käytössä on yhden tyyppinen restriktioentsyymiä leikkaus DNA eri organismeista, joukko laatat on erilainen, mutta nukleotidisekvenssi alalla on leikattu kappaleiksi kaikki samat, ja näin ollen, täydentävät toisiaan fragmenttien muodostumiseen on tahmeat päät. Viimeinen kutsutaan tahmea komplementaarisuuden ansiosta ne voidaan liittää muihin fragmentit on muodostettu samalla restriktioentsyymillä tai toisella restriktioentsyymillä, joka muodostaa samaan tarkoitukseen. Liimalla olevien tahrojen komplementaaristen päiden yhdistelmää kiihdytetään ja stabiloidaan erityisellä ligaasilla kutsutulla entsyymillä.Näin ollen, jos restriktioentsyymillä leikata DNA: n kahden erilaisen ja sekoita fragmentit, se voi muodostaa täysin uusi, ei olemassa olevia luonnon yhdistelmä-DNA-molekyylin.

Tutkijan kiinnostavan DNA-fragmentin tutkimiseksi se on kerrottava. Tämä voidaan tehdä kahdella eri menetelmällä, siirtämällä se isäntäsoluun tai kertomalla se in vitro( in vitro).

DNA: n fragmenttien isäntäsoluun kautta

vektoreita liikkua DNA-fragmentti isäntäsolussa tyypillisesti käyttää erityisiä malleja, joita kutsutaan vektoreita. Yleisimmin käytettyjä vektoreita ovat bakteeri- aineet, bakteerifagi, bakteeri- ja hiiva-keinotekoiset kromosomit.Äskettäin on ehdotettu käytettäväksi ihmisen keinotekoisia kromosomeja vektoreina. Luodaan

genomisia kirjastoja

rajoittaminen genomisen DNA: n fragmentteja ja fragmenttien kloonauksen käyttämällä erilaisia ​​vektoreita on muodostettu perusteella muodostumista genomikirjastoista. Tätä tarkoitusta varten genominen DNA on leikattu tai vaikkapa tietyn restriktioentsyymillä pilkottu ja saadut fragmentit kloonata eri vektoreita, joita käytetään rekombinantti-DNA-tekniikoita. Genomikirjaston ei tulisi sisältää vain geenejä vaan myös kaikkia ei-koodaavaa DNA: ta, jotka sijaitsevat geenien välillä.Koska ruoansulatus restriktioentsyymillä on epätäydellinen, niin että muodostetaan DNA-fragmentteja, joissa osittain päällekkäiset nukleotidisekvenssit muodostuvat. Tämä helpottaa jäljelle jääneiden fragmenttien sijaintirakenteen palauttamista alkuperäiseen DNA: han( DNA elävään kehoon).Genomisten kirjastojen lisäksi on cDNA-kirjastoja.

kloonaus DNA-sekvenssien käyttäen polymeraasiketjureaktiota( PCR)

Lisäksi kuvataan menetelmä DNA-sekvenssien kloonaamiseen in vivo, on myös menetelmä in vitro kloonausta, jota kutsutaan polymeraasiketjureaktio( PCR).

PCR: n johtamiseen vaaditaan nukleotidien sekvenssi, joka määrittää kloonatun sekvenssin. PCR on ensin tiivistetään parin ns alukkeita, jotka ovat lyhyitä nukleotidisekvenssin komplementaarinen DNA-fragmentin lisätyistä.

Tutkittuun DNA-fragmenttiin kahteen osaan erottamisen jälkeen reaktioseokseen lisätään aineita, jotka täydentävät toisiinsa näiden säikeiden vastaavia osuuksia. Sitten seuraa vastikään muodostuneiden DNA-ketjujen erottaminen lämpötilakäsittelyllä.DNA-fragmentin äskettäin muodostettuihin säikeisiin täydentävät säikeet jälleen saadaan valmiiksi käyttämällä DNA-polymeraasientsyymiä.

esimerkiksi voidaan toistaa loputtomasti tai loppumiseen saakka vapaan nukleotidin reaktioseoksessa, mutta yleensä 20-30 sykliä tarpeeksi saada riittävä määrä tutkittiin DNA-fragmenttien myöhemmän manipuloinnin tämän fragmentin.