Tipuri de moștenire nestatale

Un număr destul de mare de boli ereditare datorate modificărilor ADN sunt cunoscute, însă nu au caracterul mendelian al moștenirii. Mai jos se va discuta mostenire mitocondriala si boli mitocondriale, precum și amprentare.

Maternitatea mitocondrială și afecțiunile mitocondriale

Mitochondria sunt organele celulare. Mitochondria are două membrane foarte specializate - molecula exterioară și interioară, molecula ADN inel, precum și propriile sisteme de transcriere și traducere. Fiecare celulă conține câteva sute de mitocondrii. Ei efectuează o serie de lanțuri de reacții biochimice importante, dintre care reacțiile metabolismului energetic al celulei sunt de o importanță deosebită.

După cum sa menționat deja, mitocondriile au propriul lor ADN, fiecare mitocondrie conține 10 sau mai multe molecule de ADN.Genomul ADN mitocondrial( mgDNA) este complet descifrat.

Disturbarea interacțiunii dintre genomul mitocondrial și cel nuclear provoacă o varietate de patologii mitocondriale.

Din moment ce mtDNA este conținută în citoplasma celulelor, ea este moștenită numai pe linia maternă.În citoplasma unui ou, există mii de mitocondrii și, în consecință, zeci de mii de molecule de mtADN.În același timp, în spermatozoid Există doar câteva molecule de mtADN care nu cad în ovul fertilizat. De aceea, oamenii mostenesc mtDNA de la mamele lor, dar nu-l transmit pe descendentii lor. Acest tip de moștenire se numește moștenire maternă sau moștenire maternă.

În mod normal, toate copiile lui mtDNA sunt identice, iar această condiție se numește homoplasmie. Uneori apar mutații în mtADN.Datorită muncii foarte nefavorabile a sistemului polimerazei ADN mitocondriale și a sistemelor de reparații, mutațiile din ADN-ul mtDNA apar de 10 ori mai des decât în ​​ADN-ul nuclear. Apariția mutatii intr-una dintre molecule mtDNA poate duce la apariția a două populații de ADNmt într-o celulă se numește geteroplaziey. Ca urmare a diviziunii celulare, mtDNA mutant intră în alte celule, unde continuă să se înmulțească.

Nevoile de energie ale diferitelor țesuturi ale corpului sunt diferite. Cel mai consumator de energie este sistemul nervos. Acesta este motivul pentru care acest sistem este în primul rând afectat de boli mitocondriale. Clasificarea

a bolii mitocondrial se bazează pe două principii:

1) proteina mutanta implicată în fosforilarea oxidativă energiei;

2) dacă codul mtADN mutant sau ADN-ul nuclear este codificat. Clasa I

a bolilor mitocondriale include atrofia discurilor Leber ale nervilor optici. Boala se manifestă ca o pierdere acută sau subacută a vederii centrale datorată atrofiei nervilor optici. Boala poate începe atât în ​​copilărie, cât și în vîrstă.La unii pacienți, atrofia nervilor optici este combinată cu simptomele encefalomiopatiei.atrofia optica Leber cauzate de mutații ale genelor care codifică mtDNA subunități ale complexului I.

Această clasă se referă boala Leigh( subacute fasceita encephalomyelopathy).Sindromul Leia apare numai atunci când mtADN-ul mutant este de cel puțin 90% din mtADN-ul total. Dacă procentul de ADN mutant este mai mic, apare un sindrom de neuropatie, ataxie și retinită pigmentară.

sindrom neuropatie, ataxie si distrofie retiniană pigmentar( NARP) se poate manifesta în fază incipientă și mai târziu, până la al 2-lea deceniu de viață.În plus față de patologia inclusă în numele sindromului, pacienții pot avea demență, convulsii, neuropatie motor-senzorială și pierderea auzului. Sindromul

mioclonus epilepsie și colțuroase fibre musculare roșii( MERRF), care se manifestă epilepsie, demență, ataxia și miopatie apare în cazul unei mutații în gena pentru ARNt. Sindromul se poate manifesta în copilărie și adult. In plus fata de aceste simptome la pacientii cu sindrom MERRF observate uneori pierderea auzului la nivel neurosenzorial, dementa, atrofia nervului optic, diplegie spastică.De obicei, acest sindrom dezvăluie o heteroplasmă pronunțată, astfel încât expresivitatea sindromului variază dramatic.

