Nedržavni tipi dediščine

Znano je veliko število dednih bolezni zaradi sprememb DNA, vendar nimajo Mendelovega značaja dedovanja. Spodaj bomo pretehtali mitohondrijsko dediščino bolezni in mitohondrijev ter vtisnili.

Mitohondrijska dediščina in mitohondrijske bolezni

Mitohondrije so celični organeli. Mitohondrije imajo dve zelo specializirani membrani - zunanjo in notranjo, molekulo obročka DNA, pa tudi lastne sisteme prepisovanja in prevajanja. Vsaka celica vsebuje več sto mitohondrij. Izvajajo številne pomembne verige biokemičnih reakcij, od katerih so posebni pomen reakcije energetskega presnovka celice.

Kot že rečeno, imajo mitohondrije svojo DNA, vsaka mitohondrija vsebuje 10 ali več molekul DNA.Genoma mitohondrijske DNA( mgDNA) je popolnoma dešifrirana.

Motnje interakcije med mitohondrijskim in jedrskim genom povzročajo različne mitohondrijske patologije.

Ker je mtDNA vsebovana v citoplazmi celic, je podedovana le na materni liniji. V citoplazmi jajca je na tisoče mitohondrije in posledično več deset tisoč mtDNA molekul. Hkrati v spermatozoonu. Samo nekaj mtDNA molekul, ki ne spadajo v oplojeno jajce. Zato moški dedujejo mtDNA od svojih mater, vendar jih ne prenesejo na svoje potomce. Ta vrsta dedovanja se imenuje materinska dediščina ali materinska dediščina.

Običajno so vse kopije mtDNA enake, in ta pogoj se imenuje homoplazmi. Včasih se pojavijo mutacije v mtDNA.Zaradi neučinkovitega dela mitohondrijske DNA polimeraze in sistemov popravil se mutacije v mtDNA pojavljajo 10-krat pogosteje kot pri jedrski DNK.Pojav mutacij v eni od mtDNK molekul lahko privede do pojava dveh populacij mtDNK v celici se imenuje geteroplaziey. Zaradi celične delitve mutantna mtDNA vstopi v druge celice, kjer se še naprej množi.

Energijske potrebe različnih tkiv v telesu so drugačne. Najbolj poraba energije je živčni sistem. Zato na ta sistem prvenstveno vplivajo mitohondrijske bolezni. Razvrstitev

mitohondrijske bolezni temelji na dveh načelih:

1) mutiranega proteina, ki sodeluje pri energetskem oksidativne fosforilacije;

2) ali je mutirana mtDNA ali jedrska DNA kodirana.

Razred I mitohondrijskih bolezni vključuje atrofijo Leberjevih diskov optičnih živcev. Bolezen se manifestira kot akutna ali subakutna izguba osrednjega vida zaradi atrofije optičnih živcev. Bolezen se lahko začne v otroštvu in v starosti. Pri nekaterih bolnikih se atrofija optičnih živcev združi s simptomi encefalomiopatije. Leberjeva optična atrofija Mutacija mtDNA genov, ki kodirajo podenote kompleksnega I.

Ta razred povzročilo nanaša Leigh bolezen( subakutni nekrotizirajoči encefalomiopatija).Leiaov sindrom se pojavi samo, če je mutirana mtDNA vsaj 90% celotne mTDNK.Če je odstotek mutirane DNA nižji, se pojavi sindrom nevropatije, ataksije in pigmente retinitisa.

sindrom nevropatija, ataksija in pigmentnoznega mrežnice distrofija( NARP) lahko kaže v otroštvu in pozneje, dokler 2. desetletju življenja. Poleg patologije, ki je šla dol v imenu sindroma, lahko bolniki demence, epileptični napadi, motosensornaya nevropatijo, izgubo sluha.

sindrom mioklonus epilepsija in raztrgane rdečih mišičnih vlaken( MERRF), ki se kaže epilepsije, demence, ataksijo in miopatija zgodi v primeru mutacijo v genu za tRNA.Sindrom se lahko kaže v otroštvu in odraslosti. Poleg teh simptomov, ko MERRF bolniki sindrom včasih opazili senzorinevralne izgubo sluha, demence, atrofija vidnega živca, spastično diplegia. Ponavadi na tem sindromom razkriva eksplicitno heteroplasmy tako izrazno sindrom razlikuje bistveno.

