Nevalstiskie mantojuma veidi

Ir zināms daudzums iedzimtu slimību, ko izraisa DNS izmaiņas, bet tām nav Mendelijas mantojuma rakstura. Zemāk mēs aplūkosim mitohondriālās un mitohondriju slimību mantojumu, kā arī imprintēšanu.

Mitohondriālās mantošanas un mitohondriju slimības

Mitohondrijas ir šūnu orgellāli. Mitohondrijai ir divas ļoti specializētas membrānas - ārējā un iekšējā, gredzena DNS molekula, kā arī savas transkripcijas un tulkošanas sistēmas. Katrā šūnā ir vairāki simti mitohondriju. Viņi veic vairākas svarīgas bioķīmiskas reakcijas ķēdes, no kurām ķermeņa enerģijas metabolisma reakcijas ir īpaši svarīgas.

Kā jau minēts, mitohondrijām ir sava DNS, katra mitohondrija satur 10 vai vairāk DNS molekulas. Mitohondriālās DNS genoms( mgDNA) ir pilnībā atšifrēts.

Mitohondriju un kodola genomu mijiedarbības traucējumi izraisa dažādas mitohondriālās patoloģijas.

Tā kā mtDNA ir ietverta šūnu citoplazmā, tā tiek mantota tikai mātes līnijā.Olas citoplazmā ir tūkstošiem mitohondriju un tātad desmitiem tūkstošu mtDNS molekulu. Tajā pašā laikā spermatozoīdā ir tikai dažas mtDNS molekulas, kuras neietilpst apaugļotajā olšūnā.Tādēļ vīrieši mantoja mtDNA no viņu mātes, bet to neizmanto to pēcnācējiem.Šo mantojuma veidu sauc par mātes mantojumu vai mantojuma mantojumu.

Parasti visas mtDNA kopijas ir identiskas, un šo nosacījumu sauc par homoplasmiju. Dažreiz mutācijas rodas mtDNA.Pateicoties mitohondriālās DNS polimerāzes un labošanas sistēmu nepilnīgajam darbam, mtDNS mutācijas parādās 10 reizes biežāk nekā kodolenerģētiskā DNS.Par mutāciju vienā mtDNA molekulas rašanās var izraisīt rašanos divu populācijām mtDNA šūnā sauc geteroplaziey.Šūnu dalīšanās rezultātā mtDNS mutants nonāk citās šūnās, kur tas turpina vairoties.

Dažādu ķermeņa audu enerģijas vajadzības ir atšķirīgas. Visvairāk enerģijas patērē nervu sistēmu. Tāpēc šo sistēmu galvenokārt ietekmē mitohondriālās slimības.

klasifikācija mitohondriju slimība ir balstīta uz diviem principiem:

1) mutāciju proteīnu, kas iesaistīts enerģijas oksidatīvo fosforilēšanos;

2), vai ir kodēta mtDNS mutācija vai kodola DNS.Mitohondriju slimību

I klase ietver redzes nervu Lebera disku atrofiju. Zarnu nervu atrofijas dēļ šī slimība izpaužas kā akūta vai apaktuzāla centrālās redzes zudums. Slimība var sākties gan bērnībā, gan vecumā.Dažiem pacientiem redzes nervu atrofija tiek apvienota ar encefalomiopātijas simptomiem. Leber s optic atrofija, ko izraisa mutācija mtDNA kuri kodē apakšvienības sarežģītu I.

Šī klase attiecas Leigh slimība( subakūts nekrotizējošs encephalomyelopathy).Leia sindroms rodas tikai tad, kad mutanta mtDNA ir vismaz 90% no kopējās mtDNS.Ja mutanta DNS procentuālais daudzums ir mazāks, parādās neiropātijas, ataksijas un retinīta pigmentozes sindroms.

sindroms neiropātija, ataksija un pigmenta tīklenes distrofija( NARP), var izpausties zīdaiņa vecumā un vēlāk, līdz pat 2. dekādes dzīvi. Papildus patoloģijai, kas iekļauta sindroma vārdā, pacientiem var būt demencija, krampji, maņu sensorā neiropātija un dzirdes zudums.

sindroms mioklonuss epilepsija un Ragidailenda sarkano muskuļu šķiedras( MERRF), kas izpaužas epilepsijas, demenci, ataksija, un miopātija notiek gadījumā mutācijas gēna par tRNS.Sindroms var izpausties bērnībā un pieaugušā vecumā.Papildus šiem simptomiem kad MERRF sindroma pacientiem dažreiz novēroti Sensorineural dzirdes zudumu, plānprātību, redzes nerva atrofija, spastiskām diplegia. Parasti šis sindroms atklāj izteiktu heteroplazmu, tāpēc sindroma izteiksme ievērojami atšķiras.

