Tipos não estatais de herança

Um número bastante grande de doenças hereditárias devido a mudanças de DNA são conhecidas, mas não possuem o caráter mendeliano da herança. Abaixo, iremos considerar herança mitocondrial de e doenças mitocondriais, bem como a imprimindo.

Herança mitocondrial e doenças mitocondriais

As mitocôndrias são organelas celulares. As mitocôndrias possuem duas membranas altamente especializadas - o exterior e o interior, a molécula de DNA do anel, bem como seus próprios sistemas de transcrição e tradução. Cada célula contém várias centenas de mitocôndrias. Eles realizam uma série de importantes cadeias de reação bioquímicas, das quais as reações do metabolismo energético da célula são de particular importância.

Como já observado, as mitocôndrias possuem seu próprio DNA, cada mitocôndria contém 10 ou mais moléculas de DNA.O genoma do DNA mitocondrial( mgDNA) é completamente decifrado.

Perturbação da interação entre os genomas mitocondriais e nucleares causa uma variedade de patologias mitocondriais.

Uma vez que o mtDNA está contido no citoplasma das células, ele é herdado apenas na linha materna. No citoplasma de um ovo, existem milhares de mitocôndrias e, consequentemente, dezenas de milhares de moléculas de ADNmt. Ao mesmo tempo no espermatozóide Existem apenas algumas moléculas de mtDNA que não caem no ovo fertilizado. Portanto, os homens herdam o mtDNA de suas mães, mas não o transmitem aos seus descendentes. Este tipo de herança é chamado de herança materna ou herança materna.

Normalmente, todas as cópias de mtDNA são idênticas, e essa condição é chamada de homoplasmia.Às vezes, mutações ocorrem no mtDNA.Devido ao trabalho não muito perfeito de DNA polimerase mitocondrial e sistemas de reparação, as mutações no mtDNA aparecem 10 vezes mais frequentemente do que no DNA nuclear. A aparência de uma mutação em uma das moléculas de mtDNA pode levar ao surgimento de duas populações de mtDNA na célula, que é chamado de heteroplasia. Como resultado da divisão celular, o mutante mtDNA entra em outras células, onde continua a se multiplicar.

As necessidades de energia de diferentes tecidos do corpo são diferentes. O consumo de energia é o sistema nervoso.É por isso que este sistema é afetado principalmente por doenças mitocondriais.

A classificação das doenças mitocondriais baseia-se em dois princípios:

1) o envolvimento de uma proteína mutante nas reações energéticas da fosforilação oxidativa;

2) se o ADNmt ou ADN nuclear mutante está codificado.

A classe I de doenças mitocondriais inclui atrofia dos discos de Leber dos nervos ópticos. A doença manifesta-se como perda aguda ou subaguda da visão central devido à atrofia dos nervos ópticos. A doença pode começar tanto na infância como na velhice. Em alguns pacientes, a atrofia dos nervos ópticos é combinada com os sintomas da encefalomiopatia. Atrofia dos nervos ópticos de Leber é causada por mutações em genes de mtDNA que codificam as subunidades do complexo I.

A síndrome de Leia( encefalomiopatia necrotizante subaguda) pertence a esta classe. A síndrome Leia ocorre apenas quando o mutante mtDNA é pelo menos 90% do mtDNA total. Se a porcentagem de DNA mutante for menor, então aparece uma síndrome de neuropatia, ataxia e retinite pigmentar.

A síndrome de neuropatia, ataxia e distrofia pigmentar da retina( NARP) pode se manifestar tanto na infância quanto mais tarde, até a 2ª década de vida. Além da patologia incluída no nome da síndrome, os pacientes podem ter demência, convulsões, neuropatia motor-sensorial e perda auditiva.

Myoclonia-epilepsia e fibras musculares vermelhas rasgadas( MERRF), que se manifesta pela epilepsia, demência, ataxia e miopatia, ocorre no caso de uma mutação no gene do ARNt. A síndrome pode se manifestar na infância e na idade adulta. Além desses sintomas, em pacientes com síndrome de MERRF, perda auditiva neurosensorial, demência, atrofia dos nervos ópticos, a diplegia espástica às vezes é observada nos pacientes. Geralmente, essa síndrome revela heteroplasmia pronunciada, portanto a expressividade da síndrome varia dramaticamente.