Druga sindrom s točko nadomestnih gena tRNA povzročil - sindrom in mitohondrijskih encephalomyopathies giba epizode( MELAS).Ima tudi heteroplazmo, zato se ekspresivnost sindroma precej razlikuje. Glavni klinični znaki vključujejo encephalomyopathies, giba stanje, običajno prehodna, z obnovo funkcij, epileptični napadi, ataksija, mioklonus, epilepsijo, migrenskih glavobolov.

K mitohondrijske bolezni z delecijami ali podvajanj, vključujejo Kearns-Sayre sindrom( miopatija, cerebelarna motnje in srčno popuščanje), Pearsonov sindrom( pancitopenija, laktacidoze in pankreasne insuficience), kot tudi kronična progresivna zunanjo oftalmoplegije, kaže opustitevstoletje. Oslabljeno interakcija

med jedrskimi in mitohondrijske genomov razložiti sindrom tanjšanja mtDNK in sindrom delitev multipla mtDNK.Oba teh pogojev sta podedovana kot avtosomni prevladujoči znaki, zato so verjetno vzrok mutacije jedrskih genov.

mitohondrijskih bolezni dihal verižne mutacije povzročijo v jedrskih genov lahko razdelimo v dve skupini - in mitohondrijske miopatije, mitohondrijskih encephalomyopathies. Te bolezni so podedovali kot Mendlove lastnosti, vendar zaradi pomanjkanja encimov, ki pripadajo enemu izmed kompleksov dihalne verige mitohondrijev. Genetsko vtisnjenje

so trenutno trije znani razred izjem Mendlovo pravila identiteta hibridi 1. generacije. Prva izjema je bila znana že dolgo in je povezana z dediščino X.

drugič, le da je razlog se nanaša na lastnosti, ki jih geni mtDNK, ki imajo tako imenovano mater dediščino določenih. V središču teh dveh razredov odklona od Mendelian dediščino so razlike v genetski prispevek staršev v genotipa potomcev. V-X povezan dediščino potomcev lahko dobijo samo kromosom X od matere, medtem ko je oče ali iz kromosomov X ali Y. Ko mitohondrijska dedovanje zigota nastala z združitvijo reproduktivnih celic, in dobi mitohondrije ki je v svojem mtDNK le skozi jajce.

zadnjem času, genetika in embriologijo opisano tretjo izjemo - Genetsko vtisnjenje, kjer sta oba starša prenašajo na potomce popolnoma enake gene, vendar so ti geni so posebni odtis spolni starši, očetovi in ​​mater geni se aktivirajo ali potlačena( zatreti, blokiran) med gametogenezo na različne načine. Tako je v nekaterih primerih pomembno, od katerega od staršev je gen podedovan.

izraz "odtis"( odtis - "znamka") prvič predlagal leta 1960 Crows iz Columbia University v ZDA.

Genetsko vtisnjenje ima posebno mesto med posebnih mehanizmov regulacije genske aktivnosti v zgodnjih fazah razvoja, ki izhajajo iz razlik v izražanju homolognih mame in očeta alelov. Kasnejši genska sprememba lahko privede do dejstva, da bodo spremembe v izražanju genov stabilno prenašajo v razvoj mobilnih generacij. Genetsko vtisnjenje, na primer, lahko spremeni odmerek genov, ki kontrolirajo rast zarodka, celično proliferacijo in diferenciacijo.

primer odtis iz genoma osebe je pravi molarno nosečnost, ki se pojavi, ko se oplojeno jajčece, brez mater kromosomov, dva sperme. Kljub razpoložljivosti celoten sklop diploidnih, zgodnje embriogeneza od zygotes je nenormalno: zarodek tkivo sama po sebi ne tvori. V primeru dvojnega niza mater kromosomov razvili teratom - zarodka tumorja. Samo matični ali samo očetovski genomi ne morejo zagotoviti normalnega razvoja zarodka.

na ravni vtiskanja učinkom organizma ugotovljena v zvezi s prisotnostjo kromosomskih fragmentov ali celih kromosomov enojnih( starševskega ali materinskega) izvora - tako imenovani uniparental disomija( OSA), in sicer je kvalitativno in ne kvantitativno kromosom neravnovesje.

