Tipi di eredità non statali

È noto un numero abbastanza elevato di malattie ereditarie dovute a cambiamenti del DNA, ma non hanno il carattere mendeliano dell'ereditarietà.Di seguito considereremo l'eredità mitocondriale di e le malattie mitocondriali, oltre all'imprinting.

Eredità mitocondriale e malattie mitocondriali

I mitocondri sono organuli cellulari. I mitocondri hanno due membrane altamente specializzate: l'esterno e l'interno, la molecola del DNA dell'anello, nonché i loro sistemi di trascrizione e traduzione. Ogni cellula contiene diverse centinaia di mitocondri. Eseguono una serie di importanti catene di reazione biochimiche, di cui le reazioni del metabolismo energetico della cellula rivestono particolare importanza.

Come già notato, i mitocondri hanno il loro DNA, ogni mitocondrio contiene 10 o più molecole di DNA.Il genoma del DNA mitocondriale( mgDNA) è completamente decifrato.

La perturbazione dell'interazione tra genomi mitocondriali e nucleari causa una varietà di patologie mitocondriali.

Poiché il mtDNA è contenuto nel citoplasma delle cellule, è ereditato solo sulla linea materna. Nel citoplasma di un uovo ci sono migliaia di mitocondri e, di conseguenza, decine di migliaia di molecole di mtDNA.Allo stesso tempo nello spermatozoo Ci sono solo alcune molecole di mtDNA che non cadono nell'uovo fecondato. Pertanto, gli uomini ereditano il mtDNA dalle loro madri, ma non lo trasmettono ai loro discendenti. Questo tipo di eredità è chiamato ereditarietà materna o eredità materna.

Normalmente tutte le copie di mtDNA sono identiche e questa condizione è chiamata omoplasia. A volte le mutazioni si verificano nel mtDNA.A causa del non perfetto lavoro della DNA polimerasi mitocondriale e dei sistemi di riparazione, le mutazioni nel mtDNA appaiono 10 volte più spesso che nel DNA nucleare. La comparsa di una mutazione in una delle molecole di mtDNA può portare alla comparsa di due popolazioni di mtDNA nella cellula, che viene chiamata eteroplasia. Come risultato della divisione cellulare, il mtDNA mutante entra in altre cellule, dove continua a moltiplicarsi.

I bisogni energetici di diversi tessuti del corpo sono diversi. Il più dispendioso è il sistema nervoso. Questo è il motivo per cui questo sistema è principalmente interessato dalle malattie mitocondriali.

La classificazione delle malattie mitocondriali si basa su due principi:

1) il coinvolgimento di una proteina mutante nelle reazioni energetiche della fosforilazione ossidativa;

2) se il mtDNA mutante o il DNA nucleare sono codificati. La classe I

delle malattie mitocondriali comprende l'atrofia dei dischi di Leber dei nervi ottici. La malattia si manifesta come perdita acuta o subacuta della visione centrale a causa dell'atrofia dei nervi ottici. La malattia può iniziare sia nell'infanzia che nella vecchiaia. In alcuni pazienti, l'atrofia dei nervi ottici è combinata con i sintomi dell'encefalomiopatia.atrofia ottica di Leber causata da mutazioni nei geni del mtDNA che codificano per le subunità del complesso I.

Questa classe si riferisce malattia di Leigh( subacuta necrotizzante encefalomielopatia).La sindrome di Leia si manifesta solo quando il mtDNA mutante è almeno il 90% del mtDNA totale. Se la percentuale di DNA mutante è inferiore, compare una sindrome di neuropatia, atassia e retinite pigmentosa.

sindrome di neuropatia, atassia e distrofia retinica pigmentaria( NARP) possono manifestarsi durante l'infanzia e in seguito, fino al 2 decade di vita. Oltre alla patologia inclusa nel nome della sindrome, i pazienti possono avere demenza, convulsioni, neuropatia motorio-sensoriale e perdita dell'udito. Sindrome

epilessia mioclonica e sfilacciate fibre muscolari rosse( MERRF), che si manifesta l'epilessia, demenza, atassia, miopatia e si verifica nel caso di una mutazione nel gene per il tRNA.La sindrome può manifestarsi nell'infanzia e nell'età adulta. In aggiunta a questi sintomi quando MERRF pazienti con sindrome a volte osservati perdita dell'udito neurosensoriale, la demenza, atrofia del nervo ottico, diplegia spastica. Di solito, questa sindrome rivela una forte eteroplasmia, quindi l'espressività della sindrome varia notevolmente.

