Ikke-statlige typer arv

kjent tilstrekkelig stort antall genetiske sykdommer forårsaket av en forandring i DNA, som imidlertid ikke har noen mendelsk arv karakter. Nedenfor vil det bli diskutert arv mitokondriell og mitokondriell sykdom, så vel som prege.

Mitokondrie arv og mitokondriesykdom

Mitokondrier er cellulære organeller. Mitokondriene er ganske membran to svært - ytre og indre, sirkulære DNA-molekyl, så vel som dens egne transkripsjons- og translasjonselementer systemer. Hver celle inneholder flere hundre mitokondrier. De utførte en rekke viktige biokjemiske kjede av reaksjoner, hvorav spesielt viktig er cellens energiutvekslingsreaksjonen.

Som allerede nevnt, mitokondriene har sitt eget DNA i hver mitokondrie inneholder 10 eller flere DNA-molekyler. Genomet av mitokondrialt DNA( mgDNA) er helt dechifrert.

Forstyrrelse av interaksjon mellom mitokondriell og atom genomene til forskjellige årsaker til mitokondriell sykdom.

Siden mtDNA som finnes i cellenes cytoplasma, det er arvet bare gjennom morslinje. I cytoplasma av egget, er tusenvis av mitokondrier og derfor titusener av mtDNA molekyler. På samme tid har sperm bare noen få mtDNA molekyler, som ikke faller inn under egget er befruktet. Derfor arver mennene mtDNA fra sine mødre, men overlever dem ikke til sine etterkommere. Denne typen arv kalles mors arv eller mors arv.

Normalt er alle kopier av mtDNA identiske, og denne tilstanden kalles homoplasma. Noen ganger forekommer mutasjoner i mtDNA.På grunn av den ikke så perfekt arbeidet med mitokondrielle DNA polymerase mutasjoner og reparerende systemer i mtDNA skje 10 ganger oftere enn i kjerne-DNA.Fremveksten av mutasjoner i ett av mtDNA molekyler kan føre til fremveksten av to populasjoner av mtDNA i en celle, kalles geteroplaziey. Som et resultat av celledeling, går mutantmtDNA inn i andre celler, hvor den fortsetter å formere seg.

Energibehovet til forskjellige vev i kroppen er forskjellig. Den mest energiforbrukende er nervesystemet. Derfor er dette systemet primært påvirket av mitokondrie sykdommer.

klassifisering av mitokondriell sykdom er basert på to prinsipper:

1) mutantprotein involvert i energi oksidativ fosforylering;

2) hvorvidt mutantmtDNA eller nukleært DNA er kodet.

Klasse I av mitokondriske sykdommer inkluderer atrofi av Lebers plater av optiske nerver. Sykdommen manifesterer sig som akutt eller subakutt tap av sentral syn på grunn av atrofi av de optiske nerver. Sykdommen kan begynne både i barndommen og i alderen. Noen pasienter med synsnerven atrofi kombinert med symptomer encephalomyopathies. Lebers optisk atrofi forårsaket av mutasjoner i mtDNA gener som koder for underenhetene i komplekset I.

Denne klassen refererer Leigh sykdom( subakutt nekrotiserende encephalomyelopathy).Leiasyndrom oppstår bare når mutantmtDNA er minst 90% av total mtDNA.Hvis prosentandelen er lavere enn den mutante DNA, manifesterer syndromet nevropati, ataksi og retinitis pigmentosa.

syndrom nevropati, ataksi og pigment netthinnedystrofi( NARP) kan manifestere seg i spedbarnsalder og senere, inntil andre tiåret av livet. Foruten patologi, som gikk ned i navnet på syndromet, kan pasientene være demens, kramper, motosensornaya nevropati, hørselstap.

syndrom myoklonus epilepsi og fillete røde muskelfibre( MERRF), som er manifestert epilepsi, demens, ataksi, og myopati forekommer i tilfelle av en mutasjon i genet for tRNA.Syndromet kan manifesteres i barndommen og voksenlivet. I tillegg til disse symptomene når MERRF syndrom pasienter noen ganger observert sansenevralt hørselstap, demens, synsnerven atrofi, spastisk diplegia. Vanligvis viser dette syndromet uttalt heteroplasm, slik at syndromets uttrykksevne varierer dramatisk.

annen syndrom forårsaket av punkt utbytningsgen tRNA - et syndrom og mitokondrielle encephalomyopathies slag-episoder( Melas).Når det er også observert heteroplasmy, og som en konsekvens, expressiveness av syndromet er ganske variabel. Store kliniske manifestasjoner inkluderer encephalomyopathies, hjerneslag-stat, vanligvis forbigående, med restaurering funksjoner, kramper, ataksi, myoklonus, epilepsi, migrene.

