Types d'héritage non étatiques
On connaît un assez grand nombre de maladies héréditaires dues à des modifications de l'ADN, mais elles n'ont pas le caractère héréditaire mendélien. Ci-dessous, il sera discuté héritage maladie mitochondriale et mitochondrial , ainsi que l'empreinte.
Hérédité mitochondriale et maladies mitochondriales
Les mitochondries sont des organites cellulaires. Les mitochondries ont deux membranes hautement spécialisées - l'externe et l'interne, la molécule d'ADN de l'anneau, ainsi que leurs propres systèmes de transcription et de traduction. Chaque cellule contient plusieurs centaines de mitochondries. Ils réalisent un certain nombre de chaînes de réactions biochimiques importantes, dont les réactions du métabolisme énergétique de la cellule sont d'une importance particulière.
Comme déjà noté, les mitochondries ont leur propre ADN, chaque mitochondrie contient 10 molécules d'ADN ou plus. Le génome de l'ADN mitochondrial( mgDNA) est complètement déchiffré.
Perturbation de l'interaction entre les génomes mitochondriaux et nucléaires provoque une variété de pathologies mitochondriales.
Puisque l'ADNmt est contenu dans le cytoplasme des cellules, il n'est hérité que sur la lignée maternelle. Dans le cytoplasme d'un œuf, il existe des milliers de mitochondries et, par conséquent, des dizaines de milliers de molécules d'ADNmt. En même temps dans le spermatozoïde Il n'y a que quelques molécules d'ADNmt qui ne tombent pas dans l'œuf fécondé.Par conséquent, les hommes héritent de l'ADNmt de leurs mères, mais ne le transmettent pas à leurs descendants. Ce type d'héritage est appelé héritage maternel ou héritage maternel.
Normalement, toutes les copies d'ADNmt sont identiques, et cette condition est appelée homoplasmie. Parfois, des mutations se produisent dans l'ADNmt. En raison du travail pas très parfait de l'ADN polymérase mitochondriale et des systèmes de réparation, les mutations dans l'ADNmt apparaissent 10 fois plus souvent que dans l'ADN nucléaire. L'émergence de mutations dans l'une des molécules ADNmt peut conduire à l'émergence de deux populations de ADNmt dans une cellule est appelée geteroplaziey.À la suite de la division cellulaire, l'ADNmt mutant entre dans d'autres cellules, où il continue à se multiplier.
Les besoins énergétiques des différents tissus du corps sont différents. Le plus d'énergie est le système nerveux. C'est pourquoi ce système est principalement affecté par les maladies mitochondriales.classification
de la maladie mitochondriale est basée sur deux principes: 1)
protéine mutante impliquée dans la phosphorylation oxydative de l'énergie;
2) si l'ADNmt mutant ou l'ADN nucléaire est codé.
Classe I des maladies mitochondriales comprend l'atrophie des disques de Leber des nerfs optiques. La maladie se manifeste par une perte aiguë ou subaiguë de la vision centrale due à l'atrophie des nerfs optiques. La maladie peut commencer à la fois dans l'enfance et dans la vieillesse. Chez certains patients, l'atrophie des nerfs optiques est associée aux symptômes de l'encéphalomyopathie.atrophie optique de Leber causée par des mutations dans les gènes codant pour les sous-unités de
complexe I. ADNmt Cette classe fait référence maladie Leigh( de encéphalomyélopathie nécrosante subaiguë).Le syndrome de Leia ne survient que lorsque l'ADNmt mutant représente au moins 90% de l'ADNmt total. Si le pourcentage d'ADN mutant est plus faible, un syndrome de neuropathie, d'ataxie et de rétinite pigmentaire apparaît.neuropathie syndrome
, ataxie et la dystrophie rétinienne pigmentaire( PNRA) peuvent se manifester dans la petite enfance et plus tard, jusqu'à la 2ème décennie de la vie. En plus de la pathologie, qui descendait au nom du syndrome, les patients peuvent être la démence, des convulsions, neuropathie motosensornaya, la perte auditive.
