Molekulární genetika
Nukleové kyseliny
DeoxyriboNucleic Acid RiboNucleic Acid
DNA • Dvouvláknová • Uchovává genetickou informaci
RNA • Jednovláknová • Uchovává genetickou informaci v RNA virech • Realizace genetické informace
Watson-Crickův model dvojité helix DNA. Axiální pohled. Jeden polynukleotidový řetězec je modrý a druhý červený. Purinové a pyrimidinové báze jsou světlejší. Struktura se opakuje (axiálně) po 34 Ă, což odpovídá 10 nukleotidům.
Komplementarita bází
A–T G–C
Replikace DNA Semikonzervativní replikace je umožněna:
• Dvouvláknovou strukturou
• Komplementaritou bází
Transkripce Vzniká
• tRNA • rRNA
• mRNA
Transkripce Sekvence bází se z DNA komplementárně přepisuje do RNA.
Složení a pořadí bází nově syntetizované RNA je komplementem DNA templátu.
Translace
Přepis sekvence bází v mRNA do sekvence aminokyselin v proteinu.
Transfer RNA je adaptérová molekula při syntéze proteinů.
• Templátové rozpoznatelné místo je tvořeno třemi bázemi antikodon. Antikodon na tRNA rozpozná komplementární místo tří bází na mRNA nazvané kodon.
Centrální dogma
DNA
RNA jádro
protein cytoplazma
Gen Úsek DNA se specifickou funkcí v buňce a celém organismu.
Gen • Strukturní • Pro funkční RNA • Regulátor
Struktura genomu
Technologie rekombinantní DNA
Polymerázová řetězová reakce PCR
PCR polymerázová řetězová reakce Polymerase Chain Reaction obrovské namnožení určitého úseku DNA (např. genu) izolace DNA polymerázy z termotolerantního organismu Thermus aquaticus
Great Fountain Geyser
Bilance PCR
Ve skutečnosti je účinnost ca 70 – 80 %.
Použití PCR Základní výzkum
izolace genů nebo jejich částí sekvencování DNA mutageneza in vitro, modifikace konců DNA analýza klonů z genových knihoven příprava značených sond
Aplikovaný genetický výzkum prenatální diagnostika dědičných chorob detekce mutací v genech studium polymorfizmu genů populační genetika
Klinické disciplíny
detekce patogenních bakterií, virů, prvoků a hub typizace patogenních mikroorganiz mů identifikace onkogenů typizace nádorů stanovení pohlaví
Ostatní
archeologie soudnictví kriminalistika
Sekvenování nukleových kyselin Určení sekvence (pořadí) nukleotidů v úseku DNA nebo RNA
Cytogenetika
Proč je dobré studovat genetické procesy na úrovni buňky? Například proto, že odchylky počtu nebo struktury chromozomů mohou způsobit: • mentální nebo psychomotorickou retardaci, poruchy vývoje CNS • skeletální anomálie, růstovou retardaci • deformity končetin a prstů včetně výskytu nadpočetných prstů • poruchy reprodukce nebo úplnou sterilitu, poruchy vývoje genitálu • vrozené srdeční vady • anomálie ledvin, trávicího traktu a dalších orgánů • abnormální obličejové rysy – např. šikmé postavení očí, mikroftalmie, hypertelorismus, rozštěp rtu, popř. patra, gotické patro, vznik mikromandibuly, abnormální tvar a posazení ušních boltců • poruchy nitroděložního vývoje plodu, spontánní potraty • poruchy imunity • zhoršení prognózy a extrémní zkrácení délky života • dispozici k některým nádorovým onemocněním
Buňka 1 – jádro s jadérkem 2 – zahuštěný chromatin 3 – jaderná membrána 4 – buněčná stěna 5 – plazmatická membrána 6 – vakuola 7 – cytoplazma 8 – Golgiho aparát 9 – chloroplast 10 – tuková kapénka 11 – mitochondrie 12 – jemné endoplazmatické retikulum 13 – mikrotubuly 14 – drsné endoplazmatické retikulum
Genom, genetický materiál buňky Jaderná DNA Chromozomy
Plazmon Mimo chromozomy
Plast., Mitoch., Centriol., volně Plastogeny Chondriogeny Centriogeny Inf. faktory Plazmidy
GENY
PLAZMOGENY
Genetický materiál • • • •
jednotlivé druhy NK geny - specifické struktury DNA alely - varianty genů genotyp - soubor všech genů jedince, též soubor alel na 1 lokusu • genom - DNA v haploidní sadě • plazmon - soubor cytoplasmatických genů • genofond - soubor genů určité populace
Buněčný cyklus 1/ G1 fáze – růst buňky, všechny běžné životní projevy typické pro konkrétní buňku. 2/ S fáze – replikace, na chromozomální úrovni zdvojení chromatid, které nesou geneticky totožné molekuly DNA. 3/ G2 fáze – příprava na mitózu. Fáze G1, S a G2 tvoří dohromady interfázi. 4/ M fáze – mitóza. Chromatidy se oddělí, z každého chromozomu přechází do dceřinné buňky jedna. Výsledkem jsou dvě dceřinné buňky, které obsahují stejné molekuly DNA, jsou geneticky totožné. Obě buňky vstupují do G1 fáze dalšího buněčného cyklu.
Mitosa
dělící vřeténko
1
G2 fáze
3
spiralizované chromozómy
2
profáze
4
metafáze
anafáze
6
7
5
telofáze cytokineze
G1 fáze následujícího buněčného cyklu u dvou geneticky totožných buněk
Meiosa
Cytologie cytogenetika karyologie Člověk má cca 2m DNA. Na ní cca 23 tis. genů (lokusů), rozdělených ve 23 párech chromozomů.
Morfologie chromozomů krátké rameno, označujeme p
satelit, je oddělen sekundární konstrikcí, vyskytují se pouze u některých chromozómů
primární konstrikce, je v ní uložena centromera dlouhé rameno, označujeme q
Chromozomy můžeme vyšetřovat v buňkách různých tkání. Nejjednodušší a nejčastější je kultivace lymfocytů získaných z periferní venózní krve.
Ve tkáňové kultuře můžeme pro cytogenetické účely vypěstovat buňky získané biopsií kůže, svalu, ovarií, resp. dalších orgánů.
Velký význam mají rovněž prenatální vyšetření, která se provádějí při podezření na chromozomální aberaci u plodu. Nejčastěji vyšetřujeme buňky plodové vody odebrané amniocentézou. Toto vyšetření se provádí zpravidla v 16.týdnu těhotenství. Méně častá jsou vyšetření buněk choria a fetální krve, vzácně a v odůvodněných případech se vyšetřuje bioptický materiál z jiných tkání plodu nebo z placenty. Různé fetální tkáně lze vyšetřit také ze sekčního materiálu potracených plodů pro dodatečné stanovení diagnózy, popř. objasnění příčiny spontánního potratu. Zvláštním oborem je nádorová cytogenetika, též onkocytogenetika. V tomto případě se vyšetřují chromosomy z buněk kostní dřeně (u hemoblastóz), popř. solidních nádorů (u jiných nádorových onemocnění).
Zpracování karyotypu klasické metody (monochromatické barvení) moderní metody ( např. proužkovací techniky)
Karyotyp člověka
C – metafáze (proužkované chromozomy)
Diploidní karyotyp člověka (proužkování)
Haploidní karyotyp člověka (proužkování)
Molekulární cytogenetika
Molekulární cytogenetika je věda zabývající se studiem geneticky podmíněných změn buněk a buněčných
struktur. S rozvojem metod molekulární biologie přichází do laboratorních diagnostických oborů aplikace nových technik rekombinantní DNA analýzy. Hybridizace in situ se sondou značenou radioaktivně, nyní fluorochromy. Flurescenční in situ hybridizace (FISH) umožňuje i studium nedělících se buněk v interfázi.