V zadnjih letih intenzivno raziskovali učinek genomske odtis v povezavi z različnimi bolezni, pri ljudeh. Primeri bolezni, ki temeljijo na funkciji motnje z napisom regijah genoma, kar veliko, tako da lahko govorimo o posebni razred človeških bolezni - "odtis bolezni", od katerih je več kot 30.

najbolj prepričljivi podatki, pridobljeni s Prader-Willi sindrom( IPS) inEnzhelmena sindrom( SE), ki ima bistveno drugačne klinične manifestacije, v bistvu podobne molekulsko citogenetski spremembe. Beckwith-Wiedemann

( SBV) precej dobro raziskano z vidika odtis in sindrom ima naslednje glavne značilnosti: macrosomia, macroglossia, popkovna kila, povečana občutljivost za tumorje.

Komunikacija Genetsko vtisnjenje z drugimi človeškimi genetskih motenj na kromosomih ali individualni ravni genov je tudi jasno vidno v trenutno zelo študiral. Tako, na primer, Huntingtonova bolezen in spinnomozzhechkovoy ataksija bolezen pojavi prej in je bolj hudo, če so geni podedovali očetovsko izvor. Nevrofibromatoza, miotonična distrofija, nasprotno, ta bolezen ima zgodnejši pojav in resnost dediščine mutiranih genov pri materi. Nobenega dvoma ni v tem, da bi imeli genomski vtis v etiologiji rasti tumorja.

V zadnjih letih, s pomočjo molekularnih genetskih metod za opazovanje pojava Genetsko vtisnjenje in več dejavnikov bolezni. Na primer, izgovarja očetovski odtis najdemo v atopični dermatitis, mati - v bronhialne astme in atopije pri otrocih. S sladkorno boleznijo, ki je odvisna od insulina, je bila ugotovljena večja verjetnost očetovskega odtiska. Zgoraj

genskim inženiringom

opisane metode molekularne genetike, ki se uporabljajo za identifikacijo genov Mendlovo podedovane človeških bolezni, take metode so del mednarodne "človeškem genomu."Spodaj bomo pretehtali glavne določbe genskega inženiringa in bistvo projekta "Human Genome".

februarja 2001, istočasno v dveh revijah, "Nature" in "znanost", je predstavil rezultate grobi osnutek vse, ne glede na človeški genom prejela med seboj po mednarodnem konzorciju projekta "Genomcheloveka" in zasebno podjetje "Celera", za katere genom projektoseba je trgovsko podjetje. Te publikacije so kljub nepopolnosti projekta pomemben dosežek vseh bioloških znanosti in medicine.

Rekombinantna DNA tehnologija

Dejansko v času objave "projekt človeškega genoma" je nastala popolnoma nov trend v molekularne genetike, ki je postal znan kot "genskega inženiringa" ali "tehnologijo rekombinantne DNA".Slednje lahko razdelimo na dve veliki področji: tehnike kloniranja DNA in metode analize DNA, predvsem določitev nukleotidne sekvence v molekuli DNA.

DNK Kloniranje Kloniranje DNK v in vivo( in vivo) vsebuje 6 stopenj:

1) pridobivanje DNA fragmentov vključno gene ali njihove dele z restrikcijskim encimom;

2) rekombinacija fragmentov;

3) Vstavljanje fragmenta DNA v vektor;

4) transformacija z vektorjem gostiteljskega organizma;

5) presejanje za rekombinantni vektor;

6) izbor zanimivih raziskovalcev klona.

pojem omejevalnimi encimi

V vsakega človeškega kromosoma, obstaja samo ena neprekinjena vijačnica DNA.Težko je pakirati, da se prilega kromosomu. Z molekulo DNA te dolžine praktično ni mogoče manipulirati. Zato odkritje v sedemdesetih letih. XX stoletja. Posebni bakterijski encimi, ki so rezali DNA v ločene fragmente, je bil zelo pomemben. Encimi so imenovali omejitveni encimi ali endonukleaze. V bakterijah ti encimi služijo za zaščito pred vstopom v celico tujih DNK.