Outra síndrome causada pela substituição pontual no gene do ARNt é a síndrome de encefalomiopatia mitocondrial e episódios de AVC( MELAS).Ele também tem heteroplasmia e, como resultado, a expressividade da síndrome varia bastante. As principais manifestações clínicas incluem encefalomiopatia, condições de acidente vascular cerebral, geralmente transitórias, com restauração da função, convulsões, ataxia, mioclonia e epilepsia, dores de cabeça semelhantes à enxaqueca.

doenças mitocondriais

K causadas por deleções ou duplicações incluem síndroma de Kearns-Sayre( miopatia, desordens do cerebelo e insuficiência cardíaca), síndrome de Pearson( pancitopenia, acidose láctica, e a insuficiência pancreática), bem como oftalmoplegia externa progressiva crónica, que se manifesta omissãoséculo.

A interação entre genomas nucleares e mitocondriais explica a síndrome de depleção de mtDNA, bem como a síndrome de múltiplas divisões de mtDNA.Ambas estas condições são herdadas como sinais autossômicos dominantes, portanto, as mutações dos genes nucleares são provavelmente a causa.

doenças da cadeia respiratória mitocondrial causadas por mutações nos genes nucleares podem ser agrupados em dois grupos - e miopatias mitocondriais, encefalomiopatias mitocondriais. Essas doenças são herdadas como sinais mendelianos, mas devido à inadequação de enzimas que entram em um dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial.

Impressão genômica

Até à data, existem três classes de exceções à regra Mendeliana para a identidade de híbridos na 1ª geração. A primeira exceção é conhecida há muito tempo e está associada à herança ligada ao X.

O segundo, que acabamos de discutir, diz respeito às características identificadas pelos genes de mtDNA que possuem uma chamada herança materna. Essas duas classes de desvios da herança mendeliana baseiam-se em diferenças na contribuição genética dos pais para o genótipo da prole. Na herança ligada ao X da prole só pode obter cromossomo X da mãe, enquanto o pai ou a partir do cromossomo X ou Y. Quando o zigoto herança mitocondrial formada pela fusão de células reprodutivas, e recebe uma mitocôndrias contida em sua mtDNA apenas através do ovo.

Recentemente, genética e da embriologia descrito terceiro excepção - imprinting genômico, onde ambos os pais são transmitidos à descendência genes absolutamente idênticas, mas estes genes são pais cunho sexuais específicos, genes paternos e maternos são activados ou suprimida( suprimida, bloqueada) durante a gametogese de maneiras diferentes. Assim, em alguns casos, é importante de qual dos pais o gene é herdado.

O termo imprinting( impressão) foi proposto pela primeira vez em 1960 pela Crouse of Columbia University nos Estados Unidos.

A impressão genômica ocupa um lugar especial entre os mecanismos específicos que regulam a atividade gênica nos estágios iniciais do desenvolvimento, levando a diferenças na expressão de alelos homólogos maternos e paternos homólogos. Alterações genéticas subseqüentes podem levar ao fato de que as mudanças na expressão gênica serão transferidas de forma estável durante o desenvolvimento de gerações celulares. A impressão genômica, por exemplo, pode alterar a dose de genes que controlam o crescimento embrionário, a proliferação celular e a diferenciação.

exemplo imprinting de um genoma de uma pessoa é um verdadeiro gravidez molar, que ocorre quando um óvulo fertilizado, desprovido de cromossomos maternos, dois espermatozóides. Apesar da presença de um conjunto diploide completo, a embriogênese precoce de tais zigotos procede anormalmente: os tecidos do próprio embrião não são formados. No caso de um conjunto duplo de cromossomos maternos, desenvolve-se um tumor teratoma-embrionário. Somente os genomas maternos ou paternos não são capazes de garantir o desenvolvimento normal do embrião.

no efeito organismic nível imprinting observada em ligação com a presença de fragmentos cromossómicos ou cromossomas inteiros individuais( paternos ou maternos) origem - o chamado uniparental dissomia( OSA), ou seja, há um qualitativa, em vez de um desequilíbrio quantitativo cromossoma.