NEJBĚŽNĚJŠÍ TYPY SOND PRO HYBRIDIZACI IN SITU Typ sondy
Lokalizace hybridizačního signálu na chromozomu nebo interfázním jádře
satelitní („centromerické“) hybridizují s repetitivními satelitními sekvencemi především centromerických oblastech
vyšetření aneuploidií chromozomů, detekce chromozomů neznámého původu; možnost interfázní FISH; využití v prenatální a preimplantační diagnostice
vyšetření mikrodelecí u mikrodelečních syndromů a malignit, zjištění amplifikace onkogenů a některých specifických translokací; možnost interfázní FISH
lokus-specifické („genové“) hybridizují s jedinečnými sekvencemi DNA
G1-fáze
celochromozomové (tzv. malovací) hybridizují s mnohočetnými chromozomovými sekvencemi, lze jimi označit celý chromozom
Využití
G2-fáze
vyšetření chromozomálních přestaveb; k práci s malovacími sondami lze využít pouze chromozomy
Fluorescence in situ hybridization (FISH)
PRINCIP KOMPARATIVNÍ GENOMOVÉ HYBRIDIZACE bez nároku na kultivaci!!! (COMPARATIVE GENOMIC HYBRIDISATION, CGH) VYŠETŘOVANÝ NÁDOR
NORMÁLNÍ BUŇKY
IZOLACE DNA
ŠTĚPENÍ DNA
OZNAČENÍ DNA RŮZNÝMI FLUOROCHROMY
KOHYBRIDIZACE OBOU VZORKŮ DNA S NORMÁLNÍMI CHROMOZOMY
normální nález
delece nádorové DNA
amplifikace nádorové DNA
Při závěrečném vyhodnocení by měly být všechny chromozomy rovnoměrně obarveny kombinací obou fluorescenčních barviv.
Pokud na některém chromozomu jedna z barev převládá (tj. je zde buď víc nádorové nebo normální DNA), lze usuzovat, že v této oblasti je vyšetřovaná nádorová DNA
amplifikována pokud převládá její fluorochrom nebo naopak deletována pokud převládá fluorochrom, jímž byla značena DNA ze zdravé osoby.
Comparative genomic hybridization (CGH)
Moderní metoda označovaná jako vícebarevná FISH (multicolour FISH, mFISH) umožňuje barevně rozlišit všechny chromozomy pomocí souboru různě značených malovacích sond. To je důležité zejména v onkocytogenetice při detekci složitých chromozomálních aberací u nádorových buněk.
Multicolor fluorescence in situ hybridization (mFISH)
Multicolor fluorescence in situ hybridization (mFISH)
Multicolor fluorescence in situ hybridization (mFISH)
Abnormální karyotyp (metoda FISH)
Abnormální karyotyp (metoda FISH)
Karyotyp trisomie 21
Většina aneuploidií je však již v prenatálním období vývoje plodu letální, a proto je nacházíme pouze v sekčním materiálu ze spontánních abortů. Postnatálně je můžeme prokázat pouze v tzv. mozaikové formě. V tomto případě nacházíme aneuploidii jen u některých buněk pacienta, zatímco část buněk má normální karyotyp.
Sexchromatin
Mendelistická genetika
Distribuce genetické informace Základní pracovní metodou je křížení
křížení = vzájemné oplozování organizmů s různými genotypy
Základní pojmy Gen – úsek DNA se specifickou funkcí. Strukturní gen – úsek DNA nesoucí genetickou informaci pro polypeptidový řetězec. Alela – varianta genu, odlišující se od ostatních fenotypovým projevem. Genotyp – konkrétní sestava alel v jednom genu, nebo více genech, nebo u jedince. Determinuje fenotypové možnosti nositele. Fenotyp – soubor zevních znaků (morfologické zn.) a vlastností organismu (funkční a psychické zn. ); nebo jeden určitý znak či vlastnost (barva očí, srsti, krevní skupina,
typ enzymu, bílkoviny atd.).
Základní pojmy gen může mít u jedince 2 varianty, 2 alely alely téhož genu jsou uloženy na stejných místech homologních chromozómů jedinec získá po jedné alele od obou rodičů
stejné alely - homozygotní genotyp různé alely - heterozygotní genotyp
Základní pojmy Homozygot je jedinec, který má obě alely sledovaného genu stejné. AA – dominantní homozygot aa - recesivní homozygot V potomstvu vzniklém samoplozením nebo křížením dvou stejných homozygotů sledovaný znak neštěpí.
Heterozygot – jedinec, který má obě alely sledovaného znaku v páru různé. Aa – tvoří gamety s různými alelami. Potomstvo při splývání různých typů gamet ve znaku štěpí, znak se projeví ve dvou formách.
Vztah mezi alelami dominance – dominantní alela převládá nad ostatními a projeví se vždy ve fenotypu recesivita –recesivní alela je překryta účinkem dominantní formy, ve fenotypu se projeví pouze v homozygotním stavu neúplná dominance – obě alely se ve fenotypu projeví současně kodominance – alely se projeví ve fenotypu nezávisle na sobě (krevní skupiny)
P – rodičovská generace (z lat. parentes, rodiče) F – generace potomků (z lat. filius, filia, syn, dcera) F1 – první filiální generace po křížení rodičů
F2 – druhá filiální generace vzniklá křížením hybridů F1 B1 – výsledek křížení hybrida F1 s některou rodičovskou variantou (B – backcross, zpětné křížení)
Mendelovy zákony dědičnosti 1. 2. 3. 4.
uniformita jedinců F1 generace identita reciprokých křížení čistota vloh a štěpení volná kombinovatelnost vloh
1. zákon uniformity hybridů F1
P: gamety:
AA A potomci F1
A0
x A
00 0
0
2. zákon identity reciprokých křížení
Stejný výsledek, je-li muž AA a žena 00, nebo naopak.
3. zákon čistoty vloh a štěpení Geny heterozygota se předávají další generaci v „čisté“ podobě. Potomstvo štěpí v přesných číselných poměrech.
A0 A
x
A0
A
0
0
genomy samčích gamet generace hybridů F2 genomy samičích gamet
A
0
A
AA
A0
0
A0
00
genotypy jedinců F2
tj. genotypový štěpný poměr
1 AA : 2 A0 : 1 00
fenotypový štěpný poměr
3 dominantní : 1 recesivní
Neúplná dominance nebo kodominance:
P1 F1
1 AA
AA AB
BB
x
AB
2AB
1BB
4. pravidlo volné kombinovatelnosti vloh Sledujeme více než 1 gen. Rozchod alel různých genů je nezávislý, pokud jsou geny lokalizovány na různých chromozómových párech. vzniká tolik typů gamet, kolik je možných kombinací, to znamená monohybrid 2 typy gamet 1 : 1 dihybrid 4 typy gamet 1 : 1 : 1 : 1
B – hnědé oči
R - praváctví
b - modré oči P:
BR
BBRR x
BR
br
bbrr
nebo
br
Br
r - leváctví BBrr
Br
BR
Br
bR
bbRR
bR
F1 : BbRr
gamety:
x
br
bR
F2 : Mendelistický čtverec BR Br bR
br
BR
Br
bR
br
BBRR
BBRr
BbRR
BbRr
BBRr
BBrr
BbRr
Bbrr
BbRR
BbRr
bbRR
bbRr
BbRr
Bbrr
bbRr
bbrr
genotypový štěpný poměr fenotypový štěpný poměr 9 šlechtitelské novinky úhlopříčka homozygotů
1: 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1 :3
:3
:1
úhlopříčka heterozygotů
Polyhybridní křížení rodiče se odlišují ve více než dvou znacích počty gamet: monohybrid 2, dihybrid 4, trihybrid 8, tetrahybrid 16, polyhybrid 2n n = počet znaků, v kterých je heterozygotní odvození frekvence kombinací – rozvětvovací metoda
Štěpení v F2 generaci při úplné dominanci
(3 + 1)n
fenotypový štěpný poměr
(3 + 1)1
3:1
(3 + 1)2
9:3:3:1
(3 + 1)3
27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1
(3 + 1)4
87 : 27 : 27 : 27 : 27 : 9 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 3 : 1
Dědičnost kvalitativních znaků není náhodná, ale pravidelná. Všechny stěpné poměry v genetice jsou založeny na zákonech velkých čísel. Štěpení má statistický charakter, uplatní se jen při dostatečném počtu potomků, stovky až tisíce. Je-li počet potomků malý, štěpný poměr se od ideálních teoretických čísel více nebo méně liší.