K mitokondriale sykdommer forårsaket av delesjoner eller duplikasjoner omfatte Kearns-Sayre syndrom( myopati, cerebellare forstyrrelser og hjertefeil), Pearson syndrom( pancytopeni, melkesyre acidose, og bukspyttkjertelinsuffisiens), så vel som kronisk progressiv ytre oftalmoplegi, manifestert utelatelseårhundre. Nedsatt

vekselvirkning mellom de nukleære og mitokondrielle genomer forklare mtDNA uttømming syndrom og syndrom delt multi mtDNA.Begge disse forholdene er arvet som autosomale dominerende tegn, derfor er mutasjonene av nukleære gener trolig årsaken.

mitokondriale respirasjonskjeden sykdommer forårsaket av mutasjoner i kjernegener kan grupperes i to grupper - og mitokondrielle myopatier, mitokondrielle encephalomyopathies. Disse sykdommene er arvet som mendelsk egenskaper, men på grunn av mangel på enzymer som hører til en av komplekser av respiratoriske kjeden av mitokondrier. Genomisk imprinting

er for tiden tre kjente klasse av unntakene mendelsk regler identitet hybrider første generasjon. Det første unntaket har vært kjent i lang tid, og det er knyttet til X-koblet arv.

andre, bare at vederlaget er relatert til egenskaper som bestemmes av gener som er av mtDNA, som har en såkalt morsarv. I hjertet av disse to klasser av avvik fra Mendels arvelover er forskjeller i den genetiske bidraget fra foreldre i genotype av avkommet. I X-bundet arv av avkommet kan bare få X-kromosom fra mor, mens far eller fra kromosom X eller Y. Når mitokondrie arv zygote dannet ved sammenslåing av kjønnsceller, og får en mitokondrier som finnes i deres mtDNA bare gjennom egget.

Nylig, genetikk og embryologiens beskrevne tredje unntak - genomisk preging, hvor begge foreldrene er overført til etterkommere helt identiske gener, men disse genene er spesifikke avtrykk sex foreldre, på mannlige og kvinnelige gener er aktivert eller undertrykkes( trykkes, sperret) i løpet av gametogenese på forskjellige måter. Dermed er det i noen tilfeller viktig hvorav av foreldrene genet er arvet.

begrepet "imprinting»( forlaget - «mark») først foreslått i 1960 Crows fra Columbia University, USA.

genomisk preging har en spesiell plass blant de spesifikke mekanismer for regulering av gen-aktivitet i de tidlige stadier av utvikling, noe som resulterer i forskjeller i ekspresjon av homologe maternale og fars alleler. Etterfølgende genetisk modifikasjon kan føre til det faktum at endringer i genekspresjon vil bli stabilt overføres i utviklingen av cellegenerasjoner. Genomisk preging, for eksempel kan endre dosen av gener som styrer embryo vekst, celleproliferasjon og differensiering.

eksempel preging av et genom av en person er en sann molar graviditet, som oppstår når et befruktet egg, blottet for maternale kromosomer, to spermier. Til tross for tilgjengeligheten av et komplett sett med diploid, tidlig embryo av zygotes tar unormalt: embryo vev i seg selv ikke utgjør. I tilfelle av et dobbelt sett med maternelle kromosomer, utvikler en teratom-embryonale tumor. Bare maternale eller eneste paternal genomene er ikke i stand til å sikre normal utvikling av embryoet.

på organismic nivå prege effekt som observeres i forbindelse med nærvær av kromosomale fragmenter eller hele kromosomer enkelt( fars eller maternale) opprinnelse - den såkalte uniparental disomy( OSA), nemlig det er en kvalitativ enn en kvantitativ kromosom ubalanse.