Vēl sindroms, ko izraisa aizvietošanas punkts gēnu tRNS - sindroms un mitohondriju encephalomyopathies Stroke-epizodes( MELAS).Viņam ir arī heteroplazma, un tā rezultātā sindroma izteiksme ir diezgan atšķirīga. Galvenās klīniskās izpausmes ir encephalomyopathies, Stroke stāvokli, parasti ir pārejoša, ar restaurācijas funkciju, krampji, ataksija mioklonuss, epilepsiju, migrēna galvassāpes.

K mitohondriju slimībām, ko izraisa svītrojumiem vai duplikācijas ietvert Kearns-Sayre sindromu( miopātijas, smadzenīšu traucējumi un sirds mazspēju), Pīrsona sindroma( pancitopēnija, pienskābes acidozi, un aizkuņģa dziedzera mazspējas gadījumā), kā arī hroniska progresējoša ārējā ophthalmoplegia, kas izpaužas izlaišanugadsimts. Traucēta

mijiedarbība starp kodolieroču un mitohondriju genoma izskaidrot mtDNA sarukšanu sindromu un sindromu sadalījumu vairāku mtDNA.Abi šie nosacījumi tiek mantotas kā autosomāli dominējošā iezīme, tā iemesls, iespējams, ir kodolu gēnu mutācijas.

mitohondriju elpošanas ķēdes slimību, ko izraisa mutācija kodolmateriālu gēnu var tikt sadalīta divās grupās - un mitohondriju miopātijām, mitohondriju encephalomyopathies.Šīs slimības tiek mantotas kā Mendelian iezīmes, bet trūkuma dēļ fermentu, kas pieder vienam no kompleksiem elpošanas ķēdes mitohondriju. Pašlaik Genoma apdruka

ir trīs zināms klase izņēmumu Mendelian noteikumi identitāte hibrīdi 1. paaudzi. Pirmais izņēmums ir zināms jau ilgu laiku, un tas ir saistīts ar X saistītu mantojumu.

otrkārt, tikai to, ka atlīdzība ir saistīta ar nosaka gēni mtDNA, kas ir tā saukto mātes mantojumu īpašības. Pie sirds šīm divām klasēm novirzi no Mendelian mantojumu, ir atšķirības ģenētiskās ieguldījumu vecāku genotipu pēcnācēju. Ar X-saistīta mantojumā pēcnācējiem, var tikai iegūt X hromosomas no mātes, bet tēva vai no hromosomas X vai Y. Kad mitohondriju mantojuma zigota, apvienojoties reproduktīvo šūnu veidojas, un saņem mitohondriju ietverta to mtDNA tikai ar olu.

Nesen ģenētika un embrioloģija aprakstīts trešais izņēmums - genoma atveidošanu, kurā abi vecāki nosūta pēcnācējiem absolūti identiski gēni, bet šie gēni ir īpašas nospiedums seksa vecākiem, tēva, gan mātes gēni gametoģenēze dažādos veidos laikā tiek aktivizēti vai apspiestas( apspiestas, bloķēts).Tādējādi dažos gadījumos ir svarīgi, no kura vecākiem gēns ir iedzimts.

termins "apdruka»( nospiedums - «zīme») pirmo reizi ierosināja 1960 Crows no Kolumbijas universitātē, ASV.

Genoma apdruka ir īpaša vieta starp konkrētiem mehānismiem regulā gēnu darbības sākumposmā attīstības, kā rezultātā atšķirības izpausme homologiem mātes un aizgādības alēles. Sekojošās ģenētiskās modifikācijas var novest pie tā, ka gēnu ekspresijas izmaiņas tiks stabilizētas šūnu paaudžu attīstības laikā.Genomic imprinting piemēram, var mainīt preparāta devu gēnu, kas kontrolē embrija augšanu, šūnu proliferāciju un diferenciāciju.

piemērs apdruka genomā personas ir patiesa molārā grūtniecība, kas rodas, kad apaugļotā olšūna, kam nav mātes hromosomu, divi spermu. Neskatoties uz pieejamību pilnu komplektu diploīdiem, agri embrioģenēzes no zygotes aizņem nenormāli: embrijs audu pati neveido. Gadījumā, ja dubultā kopumu mātes hromosomu izstrādāta teratoma - embrija audzēja. Tikai mātes vai tikai tēva genoma nespēj nodrošināt normālu attīstību embrija.

pie organismic līmenī apdruka efektu novēroja saistībā ar klātbūtni hromosomu fragmenti vai veselas hromosomas vienas( aizgādības vai mātes) izcelsmes - tā saucamā uniparental disomy( OSA), proti, ir kvalitatīva, nevis kvantitatīva hromosoma nelīdzsvarotība.