Podmínky platnosti MZ 1 gen řídí 1 znak
geny neleží na pohlavních chromozómech, tj. jde o autozomální dědičnost každý gen leží na jiném chromozómu
Využití Mendelových zákonů v medicíně
Základní genetická terminologie Gen Genotyp Znak Fenotyp Alely Homozygot Heterozygot
Úplná dominance recesivita Neúplná dominance recesivita Kodominance Monogenní dědičnost Multifaktoriální dědičnost
Symboly používané při sestavování rodokmenu
1. Autozomálně recesivní dědičnost - cystická fibróza - fenylketonurie
2. Autozomálně dominantní dědičnost - polycystická choroba ledvin - hypercholesterolemie - Huntingtonova chorea - neurofibromatosa
3. Gonozomálně recesivní dědičnost - hemofilie - barvoslepost - deficience G6PD - Duchenova muskulární dystrofie
4. Gonozomálně dominantní dědičnost - D-vitamin rezistentní křivice
Úkoly
ÚKOL 1: Gonozomálně recesivní dědičnost
ÚKOL 2: Gonozomálně dominantní dědičnost
Ověření parentity
Ověření pomocí mikrosatelitů. Používá se 16, ve zjednodušené formě 9 mikrosatelitů.
Mikrosatelity jsou krátké segmenty DNA s opakující se sekvencí, např. CACACACA, vět. se vyskytují v nekódující DNA. V řadě mikrosatelitů se repetitivní motiv (např. CA) opakuje 4x, v jiných 7x, 2x nebo 30x.
Tetranukleotidová tandemová repetice
Genotypizace mikrosatelitů metodou PCR a elektroforézy, v souč. na automatických kapilárních přístrojích.
Ověření parentity
12,19
15,18 12,15 12,18 19,15 19,18
15,21 !!!
Během několika let se přejde k testování pomocí SNP.
Bodový polymorfismus: většinou záměna báze (substituce), méně často jiné typy mutací. Single Nucleotide Polymorphism SNP
SNP AGT CAG TC TCA GTC AG
AGT TAG TC TCA ATC AG
Ověření parentity
AA
AC AA AC
CC!!!
Protože SNP jsou pouze bialelické, bude k ověření parentity potřeba několika set lokusů.
Imunologický polymorfismus • Imunogenetika – zabývá se genetickými aspekty imunologického systému • Antigen x protilátka
Antigen: - látka, která je u příjemce schopna vyvolat imunitní reakci - je nejčastěji charakteru glykoproteinů nebo glykolipidů Antigeny: - xenoantigeny (cizodruhové), např. viry, bakterie - alloantigeny (stejnodruhové), vlastní antigeny determinující specifitu každého jedince
Protilátky (imunoglubuliny): -protein vznikající jako odezva na působení antigenu -monospecifický protein eliminující příslušný antigen
Protilátky: - přirozené (vznikají bez antigenního podnětu, přesněji bez známého podnětu) - imunní (vznikají po působení antigenu – imunizaci)
Erytrocytární antigeny • Krevní faktor – geneticky determinovaný erytrocytární antigen • Krevně skupinový systém – souhrn antigenů determinovaných z jednoho lokusu • Krevní skupina – kombinace antigenů jednoho individua děděných na jednom chrom. lokusu • Krevní typ – souhrn všech erytrocytárních antigenů jedince
Erytrocytální antigeny • Na povrchu erytrocytů • Rozčleněny do polymorfních (krevně skupinových) systémů, člověk ca 20 • Každý systém tvořen alelami z jednoho lokusu • Vytvářejí druhovou i individuální specifitu
Krevně-skupinové systémy • Komplexní • Jednoduché • Uzavřené • Otevřené
Dědičnost krevně skup. systémů
1 alela = 1 antigen Např. AB0 systém člověka
Alela A- antigen A
Dědičnost krevně skup. systémů
1 alela = žádný antigen Např. systém ABO u člověka Alela 0 – žádný antigen
Dědičnost krevně skup. systémů
Až na výjimky kodominantní dědičnost,
nulové alely se chovají jako recesívní.
Systém AB0 je lokalizován na 9. chromozómu krevní skupina
genotyp
antigen
protilátky
0
I0/I0
-
anti-A, anti-B
A
IA/IA, IA/I0
A
anti-B
B
IB/IB, IB/I0
B
anti-A
AB
IA/IB
A, B
-
P
F1
HH IAIB
x
HH I0I0
AB
0
HH IAI0
HH IBI0
A
B
P
hh IAIB
0
F1
Hh IAI0
A
x
HH I0I0
0
Hh IBI0
B
Rh faktor a hemolytická choroba novorozenců 3 úplně vázané lokusy D, C, E, na každém více alel. Rh- jsou dd -- -Hemolytická choroba novorozenců: Matka Rh-, otec Rh+, plod Rh+.
Erytrocyty plodu do krve matky – tvorba anti-Rh – protilátky do krve plodu – odstraňují erytrocyty – anemie – vyplavení nezralých erytrocytů.
Krevně-skupinové systémy u lidí (zde 14, celkem je jich ale přes 20)
CONVENTIONAL NAME
ISBT NUMBER ANTIGENS
BLOOD GROUP SYSTEMS ABO ABO 001 MNSs MNS 002 P P1 003 Rh RH 004 Lutheran LU 005 Kell KEL 006 Lewis LE 007 Duffy FY 008 Kidd JK 009 Diego DI 010 Cartwright YT 011 Xg XG 012 Scianna SC 013 Dombrock DO 014 Colton CO 015 Landsteiner-Wiener LW 016 Chido/Rogers CH/RG 017 Hh H 018 Kx XK 019 Gerbich GE 020
4 37 1 47 18 21 3 6 3 2 2 1 3 5 3 3 9 1 1 7
Hh Kx Gerbich Cromer Knops Indian Ok Raph JMH
H XK GE CROMER KN IN OK RAPH JMH ANTIGEN COLLECTIONS Cost COST Ii I Er ER P, P1, LKE GLOBO Lewis-like: Le-c, Le-d -Wright WR Low Prevalence
018 019 020 021 022 023 024 025 026
1 1 7 10 5 2
205 207 208 209 210 211
2 2 2 3 2 2
Low Prevalence
-High Prevalence
700
36
High Prevalence
--
911
11
----
Využití krevně-skupinových systémů • Paternita a parentita
Histokompatibilní komplex
• Tzv. transplantační antigeny
• Na plazmatické membráně každé buňky • Působí jako alloantigen
MHC
- Major histocompatibility complex
MHL
- Major histocompatibility locus
HLA
- Human lymphocyte antigens
Hlavní histokompatibilní komplex (MHC) • na 6. chromozomu • je tvořen velkým počtem genů • geny rozděleny do tříd I., II. III. • každá z nich je vysoce polymorfní • třída I. a II. obsahuje geny pro leutocytární antigeny (HLA), které mají zásadní význam pro odvržení transplantátu • třída III. zahrnuje řadu genů které asociují s některými onemocněními
BP, PQ, DR = geny antigenů II. třídy B, C, A = geny antigenů I. třídy LMP = geny kódující velké multifunkční proteázy DM = heterodimér DMA a DMB genů kódující antigen zpracovávající molekulu potřebnou pro vazbu peptidu s antigeny II. třídy
Haplotyp Souhrn alel na jednom chromozomu.