Un'altra sindrome causata da tRNA gene di sostituzione punto - una sindrome e encefalomiopatie mitocondriali corsa-episodi( MELAS).Ha anche eteroplasmia e, di conseguenza, l'espressività della sindrome varia molto. Le principali manifestazioni cliniche comprendono encefalomiopatie, ictus-stato, di solito transitoria, con funzioni di restauro, convulsioni, atassia, mioclono, epilessia, emicrania mal di testa.

K malattie mitocondriali causate da delezioni o duplicazioni includono miopatia mitocondriale( miopatia, disturbi cerebellari ed insufficienza cardiaca), la sindrome di Pearson( pancitopenia, acidosi lattica, e insufficienza pancreatica), nonché oftalmoplegia esterna progressiva cronica, si manifesta omissionesecolo.interazione

compromessa tra i genomi nucleari e mitocondriali spiegare sindrome da deplezione del mtDNA e divisione sindrome multiple mtDNA.Entrambe queste condizioni sono ereditate come segni autosomici dominanti, quindi le mutazioni dei geni nucleari sono probabilmente la causa.

mitocondriali malattie della catena respiratoria causate da mutazioni nei geni nucleari possono essere raggruppati in due gruppi - e miopatie mitocondriali, encefalomiopatie mitocondriali. Queste malattie sono ereditate come tratti mendeliani ma a causa della mancanza di enzimi appartenenti ad uno dei complessi della catena respiratoria dei mitocondri. Genomica imprinting

sono attualmente tre classe nota di eccezioni regole mendeliana identità ibridi 1 ° generazione. La prima eccezione è stata conosciuta per molto tempo ed è associata all'ereditarietà legata all'X.

Il secondo, appena discusso, riguarda le caratteristiche identificate dai geni del mtDNA che hanno una cosiddetta ereditarietà materna. Queste due classi di deviazioni dall'eredità mendeliana si basano sulle differenze nel contributo genetico dei genitori al genotipo della prole. In eredità X-linked della prole può ottenere solo cromosoma X dalla madre, mentre il padre o dal cromosoma X o Y. Quando lo zigote eredità mitocondriale nata dalla fusione di cellule riproduttive, e ottiene una mitocondri contenuti nella loro mtDNA solo attraverso l'uovo.

Recentemente, genetica e dell'embriologia descritto terza eccezione - imprinting genomico, dove entrambi i genitori sono trasmessi ai discendenti geni assolutamente identici, ma questi geni sono specifici genitori impronta sesso, geni paterni e materni sono attivati ​​o soppresso( soppresso, bloccato) durante gametogenesi in modi diversi. Quindi, in alcuni casi è importante da quale dei genitori viene ereditato il gene.

Il termine imprint( imprint) è stato proposto per la prima volta nel 1960 da Crouse of Columbia University negli Stati Uniti.

genomica imprinting ha un posto particolare tra i meccanismi specifici di regolazione dell'attività genica nelle prime fasi di sviluppo, con conseguente differenze nell'espressione di alleli materni e paterni omologhe. Successive modifiche genetiche possono portare al fatto che i cambiamenti nell'espressione genica saranno trasferiti stabilmente durante lo sviluppo delle generazioni cellulari. L'imprinting genomico, ad esempio, può alterare la dose di geni che controllano la crescita embrionale, la proliferazione cellulare e la differenziazione.

esempio imprinting di un genoma di una persona è un vero gravidanza molare, che si verifica quando un uovo fecondato, privo di cromosomi materni, due spermatozoi. Nonostante la disponibilità di una serie completa di diploide, embriogenesi precoce di zigoti prende in modo anomalo: embrione tessuto stesso non si forma. Nel caso di un doppio set di cromosomi materni, si sviluppa un tumore teratoma-embrionale. Solo i genomi materni o solo paterni non sono in grado di assicurare il normale sviluppo dell'embrione.

l'effetto organismico livello imprinting osservato in relazione alla presenza di frammenti di cromosomi o cromosomi interi singoli( paterni o materni) dell'origine - il cosiddetto disomia uniparentale( OSA), cioè v'è una qualitativa piuttosto che uno squilibrio cromosoma quantitativa.

