Genom- obejmuje sekwencje kodujące i niekodujące DNA
Geny - złożone z egzonów (kodujące) i intronów(niekodujące)
Transkrypcja-przepisywanie DNA na mRNA przy udziale specyficznych polimeraz RNA zależnych od DNA. Polimeraza przepisuje nieć DNA w kierunku 5'-3'. Przepisywana jest tylko i wyłącznie jedna nić (sensowna). Do rozpoczęcia procesu transkrypcji polimeraza musi odnaleźć miejsce promotorowe genu (min.TATA Box, CAAT, heksamer -35,-10--- są to miejsca, które rozpoznaje polimeraza2 RNA + przyłączenie czynników transkrypcyjnych= zapoczątkowanie procesu transkrypcji). Następnie po transkrypcji wycinane są introny i RNA zostaje redagowane.
W DNA są sekwencje kodujące (geny) i niekodujące, które indukują mutacje.
Mutacje punktowe są odpowiedzialne za choroby metaboliczne związane ze zmianami w genach kodujących enzymy metaboliczne.
Mutacje dzielimy na dziedziczne i spontaniczne(mutagenne czyniki-chemiczne fizyczne, wirusy itd.) Rozpoczynają się zwykle w miejscach niekodujących genów (SINE, LINE, PSEUDOGENY, RETROWIRUSY, RETROTRANSPOZONY). W ludzkim genomie około 90% są to sekwencje niekodujące natomiast 10% to sekwencje kodujące.
SINE LINE - krótkie, długie rozrzucone elementy(short interspersed nuclear elements) - krótkie mają do 400pz natomiast długie kilka tysięcy par zasad (przeciętnie 6-8kbp.). Zakończone sekwencjami tandemowymi( powtórzenia np. dwójkowe nukleotydów). Częstość zmian mutacyjnych w tych sekwencjach tandemowych jest bardzo duża i destabilizują w ten sposób one genom.
Pseudogeny- Sekwencje nukleotydowe przypominające geny, lecz transkrypcyjnie nieaktywne.
Znane są dwa rodzaje pseudogenów. Pierwszy powstaje w wyniku duplikacji odcinka DNA w procesie niewzajemnego crossing-over. Drugi rodzaj tworzy się w wyniku integracji do chromosomu segmentu DNA powstałego podczas retrotranskrypcji cząsteczki RNA.
Pseudogeny nie posiadają promotora oraz intronów, na końcu 3' towarzyszy im sekwencja poli A.
Kodon to tryplet zasad kodujący aminokwas.
GEN- dawniej określany jako jednostka dziedziczności, później sekwencja DNA kodująca białko, ---- są to określenia nie precyzyjne i w niektórych przypadkach nieprawdziwe. Nie jest to jednostka dziedziczności, nie koniecznie musi kodować jedno białko. Rewolucją było odkrycie siRNA (small interferencje RNA). Istnieje dziesiątki form RNA (mikro RNA).Pierwotnie uważano, że DNA przepisywane w transkrypcji na RNA a mRNA na białko. Współcześnie wiadomo, iż w procesie transkrypcji powstaje szereg krótkich cząsteczek RNA (mikro RNA), które biorą udział w regulacji ekspresji genów. Mogą one wyciszyć ekspresje danego genu lub zmodyfikować skład powstającego białka. Pewne cząsteczki RNA transkrybowane są z części DNA pochodzących od dwóch różnych genów, są to tzw. fuzyjne cząsteczki RNA. Łączące część kodującą jednego białka z fuzyjną częścią drugiego białka powoduje to znacznie większą różnorodność produkowanych białek. Jeden gen może kodować wiele białek.
Alternatywne splaicing ( alternatywne składanie genów)- powoduje, że po transkrypcji egzony po wycięciu intronów mogą się kombinacyjnie łączyć i powstają różne białka ( poprzez różne kombinacje łączenia egzonów--- z jednego genu powstaje kilka genów, ten fakt również weryfikuje niesłuszność klasycznej teorii Genu. Sekwencje kodujące białka są płynne nie są w 100% konserwatywne(alternatywna regulacja ekspresji itd.).
Paramutacje- np. metylacja DNA.W zależności w jakim stopniu jest zmetylowane DNA w takim stopniu dochodzi do zmiany ekspresji danego genu. (zmetylowane DNA nie ulega ekspresji --- ma to związek z deacylacja białek histonowych --- DNA łączy się silniej z histonami i niedostępne jest dla polimerazy RNA podczas transkrypcji). Zaburzenia w metylacji DNA mogą prowadzić do transformacji nowotworowej poprzez inaktywacje genów supresorowych transformacji nowotworowej). Może to również doprowadzić do powstawania nieprawidłowych białek.(według boba). Np.W obrębie genów kodujących barwnik u myszy. Zmieniony fenotyp u myszy.O zmianie barwy myszy decyduje mutacja w locus lotus genami KIT(?). Jeżeli pojawi się forma alleliczna TN1alf wówczas to pojawia się białe zakończenie ogone. Jeśli skrzyżujemy normalnego osobnika z mutacja i osobnika bez mutacji powstaną osobniki zmutowane i normalne. Fenotyp zmutowany ( biały ogon) pojawia się u osobnika nieposiadającego formy allelicznej mutacji. Dzieje się tak, ponieważ dziedziczona jest pewna forma RNA, która wycisza gen koduje czarny ogon u myszy. Nie ma mutacji a jest fenotyp zmutowany (si RNA przenoszone z nasieniem -wycisza ekspresje genów).
