Non-state vrste nasljeđivanja
Poznati su prilično veliki broj nasljednih bolesti zbog DNA promjena, ali nemaju Mendelov karakter nasljeđivanja. U nastavku ćemo razmotriti mitohondrijsko nasljedstvo i mitohondrijske bolesti, kao i utiskivanje.
Mitohondrijska nasljednost i mitohondrijske bolesti
Mitohondrije su celularne organele. Mitohondriji imaju dvije visoko specijalizirane membrane - vanjski i unutarnji, prstenasti DNA molekulu, kao i vlastiti sustavi transkripcije i translacije. Svaka stanica sadrži nekoliko stotina mitohondrija. Oni obavljaju niz važnih biokemijskih reakcijskih lanaca, od kojih su reakcije energetskog metabolizma stanice od posebne važnosti.
Kao što je već rečeno, mitohondri imaju vlastitu DNA, svaki mitohondrija sadrži 10 ili više DNA molekula. Genom mitohondrijske DNA( mgDNA) potpuno je dešifriran.
Poremećaj interakcije između mitohondrijskih i nuklearnih genoma uzrokuje različite mitohondrijske patologije.
Budući da je mtDNA sadržana u citoplazmu stanica, ona se nasljeđuje samo na maternici. U citoplazmi jaja, postoje tisuće mitohondrija i, posljedično, desetine tisuća mtDNA molekula. Istodobno, u spermatozoidu Postoji samo nekoliko molekula mtDNA koje ne spadaju u oplođeno jaje. Stoga, muškarci nasljeđuju mtDNA od majke, ali ne prenose na svoje potomke. Ova vrsta nasljeđa naziva se majčinskim nasljeđem ili majčinim nasljedstvom.
Uobičajeno, sve kopije mtDNA su identične, a ovo se stanje naziva homoplazmom. Ponekad se mutacije pojavljuju u mtDNA.Zbog neusporedivog rada mitohondrijske DNA polimeraze i sustava popravaka, mutacije u mtDNK pojavljuju se 10 puta češće nego u nuklearnoj DNA.Pojava mutacija u jednoj od mtDNA molekula može dovesti do nastanka dvije populacije mtDNA u stanici se zove geteroplaziey. Kao rezultat diobe stanica, mutantna mtDNA ulazi u druge stanice, gdje se i dalje umnožava.
Energetske potrebe različitih tkiva u tijelu su različite. Najviše energije je živčani sustav. Zato je ovaj sustav uglavnom pogođen mitohondrijskim bolestima.
klasifikacija mitohondrijske bolesti temelji se na dva principa: 1)
mutantni protein uključen u oksidativne fosforilacije energije;
2) je li kodirana mutantna mtDNA ili nuklearna DNA.
Klasa I od mitohondrijskih bolesti uključuje atrofiju Leberovih diskova optičkih živaca. Bolest se manifestira kao akutni ili subakutni gubitak središnjeg viđenja zbog atrofije optičkih živaca. Bolest može započeti iu djetinjstvu i starosti. Kod nekih pacijenata, atrofija optičkih živaca kombinira se s simptomima encefalomija. Leberova optička atrofija uzrokovan mutacijom gena koji kodiraju mtDNA podjedinice kompleksa I. Ovaj razred
odnosi Leigh bolest( subakutna nekrotizirajuća encefalomijelopatija).Leiaov sindrom javlja se samo kada je mutantna mtDNA najmanje 90% ukupne mtDNA.Ako je postotak mutantne DNA manji, tada se javlja sindrom neuropatije, ataksije i retinitis pigmentosa.
sindrom neuropatija, ataksija i pigmentni mrežnice distrofija( NARP) može se očitovati u djetinjstvu i kasnije, sve do 2. desetljeće života. Pored patologije uključene u ime sindroma, pacijenti mogu imati demenciju, napadaj, motoričko-senzornu neuropatiju i gubitak sluha.