Syndrome myoclonie et l'épilepsie fibres musculaires rouges déchiquetées( MERRF), qui se manifeste l'épilepsie, la démence, l'ataxie et la myopathie se produit dans le cas d'une mutation dans le gène codant pour l'ARNt. Le syndrome peut se manifester dans l'enfance et l'âge adulte. En plus de ces symptômes lorsque les patients atteints du syndrome MERRF observe parfois une perte auditive neurosensorielle, la démence, l'atrophie du nerf optique, diplégie spastique. Habituellement, ce syndrome révèle une hétéroplasmie prononcée, de sorte que l'expressivité du syndrome varie considérablement.
Un autre syndrome causé par ARNt gène de remplacement du point - un syndrome et aux accidents vasculaires cérébraux épisodes de encéphalomyopathies mitochondriales( MELAS).Il a également une hétéroplasmie et, par conséquent, l'expressivité du syndrome varie beaucoup.principales manifestations cliniques comprennent encéphalomyopathies, l'état de la course, généralement transitoires, avec des fonctions de restauration, des convulsions, ataxie, myoclonies, l'épilepsie, les migraines.
K maladies mitochondriales provoquées par des deletions ou duplications comprennent Syndrome de Kearns-Sayre( myopathie, des troubles cérébelleux et l'insuffisance cardiaque), le syndrome de Pearson( pancytopénie, l'acidose lactique, et l'insuffisance pancréatique), ainsi que l'ophtalmoplégie externe progressive chronique, qui se manifeste omissionsiècleAltération de l'interaction
entre les génomes nucléaires et mitochondriaux expliquer le syndrome d'épuisement de l'ADNmt et la division syndrome multiple ADNmt. Ces deux conditions sont héritées en tant que signes autosomiques dominants, donc les mutations des gènes nucléaires sont probablement la cause.les maladies de chaîne respiratoire mitochondriale
causées par des mutations dans des gènes nucléaires peuvent être regroupés en deux groupes - et myopathies mitochondriales, encéphalomyopathies mitochondriales. Ces maladies sont hérités comme caractères mendéliens mais en raison du manque d'enzymes appartenant à l'un des complexes de la chaîne respiratoire des mitochondries. Empreinte Génomique
sont actuellement trois classes d'exceptions connues identité des règles mendélienne hybrides de 1ère génération. La première exception est connue depuis longtemps, et elle est associée à l'héritage lié à l'X.
La seconde, dont nous venons de parler, concerne les caractéristiques identifiées par les gènes mtDNA qui ont un héritage dit maternel. Au cœur de ces deux classes d'écart par rapport à l'hérédité mendélienne des différences dans la contribution génétique des parents dans le génotype de la progéniture. Dans l'héritage lié à l'X de la progéniture ne peut obtenir le chromosome X de la mère, alors que le père ou du chromosome X ou Y. Lorsque le zygote d'héritage mitochondrial formé par la fusion des cellules reproductrices, et obtient une mitochondries contenue dans leur ADNmt que par l'œuf.
Récemment, la génétique et l'embryologie décrit troisième exception - l'empreinte génomique, où les deux parents sont transmis aux descendants des gènes absolument identiques, mais ces gènes sont des parents de sexe d'impression spécifiques, les gènes paternels et maternels sont activés ou supprimés( supprimé, bloqué) pendant la gamétogenèse de différentes façons. Ainsi, dans certains cas, il est important de savoir de quel parent le gène est hérité.
Le terme impression( empreinte) a été proposé pour la première fois en 1960 par Crouse of Columbia University aux États-Unis.
Génomique a une place impression particulière parmi les mécanismes spécifiques de régulation de l'activité des gènes dans les premiers stades de développement, ce qui entraîne des différences dans l'expression des homologues allèles maternels et paternels. Des modifications génétiques ultérieures peuvent conduire au fait que les changements dans l'expression des gènes seront transférés de manière stable pendant le développement des générations cellulaires. L'empreinte génomique, par exemple, peut modifier la dose de gènes qui contrôlent la croissance embryonnaire, la prolifération cellulaire et la différenciation.exemple
d'un génome empreinte d'une personne est une vraie grossesse molaire, qui se produit lorsqu'un ovule fécondé, dépourvu de chromosomes maternels, deux spermatozoïdes. En dépit de la disponibilité d'un ensemble complet de diploïde, embryogenèse précoce de zygotes prend anormalement: les tissus de l'embryon lui-même ne forme pas. Dans le cas d'un double ensemble de chromosomes maternels, une tumeur tératome-embryon se développe. Seuls les génomes maternels ou paternels seuls ne sont pas capables d'assurer le développement normal de l'embryon.