MHC haplotyp Souhrn alel na MHC lokusu.
Dědičnost HLA haplotypů
• Každý rodič má dva exprimované haplotypy • Alely na MHC lokusu jsou těsně vázané, nedochází k rekombinacím • Potomkovi předává každý rodič jeden haplotyp • Rodič a potomek sdílejí jeden shodný haplotyp
• Některé haplotypy jsou mnohem častější, jiné vzácné • Většina z 3x107 kombinací (haplotypů) nebyla nikdy nalezena • Existují významné etnické distribuce haplotypů (rozdíly mezi etniky)
Thomas Hunt Morgan (1866 – 1945)
• americký genetik a embryolog • pokusy s octomilkou (D. melanogaster)
Morganova pravidla
1. geny jsou na chromozómu uspořádány lineárně za sebou 2. počet vazbových skupin odpovídá haploidnímu počtu chromozómů Výjimky: - přeskupování genů nebo jejich částí - překřížení a rekombinace během meiózy
Geny na chromozomu
a) vazbová skupina b) syntenní skupina
Syntenní skupina
• geny lokalizované na stejném chromozómu jsou vzdáleny natolik, že se chovají jako nezávislé • pravděpodobnost rekombinací je 50% (vzdálenost mezi geny > než 50cM)
Vazbová skupina
• blízké umístění • podíl rekombinací < 50% • geny se nemusí přenášet společně Pravděpodobnost, že se geny nepřenesou společně je pravděpodobností výskytu crossing-overů.
Příčina neúplné vazby
Crosing over v meiotické profázi I
Příčina neúplné vazby
Mapování genomu Chceme znát účinek genů podílejících se na určité vlastnosti. Protože podíl strukturních genů z genomu je malý (2-3%), obsahují mapy kromě kódujících lokusů
rovněž nekódující lokusy (mikrosatelity, SNP).
Mapování genomu • určení pořadí genů • zjištění umístění genů na chromozómech • stanovení nukleotidové posloupnosti genů nebo celého genomu
Typy map • • • •
genetické (rekombinační, vazbové) fyzické cytogenetické kombinované
Genetické (rekombinační, vazbové) mapy • neúplné mapy, udávají pořadí a vzdálenosti genů nebo nekódujících markerů • vzdálenosti vyjádřené v cM • založené na analýze frekvencí rekombinací pomocí dvoubodového nebo tříbodového testu. • Nyní detekce vazby a vzdáleností pomocí LOD skóre
Chromozómové (cytogenetické) mapy • založené na testování karyotypu buď fixovaného na skle, nebo pomocí průtokové cytometrie. • poloha genu dána číslem chromozómu a pruhem (pruhovací, banding techniky). • ev. hybridizace in situ se značenou sondou. Značení radioaktivně nebo fluorescenčně (FISH). • ev. využití panelu hybridních somatických buněk.
Integrované mapy
Fyzické mapy Úplné - sekvenční
• založeny na sekvenování, tj. zjištění posloupnosti nukleotidů • jednotkou je nukleotid
Neúplné
Cíl kombinovaných map: sjednocení genetických map s fyzickými i cytogenetickými
1 gagcggagcc gcgggcggga gggcggacgg accgactgac ggtagggacg ggaggcgagc 61 aagatggcgc agacgcaggg cacccggagg aaagtctgtt actactacga cggggatgtt 121 ggaaattact attatggaca aggccaccca atgaagcctc accgaatccg catgactcat 181 aatttgctgc tcaactatgg tctctaccga aaaatggaaa tctatcgccc tcacaaagcc 241 aatgctgagg agatgaccaa gtaccacagc gatgactaca ttaaattctt gcgctccatc 301 cgtccagata acatgtcgga gtacagcaag cagatgcaga gattcaacgt tggtgaggac 361 tgtccagtat tcgatggcct gtttgagttc tgtcagttgt ctactggtgg ttctgtggca 421 agtgctgtga aacttaataa gcagcagacg gacatcgctg tgaattgggc tgggggcctg 481 caccatgcaa agaagtccga ggcatctggc ttctgttacg tcaatgatat cgtcttggcc 541 atcctggaac tgctaaagta tcaccagagg gtgctgtaca ttgacattga tattcaccat 601 ggtgacggcg tggaagaggc cttctacacc acggaccggg tcatgactgt gtcctttcat 661 aagtatggag agtacttccc aggaactggg gacctacggg atatcggggc tggcaaaggc 721 aagtattatg ctgttaacta cccgctccga gacgggattg atgacgagtc ctatgaggcc 781 attttcaagc cggtcatgtc caaagtaatg gagatgttcc agcctagtgc ggtggtctta 841 cagtgtggct cagactccct atctggggat cggttaggtt gcttcaatct aactatcaaa 901 ggacacgcca agtgtgtgga atttgtcaag agctttaacc tgcctatgct gatgctggga 961 ggcggtggtt acaccattcg taacgttgcc cggtgcagga catatgagac agctgtggcc 1021 ctggatacgg agatccctaa tgagcttcca tacaatgact actttgaata ctttggacca 1081 gatttcaagc tccacatcag tccttccaat atgactaacc agaacacgaa tgagtacctg 1141 gagaagatca aacagcgact gtttgagaac cttagaatgc tgccgcacgc acctggggtc 1201 caaatgcagg cgattcctga ggacgccatc cctgaggaga gtggcgatga ggacgaagac 1261 gaccctgaca agcgcatctc gatctgctcc tctgacaaac gaattgcctg tgaggaagag 1321 ttctccgatt ctgaagagga gggagagggg ggccgcaaga actcttccaa cttcaaaaaa 1381 gccaagagag tcaaaacaga ggatgaaaaa gagaaagacc cagaggagaa gaaagaagtc 1441 accgaagagg agaaaaccaa ggaggagaag ccagaagcca aaggggtcaa ggaggaggtc 1501 aagttggcct gaatggacct ctccagctct ggcttcctgc tgagtccctc acgtttcttc 1561 cccaacccct cagattttat attttctatt tctctgtgta tttatataaa aatttattaa 1621 atataaatat ccccagggac agaaaccaag gccccgagct cagggcagct gtgctgggtg 1681 agctcttcca ggagccacct tgccacccat tcttcccgtt cttaactttg aaccataaag 1741 ggtgccaggt ctgggtgaaa gggatacttt tatgcaacca taagacaaac tcctgaaatg 1801 ccaagtgcct gcttagtagc tttggaaagg tgcccttatt gaacattcta gaaggggtgg 1861 ctgggtcttc aaggatctcc tgtttttttc aggctcctaa agtaacatca gccattttta 1921 gattggttct gttttcgtac cttcccactg gcctcaagtg agccaagaaa cactgcctgc 1981 cctctgtctg tcttctccta attctgcagg tggaggttgc tagtctagtt tcctttttga 2041 gatactattt tcatttttgt gagcctcttt gtaataaaat ggtacatttc t //
Translation MAQTQGTRRKVCYYYDGDVGNYYYGQGHPMKPHRIR MTHNLLLN YGLYRKMEIYRPHKANAEEMTKYHSDDYIK FLRSIRPDNMSEYSKQMQRFNVGEDCPV FDGLFEFCQ
LSTGGSVASAVKLNKQQTDIAVNWAGGLHHAKKSEASG FCYVNDIVLAI LELLKYHQRVLYIDIDIHHGDGVEEAFYTT DRVMTVSFHKYGEYFPGTGDLRDIGAGK GKYYAVNYPL RDGIDDESYEAIFKPVMSKVMEMFQPSAVVLQCGSDSL
