A DNS szerkezete. Genom kromoszóma gén DNS genotípus - allél. Pontos méretek Watson genomja. J. D. Watson F. H. C. Crick. 2 nm C G

1955: 46 emberi kromoszóma van 1961: mRNS 1975: DNS szekvenálás 1982: gén-bank adatbázisok 1983: PCR (polymerase chain reaction)

J. D. Watson

Mérföldkövek…

F. H. C. Crick

2008 Watson genomja 2003 A Humán Genom Projekt 2 befejezése

1953 DNS szerkezet 1

A DNS szerkezete

Genom – kromoszóma – gén – DNS genotípus - allél

2 nm P

A

O

T

P O

O P

C G

O

G

O

C

O P

P O

A haploid humán kromoszóma szett

3,4 nm 10 bp

P

P

T

A

O

P

„teljes hossz” = 2 m 3

A kromoszóma szerkezete hiszton

4

Pontos méretek ☺

DNS

30 nm

kromoszóma

5

6 https://www.youtube.com/watch?v=9kQpYdCnU14&list=PLAD3DE96CA98E831E&index=4

1

Mi a rendelkezésre álló információ? 15601 15661 15721 15781 15841 15901 15961 16021 16081 16141 16201 16261 16321 16381

ACTCGCTCGT TCATCGTGAG TCTACTCCGA CGTCCCTGTC GCTGGGGCGG CTCGCGACCT CCGTCTGTCT AACAGGCGAC AGCTGGACAG ACACACTGCC GAAGGAGGCT GTGTGTGGGG GATGGAGCCC CCTCTGCGGC

GTGCGTGAGC CCTGGCGGCC GGTGAGCCGC CCTACGGAGG CGGCAGGGGC TCCACCCGCT TGGCGTCTGT TTTGTCAAGC ACAGGCAGAT ACAGCCACTG CACAGCTCGC ACCAGGCCCC ACACTCCACA CAGAGAAAAG

GTGGCCACCG GCCGACCTCC GTCCGGCCGC ACCCGGCGCG GCTGCGCCTT GCGCTGTCTG TATCCAGGAG CCAGTCCCCT GCAGGCTCAG CCCACCACAC AGGGGAGACC TGCTGAGAAC CCAGGTCTGG CAGCTTAGGG

AGCGCGCCCT TCCTCGCTCT ACGAGCATCC ACCCGGCCCC GTCCCTCGGC TCCCCCGACC ATGCCCGTCC CCGTAGCTGG CCCCCTGGCT ACACCTAGTG TGGGCTGGAC CCTGGGGGGA CCCTCGAGTG CTGAGCTGGA

GCAGACGCCC CCTGGTGCTG TCACCTGCTC TTTCTGGTGC GATACACCCA CTCGTTCCTC TTCTATCCAG ATTTCACCTC GCCGTGGGAC CAGATGCTGG AAAACCCAGG AGCCTGAGGG GGTCGGCCTT GACGCGGTGT

A DNS két funkciója:

ACCAACTCCT CCGCTCTTCG CTCGGTTCCC GGAGCTTCCA CCGCCGCCAC TTCTCCTTCC GGACCCCGGA CAGGGCAGCC ACACACACAC CACACCCCCA GGAGGGGAGG GGAATTGGGG GGTGCCAGCC CCCCGACTGT

Replikáció

és a fehérje-szintézis irányítása, azaz: génkifejeződés - génexpresszió

„nyers szekvencia” (Humán Genom Projekt)

„Post-genomic era” 7

8

replikáció

A DNS-funkciói I.

A DNS-funkciói II.

fehérje szintézis

A „Centrális Dogma” 1. A DNS kettős spirál szétnyílik

DNS (génkifejeződés)

2. beilleszkednek a komplementer bázisok 3. két új DNS molekula jön létre

mRNS

fehérje

9

https://www.youtube.com/watch?v=SMtWvDbfHLo&index=1&list=PLAD3DE96CA98E831E

https://www.youtube.com/watch?v=bee6PWUgPo8&index=6&list=PLAD3DE96CA98E831E

A fehérje szintézis genetikai kódja

DNS-szekvenciából fehérjék: a kivágás=splicing variabilitása

második betű

• Kodon (3 mRNS betű), melyből lesz 1 aminosav

U

első betű

Leu

• determinált (egy kodon mindig egy adott aminosavat határoz meg)

C

A

• univerzális (minden élő-

C Ser

Leu

Pro

Ile

Thr

Met Start G

lényben ebből a 20 aminosavból épülnek fel a fehérjék)