Nos últimos anos, o efeito da impressão genômica tem sido intensamente estudado em conexão com várias patologias em seres humanos. Exemplos de doenças que se baseiam na função desordem das regiões impressas do genoma, muito, para que possamos falar de uma classe especial de doenças humanas - "doenças imprinting", dos quais há mais de 30.

dados mais convincentes obtidos com síndrome de Prader-Willi( IPS) eo síndrome de Engelman( SE), que, com manifestações clínicas significativamente diferentes, possui basicamente alterações moleculares citogenéticas semelhantes. Beckwith-Wiedemann

( SBV) bastante bem estudada em termos de impressão e síndrome que tem as seguintes características principais: macrossomia, macroglossia, hérnia umbilical, susceptibilidade aumentada para tumores.

A associação de impressão genômica com outra patologia hereditária humana ao nível dos cromossomos ou genes individuais também é claramente rastreada e atualmente está sendo amplamente estudada. Assim, por exemplo, com a ataia da caroeira da chore e Huntington, a doença ocorre mais cedo e ocorre mais severamente se os genes hereditários forem de origem paterna. Na neurofibromatose, a distrofia miotônica, pelo contrário, a doença tem início precoce e um curso intenso com a herança de genes mutantes da mãe. Não há dúvida sobre a implicação da impressão genômica na etiologia do crescimento tumoral.

Nos últimos anos, com a ajuda de métodos genéticos moleculares, o fenômeno da impressão genômica tem sido observado em doenças multifatoriais. Por exemplo, a impressão epitelial claramente expressa é encontrada na dermatite atópica, materna - com asma brônquica e atopia em crianças. Com diabetes mellitus insulino-dependente, foi encontrada maior probabilidade de imprimindo paterno.

GENE ENGINEERING

Métodos de genética molecular foram descritos acima que são usados ​​para identificar genes de doenças hereditárias humanas mendicantes, tais métodos estão incluídos no programa internacional "Genoma Humano".Abaixo, vamos considerar as principais disposições da engenharia genética e a essência do projeto "Genoma Humano".

Em fevereiro de 2001, simultaneamente em duas revistas, "Natureza" e "Ciência", os resultados do rascunho de todo o genoma humano, obtidos independentemente um do outro por um consórcio internacional, o projeto "Genoma Humano" e a empresa privada "Celera", para o qual o projeto do genomapessoa é uma empresa comercial. Essas publicações, apesar da incompletude do projeto, são uma conquista significativa de todas as ciências biológicas e medicamentos.

Tecnologia de DNA Recombinante

Na verdade, no momento em que o programa "Genoma Humano" foi lançado, foi formada toda a tendência de genética molecular, denominada "engenharia genética" ou "tecnologia de DNA recombinante".O último pode ser dividido em duas grandes áreas: técnicas de clonagem de DNA e métodos de análise de DNA, principalmente a determinação da sequência de nucleótidos na molécula de DNA.

Clonagem de DNA

A clonagem de DNA in vivo( em um organismo vivo) envolve 6 etapas:

1) obtendo fragmentos de DNA, incluindo genes ou partes dos mesmos, usando enzimas de restrição;

2) recombinação de fragmentos;

3) Inserção de um fragmento de DNA em um vetor;

4) transformação com o vetor do organismo hospedeiro;

5) rastreio para o vetor recombinante;

6) seleção de interessados ​​pesquisadores de clones.

O conceito de enzimas de restrição

Em cada cromossomo humano, existe apenas uma cadeia contínua de DNA.É difícil empacotar para caber no cromossomo.É praticamente impossível manipular com uma molécula de DNA desse comprimento. Portanto, a descoberta na década de 70.Século XX.enzimas bacterianas especiais que cortaram o DNA em fragmentos separados, foram muito relevantes. Enzimas foram denominadas enzimas de restrição ou endonucleases. Nas bactérias, essas enzimas servem para proteger contra a entrada na célula de DNA estranho.