Paramutacje są powodem chorób, które mają podłoże wielogenowe (cukrzyca) a nie znajdują uzasadnienia w zmianach strukturalnych w genomie. Paramutacje mogą być o charakterze metylacji genów DNA i paramutacje mogą być o charakterze wytwarzania krótkich interferujących RNA które przenoszą określone defekty na następne pokolenia bez jakichkolwiek zmian w genomie.
Allel paramutowalny- jest o allel odpowiedzialny za kolor okrywy
Allel paramutujący- jest to allel, który jest w stanie wytworzyć siRNA-czyli jest w stanie wytworzyć interferujący RNA, który przechodząc na następne pokolenia spowoduje określony fenotyp
Krótkie interferujące sekwencje, które nie kodują a mają znaczenia w genetyce. Wyróżniamy 4 sekwencje niekodujące w genomie, które mają duże znaczenie mutagenne.
1. SINE
2. LINE- sekwencje te mają one długość do kilkuset zasad; genom jest nimi gęsto nasycony i te sekwencje zakończone są dwoma typami nukleotydów, które są wysoce niestabilne genetycznie: krótkie rozrzucone elementy niekodujące zakończone są zakończeniami tandenowymi o charakterze cytozyna-adenina i takich tandemów może być np.10 powtórzeń niestabilność tych zakończeń tandemowych albo tak zwane krótkie powtarzalne sekwencje do 5 zasad kończące te rozrzucone elementy te tandemowe zakończenia oznaczają się tym, że niestabilne genetycznie oznacza to, że podczas podziału kom często nie w tych całych strukturach, które są złożone z 400 czy 500 zasad tylko w tym tandemie dochodzi do odwrócenia albo wypadnięcia takiego tandemu albo w tym krótkim odwróconym elemencie, który zawiera do 5 elementów to powoduje, że w zasadzie pod względem genetycznym nic się nie zmieniło, bo w sekwencjach kodujących nic się nie zmienia natomiast przestawienie/ubytek tego tandemu powoduje, że jest bardzo duże tzw. napięcie genomów- struktura cząsteczki DNA ulega napięciu wówczas predysponuje genom do mutacji.
3. RETROTRANSPOZONY
4. RETROWIRUSY- są to cząsteczki wirusów, które zbudowały się w genom ze względu na to, że to są cząsteczki RNA wirusów. I te retrowirusy, które mają sekwencję zbliżoną do RNA zawierają również sekwencję LINE. Z jednej strony, retrowirus jest to wbudowana genom nieaktywny wirus, który utracił swoje cechy i nie jest w stanie do replikacji natomiast w tym retrowire bardzo często wbudowane są sekwencje LINE, które powodują ze ten wbudowany retrowirus jest miejscem destabilizacji genomu i związku z tym predysponuje do mutacji.
U owiec zwany jest "jakkii skiette wirus" z niemieckiego
Wykryty u szeregu później innych zwierząt, który jest wbudowany w genom zawiera sekwencje RNA liczne sekwencje LINE. Stwierdzenie tego wirusa w genomie zwierząt jest czynnikiem predysponującym ten genom mutacji.
Stąd te sekwencje LINE SINE zakończone tandemami i krótkimi powtarzającymi się sekwencjami o składzie 5 zasad są miejscami, w których jest bardzo duża destabilizacja genomu. Czynnik fizyczny UV promieniowanie jonizujące czynnik chemiczny wirus to rozpoczyna mutacje podczas podziału komórki od odwrócenia tej tandemowej struktury albo wypadnięcia i dalej już napędza mutacje o charakterze strukturalnym czy o charakterze punktowym. Miejsca LINE I SINE miejsca wysokiej stabilizacji genomu są to miejsca, które predysponują do mutacji. Sekwencja LINE oprócz tego jest miejscem gdzie dochodzi do destabilizacji genomu ze względu na zawarte w niej tandemy i krótkie do 5 zasad odcinki to koduje ona jeszcze tzw. odwrotną transkryptaze zapewnia ze z cząsteczki RNA może być otworzony z powrotem odcinek DNA a więc uczestniczy niejako w naprawie DNA
CHOROBY GENETYCZNE ZWIERZĄT
Dzielimy je na:
w Proste
w Złożone
w Wieloczynnikowe
Choroby genetyczne mogą przyjąć formy:
1. Choroby autosomalne dominujące
2. Choroby autosomalne recesywne
3. Choroby dominujące sprzężone z płcią
4. Choroby recesywne sprzężone z płcią
Dominacja i recesywność danej cechy nie jest zakodowana w genach jest to cecha fenotypowa. I mają zastosowanie w genetyce tylko na poziomie wyłącznie fenotypu a nie na poziomie działania genu.