à l'effet niveau organismic d'impression observé en relation avec la présence de l'origine des fragments chromosomiques ou des chromosomes entiers simples( paternels ou maternels) - que l'on appelle une disomie uniparentale( OSA), à savoir il y a une qualitative plutôt que d'un déséquilibre chromosomique quantitative.
Au cours des dernières années, l'effet de l'empreinte génomique a été intensivement étudié en relation avec diverses pathologies chez l'homme. Des exemples de maladies qui sont basées sur la fonction de désordre des régions empreints du génome, beaucoup, afin que nous puissions parler d'une classe spéciale des maladies humaines - « maladies imprinting », dont il existe plus de 30 données
les plus convaincants obtenus avec le syndrome de Prader-Willi( IPS) etle syndrome d'Engelman( SE), qui, ayant des manifestations cliniques significativement différentes, a fondamentalement des changements moléculaires-cytogénétiques similaires. Beckwith-Wiedemann
( SBV) assez bien étudié en termes de syndrome ayant impression et les principales caractéristiques suivantes: macrosomie, macroglossie, hernie ombilicale, une sensibilité accrue aux tumeurs.
L'association de l'empreinte génomique avec une autre pathologie héréditaire humaine au niveau des chromosomes ou des gènes individuels est également clairement tracée et est actuellement largement étudiée. Ainsi, par exemple, avec la chorée de Huntington et l'ataxie du cartilage spinal, la maladie survient plus tôt et progresse plus sévèrement si les gènes hérités sont d'origine paternelle. Neurofibromatose, la dystrophie myotonique, à l'inverse, la maladie a un début plus précoce et de la gravité de l'hérédité des gènes mutants à la mère. Il n'y a aucun doute sur l'implication de l'empreinte génomique dans l'étiologie de la croissance tumorale.
Ces dernières années, à l'aide de méthodes de génétique moléculaire, le phénomène de l'empreinte génomique a été observé dans les maladies multifactorielles. Par exemple, l'empreinte paternelle clairement exprimée est trouvée dans la dermatite atopique, maternelle - avec l'asthme bronchique et l'atopie chez les enfants. Avec le diabète sucré insulino-dépendant, une plus forte probabilité d'empreinte paternelle a été trouvée.
GÉNIE GÉNÉTIQUE
ci-dessus décrit des procédés de génétique moléculaire, qui sont utilisés pour identifier les gènes mendéliens hérité de maladies humaines, de tels procédés font partie de la « Human Genome. » InternationalCi-dessous, nous allons examiner les principales dispositions de génie génétique et l'essence du projet "Génome humain".
En Février 2001, simultanément dans deux revues, « Nature » et « Science », a présenté les résultats de l'ébauche de tous, quel que soit le génome humain a reçu de l'autre par un projet consortium international « Genomcheloveka » et la société privée « Celera », pour quel projet de génomepersonne est une entreprise commerciale. Ces publications, malgré l'incomplétude du projet, sont une réalisation significative de toute la science et de la médecine biologiques.
technologie de l'ADN recombinant
En effet, au moment de l'annonce du « projet du génome humain » a été créé une nouvelle tendance de la génétique moléculaire, qui est devenu connu sous le nom « génie génétique » ou « technologie de l'ADN recombinant ».Ce dernier peut être divisé en deux grandes zones: les techniques de clonage d'ADN et les méthodes d'analyse d'ADN, principalement la détermination de la séquence nucléotidique dans la molécule d'ADN.
ADN Clonage Le clonage de l'ADN in vivo( in vivo) comprend 6 étapes:
1) obtenir des fragments d'ADN comprenant les gènes ou parties de ceux-ci avec une enzyme de restriction;
2) recombinaison de fragments;
3) Insérer un fragment d'ADN dans un vecteur;
4) transformation avec le vecteur de l'organisme hôte;
5) criblage du vecteur recombinant;
6) sélection de chercheurs clones intéressants.
Le concept des enzymes de restriction
Dans chaque chromosome humain, il n'y a qu'un seul brin continu d'ADN.Il est difficile d'emballer pour s'adapter au chromosome. Il est pratiquement impossible de manipuler avec une molécule d'ADN de cette longueur. Par conséquent, la découverte dans les années 70.XX siècleenzymes bactériennes spéciales qui coupent l'ADN en fragments séparés, était très pertinente. Les enzymes ont été appelées enzymes de restriction ou endonucléases. Chez les bactéries, ces enzymes servent à protéger contre l'entrée dans la cellule d'ADN étranger.