Val

Ala

A Tyr

G Cys

Stop Stop His

Stop Trp

Gln

Arg

Asn

Ser

Lys

Arg

Asp Glu

Gly

• vesszőmentes (folyamatos) mRNS

UGCGUUAGCGUGGCCACCGAG

aminosavak

Cys Val Ser Val Ala Thr Glu

11

U C A G U C A G U C A G U C A G

harmadik betű

(pl. UUU = phenylalanine) • redundáns (gyakran több kodon határoz meg 1 aminosavat

U Phe

10

Plomin könyv: A molekuláris genetika "központi dogmája" Box 4.1, keretes szöveg (44. old):

MDIÓEQLAÉÁTOREWWHFIEŐ WLDHRÚŰQOALKÓCOSTWLŐŰ QNOVAQURÜEŰAHFKUTYAMN DPRWTERELIAMNŐRZIUQRT AHQILKAKŐEQWIXYYTRAEQ JANYÁJHÁZATLKÓÜQALTYE 12

https://www.youtube.com/watch?v=rW8NKvQQ8P4&index=10&list=PLAD3DE96CA98E831E

2



Exonok: fehérjéket kódoló szekvenciák Intronok: kivágódnak (nem íródnak át RNS-é) Exon Exon I. II.

Exon II.

kutya

tereli

A

„puli gén”

Exon IV.

Exon V. a

Exon Exon VI. VII. nyáj

Ugyanarról a génrészletről alternatív fehérjék termelődhetnek!

Exon VIII. at

Exon Exon I. II. A

MDIÓEQLAÉÁTOREWWHFIEŐ WLDHRÚŰQOALKÓCOSTWLŐŰ QNOVAQURÜEŰAHFKUTYAMN DPRWTERELIAMNŐRZIUQRT AHQILKAKŐEQWIXYYTRAEQ JANYÁJHÁZATLKÓÜQALTYE

Exon II.

kutya

Exon IV. örzi

„komondor gén”

Exon V. a

Exon Exon VI. VII. ház

Exon VIII. at

MDIÓEQLAÉÁTOREWWHFIEŐ MDIÓEQLAÉÁTOREWWHFIEŐ WLDHRÚŰQOALKÓCOSTWLŐŰ WLDHRÚŰQOALKÓCOSTWLŐŰ QNOVAQURÜEŰAHFKUTYAMN QNOVAQURÜEŰAHFKUTYAMN DPRWTERELIAMNŐRZIUQRT DPRWTERELIAMNŐRZIUQRT AHQILKAKŐEQWIXYYTRAEQ AHQILKAKŐEQWIXYYTRAEQ JANYÁJHÁZATLKÓÜQALTYE JANYÁJHÁZTTTATLKÓÜQA

13

14

A Humán Genom Projekt: 1989-2003 GTCCGGTCCC GGGACCCCCT GCCCAGGGTC AGAGGGGCGC CTACCTAGCT CACGGTCTTG

Humán Genom Projekt

GGCCGGAGGG AATGGAGGAG GGAGCGGGGT CGACCGCTCA GCTGTCCGCC CAGTTTCGGA

Hierarchikus GGCGGCCACG CGAGGATCAA CTGTGCAACGmódszer GGTGGGGCCG CGGCTGACCG TGGTGGTCGC J. WatsonTGCGGGGGGG , a HGP első GGGCGGCGGG elnöke GGGGGCTGAG GGCCAGAGGC ATGAGCTAGG CGTCGGCGGT TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG AGCGGGCGTG MarkerekGGGCAGGGGG , ‘clone by clone ’ technika GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA GGCGAGTCCG CGGGGGAGGC GGGCAGAGCC TGAGCTCAGG TCTTTCTGCG TCTGGCGGAA CGGGCCTGGG AGGGAGGTTT TGCCAGATAC CAGGTGGACT AGGGTGAGCG CCCGAGGGCC

• cél: egyetlen ember haploid (azaz fél) kromoszóma készletének információját TCCTTGTCGG CGCGGACCCC felderíteni.TTTCTCGGGT (nem ismert, hogy ki) GCGCGGCGCC TGGCCACCAC TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC • 1989-benCTCGCTTCAT alapított ‘állami’ szektor CTCTCCCTGC GCAAAATTCC AATACTGGGC • 1992: 1$/bp, 100,000AAGATGAGCA bp/év – reménytelennek tűnt GGCCCCCCTG AGCCGGGGCG GGTCGGGGGC GGGACCAGGG • nemzetközi koordináció 16

GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA GGGCGATGCT GGCCTGCCCG GCATTCGTCC ACGTGCCCGT 15

TCACGGTGGA GCGCCGCGGG

TCCGGCCGGG GCGTGCCCGA GGGGAGGGAC TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG

A HGP „egyenes útja”

Az „alternatív” Humán Genom Projekt

Hogyan keresi a matematikus az oroszlánt a sivatagban?