Pēdējos gados intensīvi tika pētīta ietekme genoma apdruku saistībā ar dažādām patoloģijām cilvēkiem. Piemēri slimībām, kas ir balstīti uz to, ka traucējums funkciju apdruku reģionu genomu, diezgan daudz, lai mēs varētu runāt par īpašu klasi cilvēku slimību - "apdruka slimības", kuru ir vairāk nekā 30.

visvairāk pārliecinoši dati, kas iegūti ar Prādera-Villi sindromu( IPS) unEnzhelmena sindroms( SE), kas, ņemot ievērojami atšķirīgu klīniskas izpausmes, būtībā ir līdzīgas molekulārās citoģenētiskās izmaiņas. Beckwith-Wiedemann

( SBV) diezgan labi pētīta ziņā apdruka un sindromu, kam šādas galvenās iezīmes: macrosomia, macroglossia, nabas trūce, palielināta jutība pret audzējiem.

Komunikācija genomikas apdruka ar citām cilvēka ģenētisko traucējumu par hromosomām vai individuālā gēnu līmenī ir arī skaidri redzams pašlaik plaši pētīta. Tā, piemēram, Hantingtona horeja un spinnomozzhechkovoy ataksija slimību notiek agrāk un ir daudz nopietnāka, ja gēni ir mantotas tēva izcelsmi. Neurofibromatosis, myotonic distrofija, un otrādi, ja slimība ir agrāk sākums un smagumu mantojuma mutanto gēnu pie mātes. Nav šaubu par genoma imprintēšanas ietekmi uz audzēja augšanas etioloģiju.

Pēdējos gados, izmantojot molekulārās ģenētiskās metodes, daudzfaktorālas slimības ir novērojamas genomu imprintēšanas fenomenā.Piemēram, atopiskajā dermatīta gadījumā ir skaidri izteikta tēva izdošana, māte - ar bronhiālo astmu un atopiju bērniem. Ar insulīnneatkarīgu cukura diabētu tika konstatēta lielāka varbūtība iegūt patēnu.

gēnu inženierija

iepriekš aprakstīto metožu molekulārās ģenētikas, kas tiek izmantoti, lai noteiktu gēnu Mendelian iedzimta cilvēku slimības, tādas metodes ir daļa no starptautiskās "cilvēka genomu."Zemāk mēs izskatīsim galvenos noteikumus par gēnu inženieriju un projekta "Cilvēka genoms" būtību.

2001. gada februārī, vienlaicīgi divos žurnālos, "Daba" un "Zinātne", iepazīstināja ar aptuvenu projektu visiem rezultātiem, neatkarīgi no cilvēka genoma saņēmis no otra ar starptautiskā konsorcija "Genomcheloveka" projektu un privātā kompānija "Celera", par kuru genoma projektspersona ir komercuzņēmums.Šīs publikācijas, neskatoties uz projekta nepilnībām, ir būtisks sasniegums visās bioloģiskajās zinātnēs un medicīnā.

rekombinantā DNS tehnoloģija

Patiešām, laikā no paziņojuma par "cilvēka genoma projekts" tika izveidota pilnīgi jaunu tendenci molekulārās ģenētikas, kas kļuva pazīstams kā "ģenētiskās inženierijas" vai "rekombinantās DNS tehnoloģiju".Pēdējo var iedalīt divās lielās jomās: DNS klonēšanas paņēmieni un DNS analīzes metodes, galvenokārt nukleotīdu secības noteikšana DNS molekulā.

DNA Cloning klonēšana DNS in vivo( in vivo) ietver 6 posmus:

1) lai iegūtu DNS fragmentus ieskaitot gēnu vai to daļu ar restriktāzes;

2) fragmentu rekombinācija;

3) DNS fragmenta ievietošana vektorā;

4) transformācija ar saimniekorganisma vektoru;

5) rekombinantā vektora skrīnings;

6) interesantu klonu pētnieku atlase.

Koncepcija par restrikcijas fermentiem

Katrā cilvēka hromosomā ir tikai viena nepārtraukta DNS daļa. Ir grūti iepakot, lai ietilptu hromosomā.Ir praktiski neiespējami manipulēt ar šī garuma DNS molekulu. Tāpēc atklājums 70. gados. XX gadsimts.Īpaši baktēriju fermenti, kas DNS sadalīja atsevišķos fragmentos, bija ļoti nozīmīgi. Fermenti ir saukti par restrikcijas fermentiem vai endonukleāzes. Baktērijās šie fermenti kalpo, lai aizsargātu pret svešās DNS ieiešanu šūnā.