Un alt sindrom cauzat de ARNt genei punct de înlocuire - un sindrom si encephalomyopathies mitocondrial timpi episoade( MELAS).El are, de asemenea, heteroplasmie, și, ca rezultat, expresivitatea sindromului variază foarte mult. Manifestările clinice majore includ encephalomyopathies, accident vascular cerebral-stat, de obicei tranzitorie, cu funcții de restaurare, convulsii, ataxie, mioclonii, epilepsie, dureri de cap migrena.

K boli mitocondriale cauzate de deleții sau duplicări includ sindromul Kearns-Sayre( miopatie, tulburări cerebeloase și insuficiență cardiacă), sindromul Pearson( pancitopenia, acidoză lactică și insuficiența pancreatică), precum ophthalmoplegia externe progresivă cronică, manifestată omisiunelea.interacțiune

Afectarea intre genomul nuclear si mitocondrial explica sindromul de epuizare ADNmt si diviziunea sindromul multiple ADNmt. Ambele aceste condiții sunt moștenite ca semne dominante autozomale, prin urmare mutațiile genelor nucleare sunt probabil cauza.

boli mitocondriale lanțului respirator cauzate de mutatii in gene nucleare pot fi grupate în două grupe - si miopatiile mitocondriale, encephalomyopathies mitocondriale. Aceste boli sunt mostenite ca trasaturi Mendel, dar din cauza lipsei de enzime care aparțin uneia dintre complexele lanțului respirator al mitocondriilor.genomică

imprinting sunt în prezent trei clasă cunoscută de excepții reguli Mendel de identitate hibride prima generație. Prima excepție a fost cunoscută de mult timp și este asociată cu moștenirea legată de X.

doilea, numai că luarea în considerare se referă la trăsăturile determinate de gene ale ADNmt, care au o moștenire așa-numita materne.În centrul acestor două clase de deviere de la moștenire Mendel sunt diferențe în contribuția genetică a părinților în genotipul puilor.În moștenire X-linked descendenților se poate obține numai cromozom X de la mama, in timp ce tatal sau din cromozomul X sau Y. Atunci când zigotul moștenire mitocondrială format prin fuziunea celulelor de reproducere, și devine o mitocondriile conținută în ADNmt lor numai prin ou.

Recent, genetica si embriologie descris treia excepție - imprinting genomice, în cazul în care ambii părinți sunt transmise descendenților gene absolut identice, dar aceste gene sunt parinti specifice sexului amprenta, gene paterne si materne sunt activate sau suprimate( suprimate, blocat) în timpul gametogeneza în moduri diferite. Astfel, în unele cazuri, este important din care dintre părinți să fie moștenită gena.

Termenul de imprimare( amprentă) a fost propus pentru prima dată în 1960 de Crouse de la Universitatea Columbia din Statele Unite.

Genomic imprinting are un loc special printre mecanismele specifice de reglementare a activității genei în stadii incipiente de dezvoltare, având ca rezultat diferențe în expresia alelelor materne și paterne omoloage. Modificările genetice ulterioare pot duce la faptul că modificările expresiei genice vor fi transferate în mod constant în timpul dezvoltării generațiilor de celule. Imprimarea genomică, de exemplu, poate modifica doza de gene care controlează creșterea embrionară, proliferarea celulelor și diferențierea.

exemplu imprinting unui genom al unei persoane este o adevărată sarcina molara, care apare atunci cand un ovul fertilizat, lipsit de cromozomi materne, doi spermatozoizi.În ciuda disponibilității unui set complet de diploide, embriogeneza timpurie de zigoți ia anormal: țesut embrion în sine nu formează.În cazul unui dublu set de cromozomi materni, se dezvoltă o tumoră teratom-embrionară.Numai genomul matern sau numai paternă nu este în măsură să asigure dezvoltarea normală a embrionului.

la efectul organismic nivel imprinting observate în legătură cu prezența fragmentelor cromozomiale sau cromozomi întregi singulare( sau paternă materne) origine - așa-numitul uniparental disomiei( OSA), și anume există un dezechilibru cantitativ cromozom calitativ și nu.