Recombinação de fragmentos de DNA

Restrictases cortar ambos os fios de DNA, que, como resultado, formam extremidades contundentes ou pegajosas. O DNA de um organismo é cortado por uma enzima de restrição específica em locais estritamente definidos, portanto, esse DNA após restrição( que também é chamado de digestão) sempre dará o mesmo conjunto de fragmentos. Se um tipo de enzima de restrição é usado para cortar o DNA de diferentes organismos, então o conjunto de fragmentos será diferente, mas a sequência de nucleotídeos nos locais de corte será a mesma para todos os fragmentos e, conseqüentemente, complementar uns aos outros quando se formarem fragmentos de extremidade adesiva. Os últimos são chamados de pegajosos, porque, devido à sua complementaridade, podem ser combinados com outros fragmentos formados pela mesma enzima de restrição ou outra endonuclease de restrição, que forma as mesmas extremidades. A combinação de fragmentos com extremidades complementares pegajosas é acelerada e estabilizada por uma enzima especial chamada ligase. Assim, se uma única enzima de restrição é cortada em DNA de duas espécies diferentes e fragmentos mistos, então uma molécula de DNA recombinante completamente nova, que não existe em condições naturais, pode se formar.

Para explorar um fragmento de DNA de interesse para um pesquisador, ele deve ser multiplicado. Isso pode ser feito por dois métodos diferentes, movendo-o para a célula hospedeira ou multiplicando-o in vitro( in vitro).

Introdução de fragmentos de DNA em uma célula hospedeira usando vetores

Para mover um fragmento de DNA para uma célula hospedeira, construções especiais são comumente usadas, que são chamadas de vetores. Os vetores mais utilizados são substâncias bacterianas, bacteriófagos, bactérias e fermentos cromossomos artificiais. Recentemente, propôs-se a utilização de cromossomos artificiais humanos como vetores.

Criação de bibliotecas genômicas de

A restrição do DNA genômico em fragmentos e clonagem de fragmentos com a ajuda de vários vetores criou a base para a formação de bibliotecas genômicas. Para fazer isso, o DNA genômico é cortado ou, como eles dizem, digerido com uma certa enzima de restrição, e os fragmentos formados são clonados por meio de diferentes vetores, para os quais são utilizados métodos de DNA recombinante. A biblioteca genômica deve conter não apenas genes, mas também todos os DNA não codificantes localizados entre os genes. Como a digestão com uma enzima de restrição não é completa, de modo que se formam fragmentos de DNA com seqüências de nucleótidos parcialmente sobrepostas. Isso facilita a posterior restauração do padrão de localização de fragmentos em DNA nativo( DNA no corpo vivo).Além das bibliotecas genômicas, existem bibliotecas cDNA.

Clonagem de sequências de ADN por reação em cadeia da polimerase( PCR)

Além do método descrito para a clonagem de seqüências de DNA in vivo, há também um método de clonagem in vitro que foi denominado reação em cadeia da polimerase( PCR).

Um pré-requisito para a realização de PCR é conhecer a sequência de nucleotídeos que determinam a sequência clonada. Para a realização de PCR, é necessário sintetizar um par de chamados primers, que são sequências curtas de nucleótidos que são complementares das seqüências do fragmento de DNA sendo replicadas.

Após separação em duas cadeias do fragmento de DNA estudado, são adicionadas substâncias à mistura de reação que estão associadas de forma complementar às seções correspondentes dessas madeixas. Em seguida, segue a separação das cadeias de DNA recém formadas por meio de um tratamento de temperatura. Para as cadeias recém formadas do fragmento de DNA, as cadeias complementares são novamente completadas utilizando a enzima ADN polimerase.

Isto pode ser repetido indefinidamente ou até os nucleotídeos livres serem esgotados na mistura reaccional, mas geralmente 20-30 ciclos são suficientes para obter uma quantidade suficiente do ADN do fragmento a ser estudado para qualquer manipulação subsequente deste fragmento.