sindrom mioklonus i epilepsija poderan crvena vlakna( MERRF), koji se manifestira epilepsija, demencija, ataksija i miopatija javlja u slučaju mutacije u genu za tRNA.Sindrom se može manifestirati u djetinjstvu i odrasloj dobi. Osim navedenih simptoma kod bolesnika MERRF sindrom ponekad promatranih zamjedbena sluha, demencije, atrofija očnog živca, spastična diplegia. Obično ovaj sindrom otkriva izraženu heteroplazmu, tako da ekspresivnost sindroma dramatično varira. Drugi
sindroma zbog tRNA točka zamjene gena - sindrom i mitohondrijske encephalomyopathies takta epizode( MELAS).On također ima heteroplazmu, i kao rezultat, ekspresivnost sindroma varira dosta. Glavni kliničke manifestacije uključuju encephalomyopathies, moždani udar državu, obično prolazna, s vraćanjem funkcije, napadajima, ataksija, mioklonus, epilepsije, migrene.
Kmitohondrijske bolesti uzrokovane delecija ili dupliciranja uključuju Kearns-Sayreov sindrom, cerebralna( miopatiju poremećaja i zatajenja srca), Pearson, sindrom( pancitopeniju laktacidozu i gušterače insuficijenciju), kao i kronične progresivne vanjske oftalmoplegije manifestira propustest. Smanjena
interakcija između nuklearnih i mitohondrijske genoma objasniti mtDNA iscrpljivanja sindrom i sindrom višestrukog mtDNA.Oba ova stanja se nasljeđuje autosomno dominantno svojstvo, tako da je razlog vjerojatno je nuklearna mutacije gena.
mitohondrijske bolesti dišnih lanca uzrokovane mutacijom gena nuklearnih mogu se svrstati u dvije skupine - i mitohondrijske miopatije, mitohondrijske encephalomyopathies. Ove bolesti se nasljeđuju kao mendelovski osobine, ali zbog nedostatka enzima koji pripadaju jednoj od kompleksa respiratornog lanca u mitohondrijima. Genomska otisak
Trenutno tri poznata klasa iznimaka Mendelovski pravila identitet hibrida 1. generacije. Prvi izuzetak je odavno poznato, a to je povezano s X-vezanog nasljeđivanja.
drugi, samo da se naknada odnosi na osobine određuju geni mtDNA, koji imaju takozvanu majčinsku baštinu. U srcu ove dvije klase odstupanja od mendelovskim nasljeđivanju razlike u genetskom doprinos roditelja u genotipa potomstvo. U X-vezanog nasljeđivanja potomstva može dobiti samo X kromosom od majke, a oca ili od kromosoma X ili Y. Kada je mitohondrijski nasljedstvo zigota nastala spajanjem spolnih stanica, te dobiva mitohondrije koji se nalazi u mtDNA samo preko jajeta.
Nedavno genetika i embriologija opisao treći iznimku - genomskog upisa, gdje su oba roditelja prenose na potomke apsolutno identične gene, ali ti geni su posebni otisak sex roditelji, očinski i majčinski geni aktiviraju ili potisnuti( potisnut, blokiran) tijekom gametogeneze na različite načine. Tako u nekim slučajevima to je važno, od koga je naslijedio gen od roditelja.
pojam „otisak»( otisak - «oznaka») prvi predložio u 1960 vrane na Sveučilištu Columbia, SAD.
Genska otisak ima posebno mjesto među specifičnim mehanizmima regulacije genske aktivnosti u ranim fazama razvoja, što je rezultiralo razlikama u izražavanju homolognih majčinu i očevu alela. Zatim genetska modifikacija može dovesti do toga da su promjene u ekspresiji gena će stabilno prenose u razvoju staničnih generacija. Genomska otisak, na primjer, može promijeniti dozu gena koji kontroliraju rast embrija, stanična proliferacija i diferencijacija.
primjer otisak jednog genoma jedne osobe pravi je molarna trudnoća, što se događa kada se oplođeno jajašce, lišena majčinske kromosoma, dva spermija. Unatoč dostupnosti kompletnog diploidne, rano embriogeneza zigota traje nenormalno: embrij tkivo sebi ne čine. U slučaju dvostrukog seta majčinih kromosoma razvio teratoma - embrionalni tumora. Samo po majci ili samo po ocu genom nije u stanju osigurati normalan razvoj embrija.
na razini organizma utiskivanja učinkom koji je zabilježen u vezi s prisustvu kromosomskih fragmenata ili cijelih kromosoma jednog( ili roditeljskom majčinskih) podrijetla - tzv uniparental disomija( OSA), odnosno nalazi se kvalitativna nego kvantitativna kromosom neravnoteže.