SGDRLGCFNL TIKGHAKCVEFVKSFNLPMLMLGGGGY TIRNVARCRTYETAVALDTEIPNELPYNDYF EYFGPDFK LHISPSNMTNQNTNEYLEKIKQRLFENLRMLPHAPGVQM QAIPEDAIPEE SGDEDEDDPDKRISICSSDKRIACEEEFS DSEEEGEGGRKNSSNFKKAKRVKTEDEKE KDPEEKKE VTEEEKTKEEKPEAKGVKEEVKLA
Dědičnost pohlaví a znaků s pohlavím souvisejících
Rozmnožování
Nepohlavní – bez zvýšení genotypové proměnlivosti
Pohlavní – střídání 2n a n fáze, zvýšení genotypové proměnlivosti Hermafrodité: jeden jedinec oba typy pohlavních buněk Gonochoristé: dvě oddělená pohlaví Apomixis - bez splynutí pohlavních buněk
• Partenogeneze z neoplozené samičí buňky • Apogametie z jakékoli buňky samičího pohl. aparátu • Fakultativní partenogeneze u diplohaploidních organismů • a další
Pohlavní rozmnožování Přináší evoluční výhody: • Kombinaci genomů odlišných gamet • Rekombinaci genetické informace (při meiotickém crossing overu) • U diploidního org. ve fenotypu překrytí recesívní letální alely účinkem alely dominantní • Střídání fází – haploidní diploidní Vzniká pohlavní dimorfismus (gonochorismus): • Vyvinuly se dva typy pohlaví – samčí a samičí • Dva typy pohlavních buněk – spermie a vajíčka • Dva odlišné pohlavní fenotypy
Pohlavní typy Typ drosofila (savčí)
P
♂
♀
XY
XX
X
Y
F1 XX ♀
X
gamety
XY ♂
Savci, dvoukřídlí, ryby, rostliny.
Genotypová determinace pohlaví (drozofila)
U vyšších živočichů vč. člověka fenotypovou determinaci řídí pohlavní hormony. Významnou úlohu má chromozom Y, v jeho krátkém raménku jsou lokalizovány maskulinní faktory.
Determinace pohlaví
Genetické mechanismy u živočichů Specifické pohlavní geny a pohlavní chromozomy u vyšších živočichů. O tom, zda vznikne pohlaví samčí nebo samičí rozhoduje chromozóm Y.
Determinace pohlaví
Genetické mechanismy SRYgen v krátkém raménku chromozómu Y
(též testes determinující faktor, TDF). Savčí gen a transkripční faktor.
Je zodpovědný za vznik samčího pohlaví. Navozuje produkci testosteronu a vývoj varlat. Kromě SRY se na determinaci pohlaví podílí další geny.
Indiferentní fenotypový základ pohlaví Je přítomen SRY, vznik
Sertoliho buněk ve varlatech. Vznik Leydigových buněk, produkce testosteronu. Sertolliho b. produkují
anti mülleriánský hormon (AMH). Diferenciace samčího pohlaví.
SRY
není
diferenciace pohlaví,
vznik
přítomen, samičího oocytů
folikulárních buněk.
a
Dědičnost znaků souvisejících s pohlavím 1) Vazba na pohlaví Úplná vazba na chromozom Y – gen je lokalizován na chromozómu Y Úplná vazba na chromozom X – gen je lokalizován na chromozómu X Neúplná vazba na pohlaví – gen je lokalizován v pseudoautozomálních oblastech chromozómu X nebo Y
Chromozom X: u lidí ca 2000 genů. Chromozóm Y: lidský Y chromozóm přes 200 genů, z toho min. 72 kóduje proteiny. Crossing over probíhá jen v krátkém pseudoautosomálním úseku.
Rekombinace jen u genů v pseudoautosomálních oblastech, což jsou relikty dávné homologie mezi X a Y chromozómy. Dosud je takových genů popsáno ca 29, dědí se jako
autozomální geny. Pseudoautosomální chromozómy X a Y.
oblasti
jsou
homologní
mezi
Úplná vazba na chromozom Y – přímá, holandrická dědičnost. Nejdůležitější je gen SRY. Ochlupení ušních lalůčků – zpochybňováno.
Úplná vazba na chromozom X, recesívní dědičnost • Daltonismus, neschopnost rozeznávat červenou a zelenou barvu, 710% mužů, 0,5-1% žen. • Hemofilie A, mutace genu pro faktor VIII. • Hemofilie B mutace genu pro faktor IX, potomci královny Viktorie. • Duchenneova svalová dystrofie, mutace genu pro dystrofin. Svalová degenerace, poruchy dýchání, smrt. • Beckerova svalová dystrofie, mírnější forma Duchenne. • Ichthyosis vázaná na X (šupinatění kůže). • Agammaglobulinemia váz. X, chybí zralé B b. podíl. na hum. obraně. • Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficience, hemolytická anemie jako odpověď na řadu podnětů, léky, chemikálie, potraviny. Známá jako favismus, reakce na látky obs. v semenech bobu (fava). • Mentální retardace váz. na X. • A další.
Úplná vazba na chromozom X, dominantní dědičnost
• Vitamin D resistentní rachitida • Rettův syndrom, neurologické postižení šedé kůry mozkové. • Většina případů Alportova syndromu, postižení ledvin, ztráta sluchu, postižení očí, hematurie, proteinurie. • Incontinentia pigmenti • Giuffre-Tsukahara syndrom • Goltz syndrom
• Syndrom fragilního X chromozómu.
Dědičnost znaků souvisejících s pohlavím 2) Znaky pohlavím ovládané AaBbCC..
G♀=G♂
AaBbcc..
+♂ hormony
+♀ hormony
znak se neprojeví
projev znaku
Geny: A, B, C ... pro vývoj mléčné žlázy na autozomech Geny: K, L, M ... pro hustotu ejakulátu na autozomech KkllMM...
G♀=G♂
+♀ hormony znak se neprojeví
KKLLlmm..
+♂ hormony projev znaku
Dědičnost znaků souvisejících s pohlavím 3) Znaky pohlavím ovlivněné U mužů je alela kódující plešatost (P) dominantní, předčasná plešatost postihne jak genotyp PP, tak i heterozygota Pp, unikne pouze homozygot pp. U žen je však kodominance s převahou normální alely. Projevy PP a pp jsou stejné jako u mužů, tj. předčasná plešatost resp. normální vlasy. U heterozygotů dochází u žen pouze k relativně mírnému prořídnutí vlasů.
♂♂♂♀♀♀
AA
Aa
aa
Dom.
Dom.
Rec.
AA
Aa
aa
Dom.
Rec.
Rec.
Ayrsh. červený
Ayrsh. mahagon
♂ ♀ Aa Aa
+ ♂ hormony
projev znaku
+ ♀ hormony
ŘADA MODIFIKACÍ
0
Mendelistická genetika
10a
10b
Dědičnost albinismu
Mutace
Dědičné změny genetického materiálu. Takové změny genotypu, které nejsou způsobeny segregací rekombinací. Většinou náhodný, neadaptivní proces. Ca 10-5 až 10-10 na 1 buňku a generaci.