În ultimii ani, efectul amprentei genomice a fost intens studiat în legătură cu diferite patologii la om. Exemple de boli care se bazează pe funcția de tulburare a regiunilor imprimate ale genomului, destul de mult, astfel încât să putem vorbi despre o clasă specială de boli umane - „boli imprimări“, din care există mai mult de 30.

de date, cele mai convingătoare obținute cu sindromul Prader-Willi( IPS) șisindromul Engelman( SE), care, având manifestări clinice semnificativ diferite, are, în esență, modificări moleculare-citogenetice similare. Beckwith-Wiedemann

( SBV) destul de bine studiat in ceea ce priveste întipărire si sindromul avand urmatoarele caracteristici: macrosomie, macroglosia, hernie ombilicala, sensibilitate crescută la tumori.

Comunicare imprinting genomice cu alte tulburari genetice umane asupra cromozomilor sau nivelul genelor individuale este de asemenea vizibilă în mod clar, în prezent, studiată pe larg. Deci, de exemplu, coreea și ataxie spinnomozzhechkovoy boala Huntington apare mai devreme si este mai severă în cazul în care genele sunt moștenite origine paternă.Neurofibromatoza, distrofia miotonică, invers, boala are un debut mai devreme si severitatea moștenirii genelor mutante la mama. Nu există nici o îndoială cu privire la implicarea imprimării genomice în etiologia creșterii tumorale.

În ultimii ani, cu ajutorul unor metode genetice moleculare pentru observarea fenomenului de imprimare genomica si boli multifactoriale. De exemplu, o întipărire paternă pronunțată găsit în dermatita atopică, mama - în astm bronșic și atopie la copii.În cazul diabetului zaharat dependent de insulină, a fost găsită o probabilitate mai mare de imprimare paternă.

GENETIC ENGINEERING

mai sus metode de genetica moleculara, care sunt folosite pentru a identifica gene mendeliană mostenite bolilor umane descrise, aceste metode fac parte din international „genomului uman.“Mai jos vom examina principalele prevederi ale ingineriei genetice și esența proiectului "Genomul uman".

În februarie 2001, simultan în două reviste, „Nature“ și „Știința“, a prezentat rezultatele proiectului dur al tuturor, indiferent de genomului uman a primit una de alta printr-un consorțiu internațional proiect „Genomcheloveka“ și compania „Celera“ privat, pentru care proiectul genomuluipersoană este o întreprindere comercială.Aceste publicații, în ciuda incompletenței proiectului, reprezintă o realizare semnificativă a întregii științe biologice și a medicinei. ADN-ul recombinant

tehnologie

Într-adevăr, în momentul anunțării „Proiectul genomului uman“, sa format o nouă tendință în ansamblu genetica moleculara, care a devenit cunoscut sub numele de „inginerie genetică“ sau „tehnologia ADN-ului recombinant“.Acestea din urmă pot fi împărțite în două mari domenii: tehnici de donare ADN și tehnici de analiză a ADN-ului, se determină în primul rând secvența de nucleotide din molecula de ADN.

DNA Cloning Clonarea ADN-ului in( in vivo) vivo cuprinde 6 etape:

1) obținerea de fragmente de ADN incluzând gene sau părți ale acestora, cu o enzimă de restricție;

2) recombinarea fragmentelor;

3) Introducerea unui fragment ADN într-un vector;

4) transformarea cu vectorul organismului gazdă;

5) screening pentru vectorul recombinant;

6) selectarea cercetătorilor clonați interesanți. Noțiunea

de enzime de restricție

In fiecare cromozom uman, există doar un singur fir continuu a ADN-ului. Este dificil de ambalat pentru a se încadra în cromozom. Este practic imposibil să se manipuleze cu o moleculă de ADN de această lungime. Prin urmare, descoperirea în anii '70.XX secol.enzime bacteriene speciale care taie ADN în fragmente separate, a fost foarte relevantă.Enzimele au fost denumite enzime de restricție sau endonucleaze.În bacterii, aceste enzime servesc pentru a proteja împotriva introducerii în celulă a ADN străin.