U posljednjih nekoliko godina intenzivno istraživao učinak genomskog upisa u vezi sa različitim patologijama kod ljudi. Primjeri bolesti koje se temelje na poremećaj funkcije utisnuti regijama genoma, dosta, tako da možemo govoriti o posebnoj klasi ljudskih bolesti - „otisak bolesti”, od kojih su više od 30.
najuvjerljivija podaci dobiveni s Prader-Willi sindrom( IPS) iEnzhelmena sindrom( sE), koji imaju bitno drugačiji kliničke manifestacije u osnovi imati slične molekulske citogenetička promjene. Beckwith-Wiedemann
( SBV) prilično istražene u smislu otisak i sindrom koji ima sljedeće karakteristike: glavni makrosomije, makrogloziju, pupčana kila, povećana osjetljivost na tumore.
Komunikacija genomska otisak s drugim ljudskim genetskim poremećajima na kromosomima ili individualnoj razini gena je također jasno vidljivo u trenutno široko studirao. Tako, na primjer, Huntingtonove koreje i spinnomozzhechkovoy ataksija bolest javlja ranije, te je teža ako su geni naslijedila očevu podrijetlo. Neurofibromatoza, miotonične distrofije, s druge strane, bolest raniji početak i ozbiljnost nasljeđivanja mutiranih gena kod majke. Nema sumnje o umiješanosti genomskog upisa u etiologiji tumorskog rasta.
U posljednjih nekoliko godina, uz pomoć molekularno genetičke metode za promatranje fenomena genomskog upisa i kombinacijom bolesti. Na primjer, izražen očinski otisak pronađen u atopijskim dermatitisom, majka - u bronhijalne astme i atopije u djece. U inzulin-ovisnog dijabetes melitusa otkrivenih veću vjerojatnost očeve otisak.
Genetički inženjering
prethodno opisanim metodama molekularne genetike, koji se koriste za identifikaciju gena Mendelevo naslijeđenih ljudskih bolesti, takvi postupci su dio međunarodne „Human Genome”.Ispod su glavne odredbe genetskog inženjeringa i suština projekta „Ljudski genom”.
U veljači 2001. godine, istodobno u dva časopisa „Priroda” i „Science”, predstavio je rezultate grubi nacrt svih, bez obzira na ljudski genom primila od druge strane međunarodni konzorcij „Genomcheloveka” projekta, a privatna tvrtka „Celera”, za koji genomaosoba je trgovačko poduzeće. Ove publikacije, usprkos nepotpunosti projekta je značajno postignuće svih bioloških znanosti i medicine.
Tehnologija rekombinantne DNA
Doista, u vrijeme objave „Human Genome Project” je nastao cijeli novi trend u molekularnoj genetici, koji je postao poznat kao „genetski inženjering” ili „tehnologije rekombinantne DNA”.Potonji se može podijeliti u dvije široke područja DNA klonirajući i tehnike analize DNA, u prvom redu se odredila nukleotidna sekvencija u molekulu DNA.
DNA Cloning kloniranje DNA in vivo( in vivo) uključuje faze: 6
1) dobivanje DNA fragmenata gena uključujući ili njihovih dijelova restrikcijskim enzimom;
2) rekombinacija fragmenata;
3) Umetanje DNA fragmenta u vektor;
4) transformacija s vektorom organizma domaćina;
5) screening za rekombinantni vektor;
6) odabir zanimljivih istraživača klona.
pojam restrikcijskim enzimima
U svakom ljudskom kromosomu, postoji samo jedan kontinuirani lanac DNA.Teško je pakirati kako bi se uklopio u kromosom. Gotovo je nemoguće manipulirati DNA molekulom ove duljine. Stoga, otkriće u sedamdesetima. XX stoljeća.posebni bakterijski enzimi koji su izrezali DNK u odvojene fragmente, bio je vrlo relevantan. Enzimi su nazvani restrikcijskim enzimima ili endonukleazama. U bakterije, ovi enzimi se koriste za zaštitu od prodora stranog DNA u stanicu.