Materiál pro evoluci.
Klasifikace mutací: Spontánní, indukované. Genové, chromozomální, genomové mutace.
Gametické, somatické. Jaderné, mimojaderné.
Dominantní, recesívní.
M. jsou reverzibilní: - zpětná mutace obnoví původní
sekvenci nukleotidů - supresorová m. v jiné oblasti
genomu, svým působením vyrovná efekt první mutace, neobnovuje pův.
sekvenci
Genové mutace
Missense mutace, změna smyslu
Epidermolysis bullosa. Sickle-cell disease, srpkovitá anemie. Nejčastější varianta má změněný 20. nukleotid genu pro beta řetězec, z kodonu GAG na
GUG. 6. AK glutamová kyselina je zaměněna za valin, E6V mutace, protein způsobuje srpkovitou anemii.
Nesmyslná (nonsense) mutace Předčasný stop kodon. Důsledkem je zkrácený proteinový produkt, obvykle nefunkční.
DMD, Ducheneova muskulární dystrofie, choroba způsobená poškozením proteinu dystrofinu, příčinou může být nonsense
mutace. Může být způsobena i jiným poškozením genu. Další příklady nonsense mutací: Cystická fibrosa, G542X mutace v genu cystic fibrosis transmembrane conductance regulator gene. Beta thalassaemia (β-globin). Hurlerův syndrom.
Mukoviscidóza, cystická fibróza
Cystická fibróza je dědičné (genetické) onemocnění s výskytem 1:3000 živě narozených dětí, které se projevuje chronickým postižením dýchacích cest a plic, nedostatečnou sekrecí slinivky břišní, vysokým obsahem solí v potu a sterilitou 98% mužů. Podstatou onemocnění je změnění fyzikálně-chemických vlastností hlenu na povrchu sliznic. Vazký hlen narušuje normální funkci orgánu a je příčinou většiny klinických příznaků. Slané děti
Cystická fibrosa
• Lokalizace 7q31.2 • Frekvence nemocných v ČR cca 1/3000dýchací trakt 5000 játra • Frekvence přenašečů v ČR cca 1/26-1/29 • Gen zmapován v roce 1989 pankreas• V současné době popsáno cca 1700 mutací
tenké střevo
Klinické příznaky • Respirační trakt – opakované reprodukce komplikované infekce, vazký hlen • Zažívací trakt – pankreatická insuficience potní žlázy • Poruchy růstu, neprospívání • Iontová disbalance, zvýšená koncentrace chloridů v potu (slané dítě) • Poruchy reprodukce
Rozložení mutací v jednotlivých exonech CFTR genu
Huntingtonova choroba - HN • Hungtingtonova nemoc je poměrně vzácné onemocnění • postihuje přibliţně 5 aţ 8 lidí ze 100 000 • v ČR tedy můţeme předpokládat asi 500 - 800 takto nemocných • dědičnost je autososmálně dominantní • porucha IT genu na 4. chromozómu, který kóduje příznačně pojmenovaný protein Huntingtin • v sekvenci Huntingtinu je od pozice 18. aminokyseliny řada glutaminů kódovaných tripletem CAG,takové opakované uspořádání na molekulární úrovni si přímo říká o problémy, Huntingtin „se porouchá“, když má na zmíněném místě příliš mnoho glutaminů - inzerce • je dědičné neurodegenerativní onemocnění mozku, které postihuje jedince obojího pohlaví • příznaky se obvykle začínají objevovat mezi 20. aţ 45. rokem, často až poté, co už byla dispozice pro onemocnění předána další generaci (generacím)
• obvykle se projevuje mimovolními pohyby, abnormálním způsobem chůze a poruchou řeči, unemocných se postupně projevuje úbytek rozumových schopností, poruchy nálady a chování – presenilní demence, vyskytuje se psychiatrická symptomatologie
mozek pacienta s HD
normální mozek
Chromozómové mutace
Chromozómové mutace
Delece terminální Delece A B C D
B C D
Delece intersticiální Delece A B C D
A C D
Williamsův syndrom
Williamsův syndrom (WS nebo WMS, anglicky Williams-Beuren syndrome nebo WBS) je vzácné genetické onemocnění charakterizované "diblíkovským" výrazem v obličeji, neobvyklým vystupováním, zpožděným vývojem a kardiovaskulárními chorobami. Příčinou nemoci je delece (odstranění) asi 26 genů z dlouhého ramene chromozomu 7.
Cri du chat syndrome (= cat cry syndrome) syndrom kočičího pláče - incidence 1/40 000 (novorozenců) - delece krátkého raménka chromozomu 5 - 46, XX, del (5p) nebo 46, XX, del 5p- (starší způsob zápisu) - u novorozenců pláč připomínající mňoukání kočky
Syndrom kočičího mňoukání - cri du chat
syndrom Wolf-Hirschhorn - delece krátkého raménka chromozomu 4 - 46,XX, del (4p) - velmi vzácný - psychomotorická retardace - poruchy vývoje kůže na temeni, vrozené srdeční vady
Chromozómové mutace
Ring chromozóm – zlom obou ramének, jejich spojení Ring. chr.
Chromozómové mutace
Dicentrický chromózom – souč. zlom dvou chromatid, jejich spojení, delece acentrických fragmentů, ch. má 2 centromery a je nestabilní
Chromozómové mutace Duplikace
A B C D
Duplikace
A BC BC D
Chromozómové mutace
Inverze
Inverze A B C D
A C B D
Chromozómové mutace
•Translokace reciproká, nereciproká •Robertsonova fúze) •Izochromozóm
translokace
(centromerická
Chromozómové mutace Interchromozomální
Robertsonská translokace (chr. fuse)
Tandemová translokace
Genomové mutace Polyploidie
- násobky celé sady chromozomů
Aneuploidie
- změna počtu jednotlivých chromozomů - vznikají poruchou meiózy nebo mitózy (nondisjunkcí, anafází lag)
Abnormální karyotypy frekvence nejčastějších trisomií Na 1000 živě narozených dětí Trisomie 21 Trisomie 18 Trisomie 13 (delece na 5. chr.
1,2 0,2 0,1 0,05
Downův syndrom Edwardsův syndrom Patauův syndrom Syndrom kočičího křiku)
Abnormální karyotypy závislost na věku matky Počet na 1000 narozených dětí (otec v podstatě neovlivňuje) u 20 letých matek u 30 letých matek u 36 letých matek u 40 letých matek u 45 letých matek
1 1,5 7 15 50
Abnormální karyotypy četnost vrozených chromozomálních anomálií
- nese ji 30 - 50% fertilizovaných vajíček - 0,5% tj. 1 z 200 narozených dětí - 2,5% nedonošených dětí - cca 5% mrtvě narozených dětí - většina plodů s chrom. anomálií je potracených - aberace pohlavních chromozomů u chlapců je cca 2x vyšší
Abnormální karyotypy početní zastoupení ve spontánních potratech
Monosomie
19 %
Trisomie
51 %
Triploidie
18 %
Tetraploidie
6%
Strukturální přestavby
6%
Abnormální karyotypy anomálie pohlavních chromozomů
Nese je
0,21 % novorozenců 0,14 % dívek 0,27 % chlapců
Turnerův syndrom (monosomie X) Henry Turner, americký endokrinolog
X
chybění jednoho ze dvou X chromozomů ženy 0,08/1000 porodů - infertilita - mentální retardace - nízký vzrůst - absence sekundárních pohlavních znaků - degenerace ovarií - aj.