GTCCGGTCCC GGGACCCCCT GCCCAGGGTC AGAGGGGCGC CTACCTAGCT CACGGTCTTG

GTCCGGTCCC GGGACCCCCT GCCCAGGGTC AGAGGGGCGC CTACCTAGCT CACGGTCTTG Watson által kidolgozott Hierarchikus módszer:


GGCCGGAGGG AATGGAGGAG GGAGCGGGGT CGACCGCTCA GCTGTCCGCC CAGTTTCGGA A Humán genom projekt fő stratégiája a genom hierarchikus

GGCGGCCACG CGAGGATCAA CTGTGCAACG GGTGGGGCCG CGGCTGACCG TGGTGGTCGC

GGCGGCCACG TGGTGGTCGC lebontása CGAGGATCAA mind kisebbCTGTGCAACG és kisebbGGTGGGGCCG szerkezeti CGGCTGACCG egységre, és

GGGGGCTGAG GGCCAGAGGC TGCGGGGGGG GGGCGGCGGG ATGAGCTAGG CGTCGGCGGT

csupán eztGGCCAGAGGC követte a szekvenálási munka. Sokan kritizálták a GGGGGCTGAG TGCGGGGGGG GGGCGGCGGG ATGAGCTAGG CGTCGGCGGT

TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTG GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA

tervet a rendkívül időigényes hierarchikus kiépítése TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTGrendszer GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA

GGCGAGTCCG CGGGGGAGGC GGGCAGAGCC TGAGCTCAGG TCTTTCTGCG TCTGGCGGAA

miatt. GGCGAGTCCG CGGGGGAGGC GGGCAGAGCC TGAGCTCAGG TCTTTCTGCG TCTGGCGGAA A DNS-szekvenálás kivitelezése 500 CGGGCCTGGG AGGGAGGTTTtechnikai TGCCAGATAC CAGGTGGACTmaximum AGGGTGAGCG CCCGAGGGCC betűs sorozatokban Ezért a „végeláthatatlan” GGGACGCACG CACGGGCCGGtörténik. GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC DNSGCTTCAGGGC molekulákat ilyen nagyságrendű darabokra kell bontani,GCGCGGCGCC és CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA TCCTTGTCGG TTTCTCGGGT CGCGGACCCC csupán ezeket a kisebb fragmenteket szekvenálják. A kapott nyers szekvenciákat azután összerakják, és így készül el a végleges szekvencia. A részek összerakása azonban nem TCACGGTGGA GCGCCGCGGG GGCCCCCCTG AGCCGGGGCG GGTCGGGGGC GGGACCAGGG könnyű. 17 GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCTGC GCAAAATTCC AAGATGAGCA AATACTGGGC TCCGGCCGGG GCGTGCCCGA GGGGAGGGAC TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG

A „shotgun” módszer…

CGGGCCTGGG AGGGAGGTTT TGCCAGATAC CAGGTGGACT AGGGTGAGCG CCCGAGGGCC

Shotgun módszer: GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC •A genomotCGCCCCTCCA felszabdalták, ezeket TTTCTCGGGT a darabokat szekvenálták, majd CTGGTCTGGC TCCTTGTCGG CGCGGACCCC GCGCGGCGCC az átfedő szekvenciák segítségével összeillesztették. GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC (a módszer bizonyítottan működött kisebb (bakteriális) genomoknál) GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCTGC GCAAAATTCC AAGATGAGCA AATACTGGGC

• Így a hierarchikus módszert elhagyva egy gyorsabb módszert TCACGGTGGA GCGCCGCGGG GGCCCCCCTG AGCCGGGGCG GGTCGGGGGC GGGACCAGGG dolgozott ki. TCCGGCCGGG GCGTGCCCGA GGGGAGGGAC TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG 18

3

A Humán Genom Projekt eredményei

A Humán Genom eredményei szabadon hozzáférhetők https://www.youtube.com/watch?v=ZvnhZI-GZS4&index=18&list=PLAD3DE96CA98E831E

3000 könyv kellene a DNS-nek (ezer oldalas, egy oldalon ezer betű) Ezt a hatalmas információ-tömeget ezért praktikusan egy szabadon hozzáférhető internetes adatbázisban tárolják.

2001 Első (nyers) genom szekvencia

A szabadon hozzáférhető adatok helye: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/genome/guide/human/index.shtml Click on one of the chromosomes!