rekombinacijom DNA fragmenti Restrikcijski enzimi smanjiti oba lanca DNA koje nastaju kao posljedica bilo tupim ili ljepljivih krajeva. DNK iz jednog organizma je cut s ograničenjem enzim specifičan za određenim mjestima, tako da ovo DNA nakon ograničenje( koji se nazivaju probavu) će uvijek dati isti skup fragmenata. Ako koristite jednu vrstu ograničenje enzim rezanje DNA iz različitih organizama, skup pločica će biti drugačija, ali je slijed nukleotida u polju će se rezati na komade svi isti, a time i komplementarni jedni drugima u stvaranju fragmenata imaju ljepljive završava. Posljednja se zove ljepljiva zbog komplementarnosti mogu povezati s drugim fragmentima formirana od strane istog restrikcije enzima ili drugoj restrikcije enzima koji čini iste ciljeve. Kombiniranjem fragmenti imaju komplementarne ljepljive krajeve, on se ubrzava i stabilizirana specifičnog enzima, koji se zove ligaze. Dakle, ako je ograničenje enzim smanjiti DNK dvije različite vrste i miješati fragmente, može formirati potpuno novi, ne postoji u prirodnom okruženju molekule rekombinantne DNA.
Kako bi se istražio DNK fragment od interesa za istraživača, mora se umnožiti. To se može učiniti s dvije različite metode, premještanjem u stanicu domaćina ili množenjem in vitro( in vitro).
uvođenje DNA fragmenata u stanicu domaćina putem vektora
kretati fragmenta DNA u stanici domaćina obično koriste posebnih izvedbi, koja se zove vektore. Najčešće korišteni vektori su bakterijske tvari, bakteriofagi, bakterijski i kvasni umjetni kromosomi. Nedavno je predloženo korištenje ljudskih umjetnih kromosoma kao vektora. Stvaranje biblioteke genomske
ograničenje genomske DNA fragmenata i kloniranja fragmenata pomoću različitih vektora je temelj formiranja genomnih knjižnica. U tu svrhu genomska DNA reže ili, primjerice, određene restrikcije enzima digestirane i rezultirajući fragmenti klonirani putem različitih vektora koji se koriste za tehnikama rekombinantne DNA.Genomska biblioteka ne bi smjela sadržavati samo gene, već i sve ne-kodirane DNA locirane između gena. Budući da digestiranje s restrikcijskim enzimom nije dovršeno, formiraju se fragmenti DNA s djelomično preklapajućim nukleotidnim sljedovima. To olakšava naknadnu obnovu uzorka lokacije fragmenata u nativnoj DNA( DNA u živom tijelu).Uz genomske biblioteke postoje i cDNA biblioteke.
Kloniranje sljedova DNA pomoću lančane reakcije polimeraze( PCR)
Nadalje je opisan postupak za kloniranje DNA sekvencija in vivo, tu je i postupak za in vitro kloniranje, nazivaju se lančana reakcija polimeraze( PCR).
Preduvjet za provođenje PCR je poznavanje slijeda nukleotida koji određuju kloniranu sekvencu. Za PCR prvo mora sintetizirati par tzv klica, koji su kratko nukleotidni slijed komplementaran DNA fragmenta koji se šire.
Nakon razdvajanja u dva dijela ispitivanog fragmenta DNA, u reakcijsku smjesu se dodaju tvari koje su komplementarno povezane s odgovarajućim sekcijama ovih niti. Zatim slijedi odvajanje novoformiranog lanca DNA pomoću temperaturne obrade. U novoformirane dijelove DNA fragmenta, komplementarne niti ponovno se dovršavaju primjenom enzima DNA polimeraze.
primjer može neograničeno ponavljati ili do iscrpljenja slobodnih nukleotida u reakcijsku smjesu, ali dovoljno dobiti dovoljne količine ispitivanih DNA fragmenata iz bilo kojeg naknadno manipulaciju ovog fragmenta obično 20-30 ciklusa.