Recombinarea ADN-ului fragmentelor Enzimele de restricție taie ambele catene ale ADN-ului care formeaza ca rezultat fie capete boante sau lipicioase. ADN-ul de la un organism este tăiat cu restricția enzimatică specifică pentru anumite locuri, astfel încât acest ADN după restricție( numită și digestie) va da întotdeauna același set de fragmente. Dacă utilizați un tip de restricție de tăiere enzimatică a ADN-ului de la organisme diferite, setul de plăci vor fi diferite, dar secvența de nucleotide din domeniu vor fi tăiate în bucăți toate aceleași și, prin urmare, complementare între ele în formarea de fragmente au capetele lipicioase. Ultimul este numit lipicios din cauza complementarității se pot conecta cu alte fragmente formate de aceeași enzimă de restricție sau o altă enzimă de restricție care formează aceleași capete. Combinând fragmente având capete adezive complementare, este accelerată și stabilizată de o enzimă specifică, numită ligaza. Astfel, în cazul în care o enzimă de restricție pentru a reduce ADN-ul a două tipuri diferite și se amestecă fragmente, se poate forma un complet nou, care nu există în mediul natural al moleculei de ADN recombinant.

Pentru a explora un fragment ADN de interes pentru un cercetător, acesta trebuie multiplicat. Acest lucru se poate face prin două metode diferite, transferându-l spre celula gazdă sau multiplicându-l in vitro( in vitro).

introducerea de fragmente ADN într-o celulă gazdă prin vectori

pentru a muta fragment de ADN într-o celulă gazdă, de obicei folosesc modele speciale, care sunt numite vectori. Vectorii cei mai frecvent utilizați sunt substanțele bacteriene, bacteriofagii, cromozomii artificiali bacterieni și drojdii. Recent, sa propus utilizarea cromozomilor artificiali umani ca vectori. Crearea

biblioteci genomice

Restricționarea fragmentelor de ADN genomic și donarea fragmentelor folosind diferiți vectori formează baza formării bibliotecilor genomice.În acest scop, ADN-ul genomic este tăiat sau, să zicem, o anumită enzimă de restricție digerat și fragmentele rezultate donate prin diferiți vectori care sunt utilizați pentru tehnicile de ADN recombinant. Biblioteca genomică trebuie să conțină nu numai gene, ci și toate ADN-urile care nu sunt codificate, localizate între gene. Deoarece digestia cu o enzimă de restricție nu este completă, se formează fragmente ADN cu secvențe nucleotidice care se suprapun parțial. Acest lucru facilitează restaurarea ulterioară a modelului localizării fragmentelor în ADN-ul nativ( ADN în corpul viu).În plus față de bibliotecile genomice, există biblioteci cADN.

donarea secvențelor de ADN folosind reacția în lanț a polimerazei( PCR)

Mai mult, metoda descrisă de donarea secvențelor de ADN in vivo, există, de asemenea, o metodă de donare in vitro, numita reacție în lanț a polimerazei( PCR).

O condiție prealabilă pentru efectuarea PCR este cunoașterea secvenței de nucleotide care determină secvența clonată.Pentru PCR trebuie sintetiza mai întâi o pereche de așa-numiții primeri, care sunt secvență de nucleotide scurtă complementară fragment ADN propagate.

După separarea în două catene ale fragmentului ADN studiat, se adaugă la amestecul de reacție substanțe care sunt asociate complementar cu secțiunile corespunzătoare ale acestor toroane. Apoi urmează separarea lanțurilor ADN nou formate prin intermediul unui tratament de temperatură.Pentru catenele nou formate ale fragmentului ADN, lanțurile complementare sunt din nou completate utilizând enzima ADN polimerază.

exemplu se poate repeta la nesfârșit sau până la epuizarea nucleotide libere în amestecul de reacție, dar, de obicei 20-30 cicluri suficiente pentru a primi o cantitate suficientă de fragmente de ADN cercetate pentru orice manipulare ulterioară a acestui fragment.