Recombinaison de fragments d'ADN
Les restrictictases coupent les deux brins d'ADN qui, par conséquent, forment des extrémités émoussées ou collantes. L'ADN d'un organisme est coupé par une enzyme de restriction spécifique dans des endroits strictement définis, par conséquent un tel ADN après restriction( qui est également appelé digestion) donnera toujours le même ensemble de fragments. Si vous utilisez un type de coupe d'enzyme de restriction de l'ADN provenant de différents organismes, l'ensemble des tuiles sera différent, mais la séquence de nucléotides dans le champ sera coupé en morceaux tous les mêmes et, par conséquent, complémentaires les uns aux autres dans la formation de fragments ont des extrémités collantes. Ces derniers sont appelés collants, car en raison de leur complémentarité, ils peuvent être combinés avec d'autres fragments formés par la même enzyme de restriction ou une autre endonucléase de restriction, qui forme les mêmes extrémités. La combinaison de fragments avec des extrémités complémentaires collantes est accélérée et stabilisée par une enzyme spéciale appelée ligase. Ainsi, si une seule enzyme de restriction est coupée dans l'ADN de deux espèces différentes et de fragments mélangés, alors une molécule d'ADN recombinant complètement nouvelle, qui n'existe pas dans des conditions naturelles, peut se former.
Afin d'explorer un fragment d'ADN intéressant un chercheur, il faut le multiplier. Cela peut être fait par deux méthodes différentes, en le déplaçant dans la cellule hôte ou en le multipliant in vitro( in vitro).
introduction de fragments d'ADN dans une cellule hôte via des vecteurs
pour déplacer fragment d'ADN dans une cellule hôte utilisent généralement des modèles spéciaux, qui sont appelés vecteurs. Les vecteurs les plus fréquemment utilisés sont les substances bactériennes, les bactériophages, les chromosomes artificiels bactériens et de levure. Récemment, il a été proposé d'utiliser des chromosomes artificiels humains comme vecteurs. Création de banques génomiques de
de restriction des fragments d'ADN génomique et clonage des fragments en utilisant différents vecteurs a constitué la base de la formation de banques génomiques. A cet effet, l'ADN génomique est coupé ou, par exemple, une enzyme de restriction particulière digéré et les fragments résultants clone par divers vecteurs qui sont utilisés pour des techniques d'ADN recombinant. La bibliothèque génomique devrait contenir non seulement des gènes, mais aussi tout l'ADN non codant situé entre les gènes. Etant donné que la digestion avec des enzymes de restriction produire incomplète, de sorte que les fragments d'ADN sont formées avec des séquences se chevauchant partiellement de nucléotides. Cela facilite la restauration ultérieure du motif de l'emplacement des fragments dans l'ADN natif( ADN dans le corps vivant).En plus des banques génomiques, il existe des bibliothèques d'ADNc.
clonage de séquences d'ADN en utilisant la réaction en chaîne par polymérase( PCR)
En outre, le procédé décrit le clonage de séquences d'ADN in vivo, il y a également un procédé de clonage in vitro, appelé réaction en chaîne par polymerase( PCR).condition
pour la PCR est la connaissance de la séquence nucléotidique définissant la séquence clonée. Pour la PCR doit d'abord synthétiser une paire d'amorces dites, qui sont de courte séquence nucléotidique complémentaire de fragment d'ADN propagé.
Après séparation des deux brins de fragments d'ADN étudiés dans le mélange réactionnel a été ajouté substances qui se lient de manière complémentaire à des parties pertinentes de ces brins. Puis suit la séparation des chaînes d'ADN nouvellement formées au moyen d'un traitement de température. Pour le fragment d'ADN nouvellement formés filaments étant à nouveau terminé brins complémentaires de l'ADN polymérase de l'enzyme.
exemple peut être répétée indéfiniment ou jusqu'à épuisement des nucléotides libres dans le mélange réactionnel, mais suffisamment habituellement de 20 à 30 cycles pour recevoir une quantité suffisante de fragments d'ADN étudiés pour toute manipulation ultérieure de ce fragment.