rekombinacija DNA fragmente restrikcijskimi encimi reši obe vijačnici DNA, ki tvorijo kot posledica bodisi topim ali lepljive konce. DNA iz enega organizma je rezati z omejitvijo encim, značilnih za nekatere kraje, tako da ta DNA po omejitev( imenovano tudi prebavo), bodo vedno dobili enak nabor fragmentov. Pri uporabi eno vrsto restrikcijsko encimsko rezanje DNA iz različnih organizmov, bo niz ploščic drugačna, vendar zaporedje nukleotidov na terenu se reši na kose vsi enaki in zato medsebojno dopolnjujejo pri tvorbi fragmentov so lepljive koncih. Zadnji se imenuje lepljiva zaradi dopolnjevanja lahko poveže z drugimi fragmenti, ki jih tvorijo isti restrikcijskim encimom ali drugim restrikcijskim encimom, ki tvori enake koncev. Kombinacija fragmentov z lepljivimi komplementarnimi konci se pospeši in stabilizira s posebnim encimom, imenovanim ligaza. Torej če omejitveni encim za rezanje DNA dveh različnih vrst in premešamo fragmente, lahko tvorita popolnoma nov, ki ne obstaja v naravnem okolju rekombinantno DNA molekulo.

Da bi raziskovali fragment DNA, ki je zanimiv za raziskovalca, ga je treba pomnožiti. To lahko storimo z dvema različnima metodama, premestitvijo v gostiteljsko celico ali razmnoževanjem in vitro( in vitro).

uvedba DNA fragmentov v gostiteljsko celico preko

vektorji za premikanje DNA fragment v gostiteljski celici navadno uporabljajo posebne izvedbe, ki se imenujejo vektorji. Najpogosteje uporabljani vektorji so bakterijske snovi, bakteriofagi, bakterijski in kvasni umetni kromosomi. Pred kratkim je bilo predlagano, da se človeški umetni kromosomi uporabljajo kot vektorji. Ustvarjanje

genomske knjižnice

omejevanju genomske DNA fragmentov in kloniranje fragmentov z uporabo različnih vektorjev tvori osnovo za postavitev genomskih knjižnic. V ta namen je genomsko DNA reši ali, recimo, posebno restrikcijski encim prebavi in ​​nastale fragmente kloniramo skozi različne vektorje, ki se uporabljajo za tehnologijo rekombinantne DNA.Genomska knjižnica naj vsebuje ne le gene, temveč tudi vse ne-kodirne DNA, ki se nahajajo med geni. Ker prebava z omejevalnim encimom ni popolna, se tvorijo delci DNA z delno prekrivajočimi nukleotidnimi sekvencami. To olajša naknadno obnovo vzorca lokacije fragmentov v izvorni DNA( DNA v živem telesu).Poleg genomskih knjižnic so tudi knjižnice cDNA.

Kloniranje DNA sekvence z uporabo polimerazne verižne reakcije( PCR)

Nadalje je opisan postopek za kloniranje DNA sekvence in vivo, je tudi postopek za in vitro kloniranje, imenovane verižna reakcija s polimerazo( PCR).

Predpogoj za izvajanje PCR je poznavanje zaporedja nukleotidov, ki določajo klonirano zaporedje. Za PCR najprej sintetiziranje par ti primerji, ki so kratki nukleotidna sekvenca komplementarna DNA fragment razmnožujejo.

Po ločitvi v dve prameni proučevanega fragmenta DNA dodamo snovi reakcijski zmesi, ki so komplementarno povezana z ustreznimi odseki teh pramenov. Nato sledi ločevanju novo nastalih verig DNK s pomočjo temperature. Na novo oblikovane pramene DNA fragmenta so komplementarne pramene ponovno končane z encimom DNA polimeraze.

primer se lahko ponovi v neskončnost oziroma do izčrpanja prostih nukleotidov v reakcijski zmesi, vendar običajno 20-30 dovolj prejeti zadostne količine preiskanih DNA fragmentov v vseh naknadnih manipulacijo tega fragmenta ciklov.