Negli ultimi anni, l'effetto dell'imprinting genomico è stato intensamente studiato in connessione con varie patologie nell'uomo. Esempi di malattie che si basano sulla funzione disturbo delle regioni impresse del genoma, un bel po ', in modo che possiamo parlare di una classe speciale di malattie umane - "malattie imprinting", di cui ci sono più di 30.

dati più convincenti ottenuti con sindrome di Prader-Willi( IPS) ela sindrome di Engelman( SE), che, avendo manifestazioni cliniche significativamente differenti, ha fondamentalmente cambiamenti molecolari citogenetici simili. Beckwith-Wiedemann

( SBV) abbastanza ben studiato in termini di imprinting e sindrome avente le seguenti caratteristiche principali: macrosomia, macroglossia, ernia ombelicale, maggiore suscettibilità ai tumori.

Anche l'associazione dell'imprinting genomico con un'altra patologia ereditaria umana a livello di cromosomi o di singoli geni è chiaramente tracciata ed è attualmente ampiamente studiata. Così, per esempio, la corea e l'atassia spinnomozzhechkovoy malattia di Huntington si verifica in precedenza ed è più grave se i geni sono ereditati origine paterna. Neurofibromatosi, distrofia miotonica, al contrario, la malattia ha un esordio più precoce e la gravità della eredità di geni mutanti alla madre. Non vi è alcun dubbio sulle implicazioni dell'imprinting genomico nell'eziologia della crescita del tumore.

Negli ultimi anni, con l'aiuto di metodi di genetica molecolare, il fenomeno dell'imprinting genomico è stato osservato nelle malattie multifattoriali. Ad esempio, un'impronta paterna chiaramente espressa si trova nella dermatite atopica, materna - con asma bronchiale e atopia nei bambini. Con il diabete mellito insulino-dipendente, è stata trovata una maggiore probabilità di imprinting paterno.

GENETICA ENGINEERING

sopra descritto metodi di genetica molecolare, che vengono utilizzati per identificare i geni mendeliana ereditato malattie umane, tali metodi sono parte della internazionale "Genoma Umano".Di seguito considereremo le principali disposizioni dell'ingegneria genetica e l'essenza del progetto "Genoma umano".

Nel febbraio 2001, contemporaneamente in due riviste, "Nature" e "Science", ha presentato i risultati del progetto di massima di tutti, indipendentemente dal genoma umano ha ricevuto una dall'altra da un consorzio internazionale del progetto "Genomcheloveka" e la società "Celera" privata, per la quale progetto del genomala persona è un'impresa commerciale. Queste pubblicazioni, nonostante l'incompletezza del progetto, sono un risultato significativo di tutta la scienza e medicina biologica.

DNA ricombinante tecnologia

In effetti, al momento dell'annuncio del "Progetto Genoma Umano" è stato formato il nuovo corso in genetica molecolare, che divenne noto come "ingegneria genetica" o "tecnologia del DNA ricombinante".Quest'ultimo può essere suddiviso in due grandi aree: tecniche di clonazione del DNA e metodi di analisi del DNA, principalmente la determinazione della sequenza nucleotidica nella molecola del DNA.

DNA Clonazione Clonazione di DNA in vivo( in vivo) comprende 6 fasi: 1) ottenendo

frammenti di DNA compresi i geni o parti con un enzima di restrizione;

2) ricombinazione di frammenti;

3) Inserimento di un frammento di DNA in un vettore;

4) trasformazione con il vettore dell'organismo ospite;

5) screening per il vettore ricombinante;

6) selezione di interessanti ricercatori di cloni.

Il concetto di enzimi di restrizione

In ogni cromosoma umano, c'è solo un filamento continuo di DNA.È difficile da imballare per adattarsi al cromosoma.È praticamente impossibile manipolare con una molecola di DNA di questa lunghezza. Pertanto, la scoperta negli anni '70.XX secolo.speciali enzimi batterici che tagliano il DNA in frammenti separati, erano molto rilevanti. Gli enzimi sono stati definiti enzimi di restrizione o endonucleasi. Nei batteri, questi enzimi servono a proteggere dall'ingresso nella cellula di DNA estraneo.