DNS fragmentu rekombinācija

Restrictases pārgriež abus DNS virzienus, kas tādēļ veido vai nu neelastīgus, vai lipīgus galus. DNS no viena organisma sagriež ar ierobežošanu ferments, kas ir specifiski noteiktās vietās, tāpēc šī DNS pēc restrikcijas( ko sauc arī hidrolīzes) vienmēr sniegs vienu un to pašu kopu fragmentiem. Ja jūs izmantot vienu restriktāzes griešanas DNS no dažādām organismu veids, kopa flīzēm būs atšķirīgs, bet secība nukleotīdus jomā tiks gabalos visu to pašu un, tādējādi, papildina viens otru, veidojot fragmentu ir lipīgi galiem. Pēdējais sauc lipīga, jo komplementaritātes tie var savienot ar citiem fragmentiem ar tādu pašu restriktāzes vai citu restriktāzes kas veido tādu pašu mērķi veidojas. Faktu kombinācija ar lipīgiem komplementāriem galiem tiek paātrināta un stabilizēta ar īpašu fermentu, ko sauc par ligāzi. Tādējādi, ja ierobežojums ferments, lai samazinātu DNS divu dažādu veidu un samaisa fragmentus, tas var būt pilnīgi jauns, ne esošās dabiskajā vidē rekombinantās DNS molekulas.

Lai izpētītu pētniekam interesējošu DNS fragmentu, tas jāreizina. To var izdarīt, izmantojot divas dažādas metodes, pārvietojot to uz saimniekorganismu vai reizinot to in vitro( in vitro).

ieviešana DNS fragmentu uz saimniekorganisma šūnā, izmantojot

vektoru, lai pārvietotos DNS fragments saimniekorganisma šūnā parasti izmanto īpašu dizainu, kuras sauc par vektoriem. Visbiežāk izmantotie vektori ir baktēriju vielas, bakteriofagi, bakteriālās un rauga mākslīgās hromosomas. Nesen tika ierosināts izmantot cilvēka mākslīgās hromosomas kā vektorus. Creating

genoma bibliotēkas

Restriction no genoma DNS fragmentiem un klonēšanu fragmentus, izmantojot dažādus vektorus veidoja pamatu veidošanās genoma bibliotēku.Šim nolūkam genoma DNS tiek griezts vai, teiksim, īpašu restriktāzes šķeļ un tā rezultātā fragmenti klonēti, izmantojot dažādus vektori, kas tiek izmantoti, lai rekombinanto DNS metodes. Genoma bibliotēkā jāietver ne tikai gēni, bet arī visi nekodētie DNS, kas atrodas starp gēniem. Tā kā gremošana ar ierobežojošo enzīmu nav pilnīga, veidojas DNS fragmenti ar daļēji pārklājošām nukleotīdu sekvencēm. Tas atvieglo nāvējošās DNS fragmenti( DNS dzīvā ķermenī) pēc tam, kad tiek atjaunots fragments. Papildus genomu bibliotēkām ir arī cDNA bibliotēkas.

klonēšana DNS sekvences, izmantojot polimerāzes ķēdes reakciju( PCR)

turklāt aprakstīto metodi klonēšanas DNS sekvences in vivo, ir arī metode in vitro klonēšanu, ko sauc par polimerāzes ķēdes reakcijas( PCR).

Priekšnoteikums PCR veikšanai ir knot nukleotīdu secību, kas nosaka klonēto sekvenci. Attiecībā uz PCR vispirms sintezēt pāris tā saukto praimeriem, kas ir īss nukleotīdu secība papildina DNS fragmentu pavairoti.

Pēc sadalīšanas divās pētītā DNS fragmenta daļās reakcijas maisījumam pievieno vielas, kuras papildus ir saistītas ar attiecīgajām šo virkņu daļām. Tad seko jaunizveidoto DNS ķēžu atdalīšana, izmantojot temperatūras apstrādi. Uz jaunizveidotajiem DNS fragmenta virzieniem papildinošie pavedieni atkal tiek pabeigti, izmantojot DNS polimerāzes fermentu.

piemērs var atkārtot bezgalīgi vai līdz beidzas brīvo nukleotīdus reakcijas maisījuma, bet parasti 20-30 cikli pietiekami, lai saņemtu pietiekamu daudzumu pārbaudāmās DNS fragmentiem par visiem turpmākiem manipulācijas šo fragmentu.