I de senere årene intensivt undersøkte effekten av genomisk imprinting i forbindelse med forskjellige patologier hos mennesker. Eksempler på sykdommer som er basert på sykdommen funksjon av trykt regioner av genomet, ganske mye, slik at vi kan snakke om en spesiell klasse av humane sykdommer - "prege sykdommer", hvorav det er mer enn 30 år

mest overbevisende data som er oppnådd med Prader-Willi-syndrom( IPS) ogEngelman syndromet( SE), som har signifikant forskjellige kliniske manifestasjoner, har i utgangspunktet lignende molekylære cytogenetiske endringer. Beckwith-Wiedemann

( SBV) ganske godt undersøkt med hensyn til preg og syndrom som har de følgende hovedegenskaper: makrosomi, macroglossia, umbilikalhernie, økt mottakelighet for tumorer.

Foreningen av genomisk imprinting med annen human arvelig patologi på kromosomnivået eller individuelle gener er også tydelig sporet og studeres mye. Så, for eksempel med Huntingtons chorea og ryggbrusk ataksi, forekommer sykdommen tidligere og går mer alvorlig dersom arvelige gener er av paternal opprinnelse. I nevrofibromatose, myotonisk dystrofi, tvert imot, har sykdommen et tidligere utbrudd og et tungt kurs med arv av mutantgener fra moren. Det er ingen tvil om implikasjonen av genomisk imprinting i etiologien av tumorvekst.

De siste årene, ved hjelp av molekylære genetiske metoder, har fenomenet genomisk inntrykk blitt observert i multifaktoriske sykdommer. For eksempel finnes tydelig uttrykt fadersprengning i atopisk dermatitt, mor - med bronkial astma og atopi hos barn. Med insulinavhengig diabetes mellitus ble det funnet en høyere sannsynlighet for fadersprengning.

GENETIC ENGINEERING

ovenfor beskrevne fremgangsmåter for molekylær genetikk, som brukes til å identifisere gener mendelsk arvelige sykdommer hos mennesker, er slike fremgangsmåter er en del av den internasjonale "Human Genome".Nedenfor vil vi vurdere de viktigste bestemmelsene i genteknologi og essensen av prosjektet "Human Genome".

I februar 2001, samtidig i to tidsskrifter, "Nature" og "Science", presenterte resultatene av den grove utkast av alle, uavhengig av det menneskelige genom mottatt fra hverandre av et internasjonalt konsortium "Genomcheloveka" prosjektet og det private selskapet "Celera", som genom-prosjektetperson er et kommersielt foretak. Disse publikasjonene, til tross for at prosjektet er ufuldstendig, er en betydelig prestasjon av all biologisk vitenskap og medisin.

Rekombinant DNA-teknologi

Faktisk, ved tidspunktet for kunngjøringen av "Human Genome Project" ble dannet en helt ny trend i molekylær genetikk, som ble kjent som "genetisk engineering" eller "rekombinant DNA-teknologi".Sistnevnte kan deles inn i to store områder: DNA kloning teknikker og DNA analysemetoder, primært bestemmelse av nukleotidsekvensen i DNA molekylet.

DNA Cloning Kloning av DNA in vivo( in vivo) omfatter 6 trinn:

1) oppnåelse av DNA-fragmenter, inkludert gener eller deler derav med et restriksjonsenzym;

2) rekombination av fragmenter;

3) Sette inn et DNA-fragment i en vektor;

4) transformasjon med vektoren av vertsorganismen;

5) screening for den rekombinante vektor;

6) utvalg av interessante klonforskere.

Konseptet med restriksjonsenzymer

I hvert humant kromosom er det bare en kontinuerlig DNA-streng. Det er vanskelig å pakke for å passe inn i kromosomet. Det er praktisk talt umulig å manipulere med et DNA-molekyl av denne lengden. Derfor funnene på 70-tallet. XX århundre.spesielle bakterielle enzymer som kutter DNA i separate fragmenter, var svært relevante. Enzymer har blitt betegnet restriktionsenzymer eller endonukleaser. I bakterier tjener disse enzymene til å beskytte mot inngangen til cellen av fremmed DNA.