Turnerův syndrom (monosomie X)
Polysomie X
0,5/1000 porodů - žena, snížená inteligence - často schizofrenie - někdy neplodnost - poruchy menstruace a klimakteria - není vyšší riziko aneuploidie u potomků
Klinefelterův syndrom
XXY jeden chromozom X navíc u muže, vyj. XXXY atd. 1,0/1000 porodů - podobnost Downovu syndromu ale normální vzrůst - výjimečně mentální retardace - infertilita - nevýrazné sek. pohl. znaky -XXXY vady vnitřních orgánů, ment. retardace
Klinefelterův syndrom
13 letý pacient s Klinefelterovým syndromem a karyotypem 47XXY
Polysomie Y XYY jeden chromozom Y navíc u muže
0,8/1000 porodů - nadprůměrná výška - plodnost a inteligence někdy snížena - agresivita (?) - zločinnost (?) - není vyšší riziko aneuploidií u potomků
Downův syndrom - trisomie chromosomu 21 - 47, XY, +21 (nebo 47, XX, +21) - incidence 1/600 – 1/800 novorozenců - okrouhlá tvář, psychomotorická retardace, mongoloidní směr očních štěrbin (epikantus), vrozené srdeční vady, zvětšený jazyk - makroglosie (otevřená ústa), Bruchfieldovy skrny na duhovce
Downův syndrom
Karyotyp pacienta s Downovým syndromem
Edwardsův syndrom - trisomie chromosomu 18 - 47, XY, +18 (47, XX, +18) - incidence 1 / 3 000 – 1 / 5000 (1 / 10 000) - syndaktylie, polydaktylie, dolichocefalie (výrazně protažená hlava v předozadním směru), mnohačetné malformace - těžce postižené dítě, které neprospívá a umírá zpravidla několik týdnů až měsíců po narození
Patauův syndrom - trisomie chromosomu 13 - 47, XY, +13 (47, XX, +13) - incidence 1 / 10 000 novorozenců - translokační formy [46,XX, t(13,13)] jsou velmi vzácné - rozštěp rtu a patra, polycystické ledviny - těžce postižené neprospívající děti - přežívají pouze několik dní až týdnů po narození
Trisomie 22
Trisomie 9 Trisomie 8 dovoluje přežití
Karyotyp spontánně potraceného plodu těžce postiženého vrozenými vývojovými vadami. Cytogenetickým vyšetřením prokázána triploidie.
Diagnostika chromozomálních aberací stanovení karyotypu a jeho vyhodnocení indikováno tehdy, je-li podezření na genetickou chorobu: - výskyt příslušného syndromu u daného jedince - vysoký věk matky – nad 35 let - poruchy gravidity - opakované potraty - genetická choroba, chromozomová aberace u rodičů - v rodině se již narodilo dítě s chromozomální odchylkou - v séru matky nález biochemických markerů (např. choriový gonadotropin – HCG) U nenarozených jedinců: amniocentéza nebo biopsie plodu. Nyní snaha o izolaci DNA plodu z krve matky. Nejnovější trend: preimplantační diagnostika!
Přehled genetických diagnóz AD dědičné choroby
AR dědičné choroby
X - vázané choroby
U některých se spíše jedná o neúplně dominantní typ dědičnosti, kde postižení jedinci jsou heterozygoti; u dominantních homozygotů je fenotypový stav mnohem závažnější.
• Alkaptonurie HGD (homogentisát1,2-deoxygenasa) • Crigler-Najjarův syndrom UGT1A1 (UDP-glykosyltransferasa-1) • Cystická fibróza CFTR (cystic fibrosis conductance regulator) • Fenylketonurie PAH (fenylalaninhydroxylasa) • Galaktosemie GALT (galaktosa-1fosfát-uridylyltransferasa) • Polycystická choroba ledvin (AR) PKHD1 (dětský typ) • Srpkovitá anémie HBB (globin beta) • Syndrom Hurlerové IDUA (alfa-Liduronidasa) • Tay-Sachsova choroba HEXA (hexosaminidasa A – α podjednotka) • Wilsonova choroba ATP7B • α Talasémie HBA (globin alfa) •β Talasémie HBB (globin beta)
Y-vázaná dědičnost prakticky neexistuje
• Achondroplázie FGFR3 (fibroblastgrowth-factor-receptor-3) • Apertův syndrom FGFR2 (fibroblast-growth-factor-receptor2) • Dentinogenesis imperfecta DSPP (dentin-sialofosfoprotein) • Ehlers-Danlos syndrom COL1A1, COL5A1, COL5A2 • Familiární hypercholesterolémie LDLR (LDL receptor) • Leidenská mutace F5 (Factor V Leiden) • Marfanův syndrom FBN1 (fibrilin) • Osteogenesis imperfecta COL1A1, COL1A2 (kolagen – α 1, 2 řetězec) • Polycystická choroba ledvin (AD) PKD1, PKD2
• Adrenoleukodystrofie ABCD1 • Aicardiho syndrom AIC • Beckerova a Duchennova svalová dystrofie DMD (dystrofin) • Daltonismus – deuteranopie DCB • Hemofilie A F8 (koagulační faktor VIII) • Hemofilie B F9 (koagulační faktor IX) • Incontinentia pigmenti NEMO (dominantní dědičnost) • Lesch-Nyhanův syndrom HPRT1 • Rettův syndrom MECP2 (dominantní dědičnost) • Vitamin D rezistentní rachitis PHEX
Přehled genetických diagnóz Chromosomové aberace Je třeba uvažovat možnost mozaikových forem. • Downův syndrom Trisomie 21. chromosomu • Edwardsův syndrom Trisomie 18. chromosomu • Pataův syndrom Trisomie 13. chromosomu • Turnerův syndrom 45,X (monosomie X) • Klinefelterův syndrom 47,XXY (resp. 48,XXXY aj.) • Triple X syndrom („superfemale“) Trisomie X chromosomu - 47, XXX (resp. 48, XXXX aj.) • Syndrom XYY („supermale“) 47, XYY (resp. 48, XXYY aj.) • Syndrom Cri du chat del(5p) • Wolfův syndrom del(4p)
Hereditární nádorové syndromy Jedná se o onemocnění s autosomálně dominantním typem dědičnosti (a s neúplnou penetrancí). • Cowdenův syndrom PTEN • Familiární adenomatózní polypóza APC • Hereditární karcinom prsu a ovarií BRCA1, BRCA2, PALB2, CHEK2 a další •Hered. nepolyp. kolorektální karcinom hMSH2, hMLH1, hPMS1, hPMS2 a další • Li-Fraumeni syndrom TP53 • Mnohočetná endokrinní neoplázie Typ I a II - MEN1, MEN2 (RET protonkogen) • Neurofibromatóza (typ I a II) NF1, NF2 • Peutz-Jeghersův syndrom STK 11 • Retinoblastom Rb1 • Tuberózní skleróza TSC1, TSC2 • Von Hippel-Lindau syndrom VHL • Wilmsův tumor WT1
Mitochondriální poruchy Vykazují maternální typ dědičnosti (mutace mtDNA) • KSS - Kearns – Sayre Syndrom • LHON - Leberova Hereditární Optická Neuropatie • MELAS - Mitochondrial Encephalomyopathy, Lactic Acidosis, Stroke-like episodes • MERRF - Myoclonic Epilepsy Ragged Red Fibres • NARP - Neurogenic muscle weakness, Ataxia, Retinitis pigmentosa
Přehled genetických diagnóz
Syndromy chromosomální nestability AR dědičné choroby. U postižených sklon k různým typům malignit nebo imunodeficitům. • Ataxia teleangiektasia ATM • Bloomův syndrom BLM • Fanconiho anémie FANC (skupina genů: -A, -B, -C …) • Nijmegen-breakage syndrom NBS1 • Xeroderma pigmentosum XP (skupina genů: -A, -B, -C …)
Mikrodeleční syndromy
Dynamické mutace
• Angelmanův syndrom del(15q1113) - maternální • DiGeorgův syndrom del(22q11.2) • Millerův-Diekerův syndrom del(17p13) • Praderův-Williho syndrom del(15q11-13) – paternální • Smithové-Magenisové syndrom del(17p11.2 ) • WAGR syndrom del(11p13) • Williamsův syndrom del 7q11.23
Expanze trinukleotidových repetic • Ataxia teleangiektasia ATM • Bloomův syndrom BLM • Fanconiho anémie FANC (skupina genů: -A, -B, -C …) • Nijmegen-breakage syndrom NBS1
MUTAGENY
Terminologie Genotox. látky
Mutageny
mutagenita (změna = mutace)
Karcinogeny
Teratogeny
genotoxicita
karcinogenita
teratogenita
změny genetického materiálu změny genetického materiálu specifické změny genetického materiálu
vývojové anomálie
genotoxicita = mutagenita ≠ karcinogenita ≠ teratogenita
Mutageny Fyzikální – teplo, záření neionizující (UV), ionizující Chemické – např. uzeniny obsahují dusitany, d. sodný, draselný, v masných výrobcích označeny E249, E250. Z nich vznikají karcinogenní nitrosaminy – rakovina tlustého střeva a konečníku!!! Biologické - viry
Comet assay („kometový test“) Single Cell Gel Electrophoresis assay (SCGE)
• Stanovení malých fragmentů DNA v jádrech jednotlivých buněk • Fragmenty vznikají poškozením genetického materiálu vlivem mutagenů.