50 évvel a DNS kettősspirál megfejtése után…

2003 A HGP befejezése A ‘posztgenomikus’ éra kezdete 19

Összehasonlító vizsgálatok

A “hasznos információ” (gének) a genom 1-2%-át foglalják el! Ma: kb. 18-20.000 fehérje kódoló gén

Orvos-biológiai periódusos rendszer • humán gének • humán fehérjék 21

Csimpánz – emberi genom: kb. 95%-ban azonos

22

A humán genom polimorf jellege Nem rokon emberek között: GAGGGTGCGC GAGGGAGCGC GAGGGAGCGC

azonosság - 99.5% (kb. 3 millió bp különbség) Mutációk és Polimorfizmusok

GAGGGTGCGC

GAGGGTGCGC GAGGGAGCGC

23

Ember és csimpánz:

azonosság ~ 95% 24

4

… amikor a „sajtóhiba” végzetes Sajtóhibák?!

A mutáció: ritka allélváltozatok (1%-nál kisebb gyakoriságú)









TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTG GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA

TGAGTCGGGC GCGGAGTCGG GGGCAGGGGG AGCGGGCGTG GAGGGCGCGC ACGAGGTCGA Desease genes identified





GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC

GGGACGCACG CACGGGCCGG GTAGGATGGC GCTGGCGTCG ATGCCCGCGC GCTTCAGGGC

CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA TCCTTGTCGG TTTCTCGGGT CGCGGACCCC GCGCGGCGCC

CTGGTCTGGC CGCCCCTCCA TCCTTGTCGG TTTCTCGGGT CGCGGACCCC GCGCGGCGCC

GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC

GGGCGATGCT GGCCTGCCCG TGGCCACCAC CTCGCTTCAT TCCCGTCTCT TTGGGCCGCC

GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCTGC GCAAAATTCC AAGATGAGCA AATACTGGGC

GCATTCGTCC ACGTGCCCGT CTCTCCCTGC GCAAAATTCC AAGATGAGCA AATACTGGGC

TCACGGTGGA GCGCCGCGGG GGCCCCCCTG AGCCGGGGCG GGTCGGGGGC GGGACCAGGG

TCACGGTGGA GCGCCGCGGG GGCCCCCCTG AGCCGGGGCG GGTCGGGGGC GGGACCAGGG

TCCGGCCGGG GCGTGCCCGA GGGGAGGGAC TCCCCGGCTT GCGACCCGGC GTTGTCCGCG

https://www.youtube.com/watch?v=ZSpFVPBEeLk&index=11&list=PLAD3DE96CA98E831E TCCGGCCGGG GCGTGCCCGA GGGGAGGGAC TCCCCGGCTT GCGACCCGGC CGACCCGGC GTTGTCCGCG GTTGTCCGCG

általában monogénes öröklődésű betegségek

25

… veszélytelen „sajtóhibák”

26

További diploid genomok 2007-2008

Genetikai polimorfizmusok: 1%-nál gyakoribb génváltozatok VNTR

SNP

G CA C TAC C CGTGATG G G CATTAC C C G TAA T G G Single Nucleotide Polymorphism Egypontos nukleotid variációk

2 ismétlődés 3 ismétlődés 4 ismétlődés 5 ismétlődés Variable Number of Tandem Repeats Változó számú ismétlődések

PGP-10

27

http://www.nature.com/news/2008/080416/full/452788b.html

A humán genom polimorf jellege

Kromoszómális foltokban mért polimorfizmusok (CNV copy number variations) News Feature

Nem rokon emberek között:

GAGGGTGCGC GAGGGAGCGC GAGGGAGCGC

Nature

437, 1084-1086 (20 October 2005)

Human genome: Patchwork people Erika Check

azonosság - 95% eltérések (polimorfizmusok) SNP, VNTR, CNV

GAGGGTGCGC

(kb. 3 millió SNP)

GAGGGTGCGC GAGGGAGCGC

29

30

5

Szakirodalom • Sasvari-Szekely Mária. A Humán Genom Projekt. Lege Artis Medicine 2003, 13: 102-109. • Sasvari-Szekely M, Szekely A, Nemoda Z, Ronai Z. A genetikai polimorfizmusok pszichológiai és pszichiátriai vonatkozásai. Kognitív idegtudomány. Pléh C, Gulyás B, Kovács G. (Eds). Osiris Kiadó Budapest 2003: 669-685. • Cikk részletek (fontos részek sárgával jelölve): – Check, E. 2005. Human genome: patchwork people. Nature. 437: 1084-1086. 31

6

A DNS szerkezete. Genom kromoszóma gén DNS genotípus - allél. Pontos méretek Watson genomja. J. D. Watson F. H. C. Crick. 2 nm C G

Recommend Documents