Rekombinering av DNA-fragmenter

Restrictaser kutter begge DNA-strengene, som som et resultat danner enten stump eller klissete ender. DNA fra en organisme er kuttet med restriksjonsenzymet som er spesifikke for bestemte steder, slik at dette DNA etter restriksjon( også kalt fordøyelse) vil alltid gi samme sett av fragmenter. Hvis man bruker en type av restriksjonsenzymkuttingen av DNA fra forskjellige organismer, vil det sett av fliser være forskjellig, men sekvensen av nukleotider i feltet vil bli kuttet i stykker alle de samme og derfor komplementære til hverandre i dannelsen av fragmenter som har klebrige ender. Sistnevnte kalles klebrig, fordi de på grunn av deres komplementaritet kan kombineres med andre fragmenter dannet av det samme restriksjonsenzym eller annen restriksjonsendonuklease, som danner de samme ender. Kombinasjonen av fragmenter med klebrig komplementære ender blir akselerert og stabilisert av et spesielt enzym som kalles ligase. Således dannes et helt nytt rekombinant DNA-molekyl, som ikke eksisterer under naturlige forhold, dersom et enkelt restriksjonsenzym kuttes inn i DNA av to forskjellige arter og blandede fragmenter.

For å utforske et DNA-fragment av interesse for en forsker må det multipliseres. Dette kan gjøres ved to forskjellige metoder, flytte det til vertscellen eller multiplisere det in vitro( in vitro).

Introduksjon av DNA-fragmenter i en vertscelle ved bruk av

-vektorer For å flytte et DNA-fragment til en vertscelle, brukes spesielle konstruksjoner, som kalles vektorer. De mest brukte vektorer er bakterielle stoffer, bakteriofager, bakterielle og gjær kunstige kromosomer. Nylig har det blitt foreslått å bruke menneskelige kunstige kromosomer som vektorer. Oppretting

genomiske bibliotek

Restriksjon av de genomiske DNA-fragmenter og kloning av fragmentene ved anvendelse av forskjellige vektorer dannet grunnlaget for dannelsen av genomiske biblioteker. For å gjøre dette, blir genomisk DNA kuttet eller, som de sier, fordøyd av et bestemt restriksjonsenzym, og de dannede fragmentene klones ved hjelp av forskjellige vektorer, for hvilke rekombinante DNA-metoder anvendes. Det genomiske biblioteket skal inneholde ikke bare gener, men også alt ikke-kodende DNA som ligger mellom gener. Siden fordøyelsen med et restriksjonsenzym ikke er fullført, slik at DNA-fragmenter med delvis overlappende nukleotidsekvenser dannes. Dette muliggjør den etterfølgende restaurering av mønsteret av plasseringen av fragmenter i naturlig DNA( DNA i det levende legeme).I tillegg til genomiske biblioteker er det cDNA-biblioteker.

Kloning av DNA-sekvenser ved anvendelse av polymerase-kjedereaksjon( PCR)

Videre er den beskrevne fremgangsmåte for kloning av DNA-sekvenser in vivo, er det også en fremgangsmåte for in vitro-kloning, kalt polymerase kjedereaksjon( PCR).

En forutsetning for å utføre PCR er å kjenne sekvensen av nukleotider som bestemmer den klonede sekvensen. For PCR må et par såkalte primere pre-syntetiseres, som er korte sekvenser av nukleotider komplementære til sekvensene av DNA-fragmentet som blir replisert.

Etter separering av de to tråder av DNA-fragmentene studert i reaksjonsblandingen ble det tilsatt stoffer som komplementært bindes til relevante deler av disse tråder. Deretter følger separeringen av de nylig dannede DNA-kjedene ved hjelp av en temperaturbehandling. Til de nylig dannede strengene i DNA-fragmentet blir komplementære tråder igjen fullført ved bruk av DNA-polymerase-enzymet.

eksempel kan gjentas i det uendelige eller inntil utarming av frie nukleotider i reaksjonsblandingen, men vanligvis 20-30 sykluser nok til å motta en tilstrekkelig mengde av de undersøkte DNA-fragmenter for eventuell senere manipulering av dette fragment.