Testy na chromozomové úrovni • Micronucleus test („test tvorby mikrojader“) je založen na hodnocení výskytu acentrických chromozomových fragmentů. Tyto části jaderné hmoty zpravidla zůstávají po skončení mitózy mimo buněčné jádro a vytvářejí tzv. mikrojádra. • Studium výměn sesterských chromatid neboli SCE (Sister Chromatid Exchanges) • Stanovení frekvence strukturních, popř. numerických chromozomových aberací u savčích buněk v kultuře, laboratorních zvířat nebo přímo u osob, které přišly do styku se suspektním mutagenem (lze tak monitorovat genotoxickou zátěž u pracovníků v rizikových provozech)
Analýza zlomů a dalších strukturních aberací
Chromozomové aberace jako měřítko genotoxických vlivů
Karcenogeneze (kancerogeneze) • Soubor procesů, při nichž dochází k transformaci normální buňky na nádorovou buňku. • Transformovaná buňka se nekontrolovaně dělí a vytváří nádor. • Nádor se formou metastáz šíří po těle.
• Cancer – rak, krab • Faktory způsobující změnu (transformaci) normální buňky na buňku nádorovou
Londýnský chirurg Percival Pott se ve 2.polovině 18. století zabýval mimo jiné také zdravotním stavem kominíků…
Dr. Percival Pott (1713 – 1788)
• u kominíků se ve zvýšené míře vyskytuje rakovina (karcinom dlaždicových buněk) šourku, které se dokonce dostalo označení „kominický nádor“
Podobnou malignitou (na ruce) byl postižen i zahradník, jenž používal saze ke hnojení zahrady.
Mutagen X Karcinogen • Každý prokázaný mutagen je suspektním karcinogenem. • Ne všechny karcinogeny jsou rovněž mutagenní. • Spolehlivé stanovení karcinogenity vůči lidskému organismu bývá složité a v některých případech těžko proveditelné.
Rozdělení karcinogenů podle charakteru
• chemické • fyzikální • biologické
Databáze IARC (International Agency for Research of Cancer)
• Pro přímý vstup použijte adresu: http://monographs.iarc.fr/index.php
Klasifikace testovaných látek podle IARC • Skupina 1: Látky (směsi) karcinogenní pro člověka
• Skupina 2A: Látky (směsi) pravděpodobně karcinogenní pro člověka • Skupina 2B: Látky (směsi) s možným karcinogenním účinkem
• Skupina 3: Látky (směsi), jejichž karcinogenitu pro člověka nelze klasifikovat (důkazy karcinogenity nejsou dostatečné) • Skupina 4: Látky (směsi), které pravděpodobně nevykazují karcinogenní účinek vůči člověku
Mapa radonového rizika
Teratologie
Teratologie Vědní disciplína, studuje příčiny a mechanismy vzniku vrozených vad
Teratogeneze Proces indukce vrozených vad
Teratogen Faktor indukující vrozenou vývojovou vadu, VVV
VVV
Vada detekovaná při narození nebo krátce po něm, jsou zpravidla morfologického charakteru, MVV
Vývojové odchylky, VO Drobné morfologické vady
VVV a VO Postihují podle nejnovějších statistik v USA 20 - 30 jedinců z 1000 živě narozených. Četnost se liší populace od populace.
Etiologie většiny VVV je neznámá!!! Příčiny vrozených vad: • genetické → mutageny → 20% VVV • epigenetické → teratogeny → 10% VVV • kombinace → 70% VVV
Předpokládaná příčina Genetická Genové mutace Cytogenetické odchylky Genetická Poškození mateřského organismu Infekce Mechanické problémy (deformace) Chemikálie/léčiva/radiace/hypertermie
Prekoncepční expozice Neznámé (polygenní)
% ze všech vad 15-20 5 4 3 1-2 <1
? 65
Vrozené vady • prenatálně vzniklá vývojová poškození • nejrůznějšího charakteru od malých fyziologických a anatomických anomálií (alergie, polydaktilie) po malformace • její vznik závisí na genotyppu zárodku v interakcei s teratogenem
• jedinec se s nimi rodí nebo jsou příčinou potratů
Prenatální ztráty
Teratogeny Látky indukující vrozenou vývojovou vadu (chemické, fyzikální, biologické). Uplatňují se zejména v počátku embryogeneze. Ale: vrozené vývojové vady nejsou dědičné.
Fenotyp vrozené vývojové vady může být totožný s genetickou chorobou (např. rozštěpové vady).
Teratogeny Fyzikální
▪ záření ▪ teplota
Biologické
▪ viry
(zarděnky, herpes, HIV, aj.)
▪ bakterie
(Treponema palidum - syfilis)
▪ paraziti Chemické
▪ léky ▪ hormony ▪ antibiotika
(Toxoplasmosa)
(Thalidomid - hypnotikum) (progestiny - podpora gestace estrogeny - podpora gravidity) (při překročení pásma bezpečnosti)
▪ vitamíny!
(A, E, K, B, aj.)
▪ chemikálie v zevním prostředí (rtuť, PCB, dioxiny, aj.)
Pásmo bezpečnosti Základní antibiotika
Vitamíny
Mateřské faktory
• diabetes melitus • fenylketonurie • deficience jodu (kretenismus) • kouření • asi nejznámější je alkoholismus → fetální alkoholový syndrom
malý obvod hlavy epikantus
úzká oční štěrbina nízký nosní můstek krátký nos nezřetelné filtrum (žlábek mezi nosem a horním rtem)
malý střed obličeje tenký horní ret
Paradox epidemiologie VV
Citlivost orgánových systémů k teratogenezi
Černobyl a nádory štítné žlázy u žen došlo k zdvojnásobení nově nalezený nádorů štítné žlázy
Černobyl a sex ratio
SR průměr:
51,5% ♂ 48,5% ♀
Po Černobylu došlo k snížení % mužských plodů