Ricombinazione di frammenti di DNA

Le restrittive tagliano entrambi i filamenti di DNA, che come risultato formano estremità spuntate o appiccicose. Il DNA di un organismo viene tagliato da uno specifico enzima di restrizione in punti rigorosamente definiti, quindi un tale DNA dopo restrizione( che è anche chiamato digestione) darà sempre lo stesso insieme di frammenti. Se si utilizza un tipo di restrizione taglio enzimatico di DNA da diversi organismi, il gruppo di tessere sarà diverso, ma la sequenza di nucleotidi nel campo sarà tagliato a pezzi tutti gli stessi e, quindi, tra loro complementari nella formazione di frammenti hanno estremità appiccicose. L'ultimo si chiama appiccicoso a causa della complementarietà possono collegarsi con altri frammenti formate dallo stesso enzima di restrizione o di un altro enzima di restrizione che forma gli stessi fini. La combinazione di frammenti con estremità complementari appiccicose è accelerata e stabilizzata da uno speciale enzima chiamato ligasi. Quindi, se un singolo enzima di restrizione viene tagliato nel DNA di due specie diverse e frammenti misti, allora una nuova molecola di DNA ricombinante, che non esiste in condizioni naturali, può formarsi.

Al fine di esplorare un frammento di DNA di interesse per un ricercatore, deve essere moltiplicato. Questo può essere fatto con due metodi diversi, spostandolo nella cellula ospite o moltiplicandolo in vitro( in vitro).

Introduzione di frammenti di DNA in una cellula ospite utilizzando i vettori

Per spostare un frammento di DNA in una cellula ospite, vengono comunemente utilizzati costrutti speciali, chiamati vettori. I vettori usati più frequentemente sono i batteri, i batteriofagi, i batteri e i cromosomi artificiali del lievito. Recentemente, è stato proposto di utilizzare i cromosomi artificiali umani come vettori. Creazione

librerie genomiche

restrizione dei frammenti di DNA genomico e clonazione dei frammenti utilizzando vari vettori costituito la base della formazione di librerie genomiche. Per fare questo, il DNA genomico viene tagliato o, come si dice, digerito da un certo enzima di restrizione, ei frammenti formati vengono clonati per mezzo di vettori diversi, per i quali vengono utilizzati metodi di DNA ricombinante. La libreria genomica dovrebbe contenere non solo i geni, ma anche tutti i DNA non codificanti situati tra i geni. Poiché la digestione con un enzima di restrizione non è completa, si formano così frammenti di DNA con sequenze nucleotidiche parzialmente sovrapposte. Ciò facilita il successivo ripristino del pattern della posizione dei frammenti nel DNA nativo( DNA nel corpo vivente).Oltre alle librerie genomiche, ci sono le librerie cDNA.

Clonazione di sequenze di DNA utilizzando la reazione a catena della polimerasi( PCR)

Inoltre il metodo descritto di clonare sequenze di DNA in vivo, v'è anche un metodo per la clonazione in vitro, chiamata reazione a catena della polimerasi( PCR).

Un prerequisito per condurre la PCR è conoscere la sequenza di nucleotidi che determinano la sequenza clonata. Per la PCR, una coppia di cosiddetti primer deve essere pre-sintetizzata, che sono brevi sequenze di nucleotidi complementari alle sequenze del frammento di DNA replicato.

Dopo la separazione in due filamenti del frammento di DNA studiato, le sostanze vengono aggiunte alla miscela di reazione che sono associate in modo complementare alle sezioni corrispondenti di questi trefoli. Segue quindi la separazione delle catene del DNA appena formate mediante un trattamento termico. Ai filamenti appena formati del frammento di DNA, i filamenti complementari vengono nuovamente completati usando l'enzima DNA polimerasi.

esempio può essere ripetuto indefinitamente o fino ad esaurimento di nucleotidi liberi nella miscela di reazione, ma di solito 20-30 cicli sufficiente a ricevere una quantità sufficiente di frammenti di DNA studiati per ogni successiva manipolazione di questo frammento.