Cecha dominująca to taka, w której heterozygotyczność wystarczy do ujawnienia
Cecha recesywna to taka, która wymaga homozygotyczności do jej ujawnienia względnie, hemizygotyczności czyli do tych cech związanych z płcią o u osobnika męskiego jest tylko jeden chromosom X a więc choroby genetyczne związane z płcią u samców mają podłe hemizygotyczne, ponieważ osobnik dotknięty chorobą nabywa poprzez tylko jeden chromosom X i jest tzw. zasada na podstawie dziedziczenia hemizygoty a nie homo czy heterozygoty. Hemizygtyczność jest spotykana również, gdy w podwójnych chromosomach któraś część chromosomu zostanie utracona wobec tego dana przypadłość może przyjąć formę hemizygotyczną gdyż gen występuje tylko w tej części nieutraconej.
Obraz choroby gen jest tłumiony często.
Do supresji objawów choroby genetycznej przyczyniają się czynniki:
- Heterogenność genetyczna
- Plejotropia, czyli uchwytność działania danego genu
- Zmniejszona penetracja
- Zmiana ekspresywności genu
- Narastający wiek
- Pewne ograniczenia związane z płcią i genami modyfikującymi
Ekspresywność choroby genetycznej- jest to zmienność/ stopień nasilenia objawów. To, że choroba genetyczna jest dominująca i o silnych objawach przy słabych decyduje ekspresywność. O ekspresywności decyduje poziom metabolizmu, stan odżywienia, warunki środowiskowe.
Penetracja choroby genetycznej jest stopniem, w jaki gen ma prawdopodobieństwo ekspresji. Penetracja w populacji oznacza, w jaka część dotkniętych danym defektem genetycznym osobników w danej populacji ujawnia chorobę. To, że osobniki dotknięte są defektem genetycznym o charakterze dominującym nie oznacza, że 100% osobników będzie miało chorobę. Zależy to od penetracji oznacza to ilość osobników, które ujawnią chorobę spośród tych, które dotknięte są.
Cechy chorób genetycznych dominujących:
- Autosomalne dominujące-
0 Wykazują transmisję z pokolenia na pokolenie za równo osobników męskich i żeńskich. Prawdopodobieństwo 50% że potomstwo będzie miało chorobę. Według zasad Mendlowskiego dziedziczenia.
0 choroby genetyczne dominujące oznaczają się niekompletną penetracją, tzn. że, mimo że osobnik jest dotknięty jakimś defektem genetycznym dominującym nie oznacza, że zawsze ta choroba wystąpi mają niekompletną penetracje zmienną ekspresywność, czyli stopień wystąpienia objawów może być różny. Choroby genetycznie dominujące: hypercholesteremia u ludzi- wiąże się głównie z zaburzeniami frakcji LDL lipoprotein; jeżeli 50% receptorów dla frakcji LDL zostanie utraconych w wątrobie to dominacja tej choroby jest taka, że osobnik przeżywa do 40-50lat potem dotknięty zawałami serca umiera; natomiast dominacja tej choroby w pewnych liniach ludzi z m defektem może być taka ze nie ma w ogóle receptorów dla frakcji LDL wątrobie wówczas śmierć następuje w wieku dwudziestu kilku lat.
0 Porfirdie- zaburzenie wiązania hemu o charakterze dziedzicznym związany z brakiem pewnych enzymów syntetyzujących, hem a to doprowadza do nadprodukcji toksycznych metabolitów; i stopień utraty tych enzymów grupie osobników jest różny; może być taki silny brak hemoglobiny, że przeżywalność jest praktycznie niemożliwa a u drugich osobników zmniejszony poziom hemoglobiny utrudnia metabolizm, ale pozwala na przeżycie.
0 Złośliwa hypertermia dotyczy świń psów kotów i ludzi; taką próbą jest wrażliwość, na halotan w receptorze ryanodynowym, który kontroluje wychwyt białka z cytoplazmy do zbiorniczków końcowych. Jeśli stopień zanika receptora ryanodowego jest duży to wówczas najmniejszy stres albo narkoza lekka powoduje, że pies zostaje pozbawiony życia. Natomiast u drugiego osobnika stopień zaniku tego receptora ryanodynowego jest mniejszy u ujawnia się po wprowadzeniu osobnika w stan narkozy z użyciem halotanu w formie sztywności przyśpieszenia oddechów w formie duszności, przy czym ten przypadek możemy wyprowadzić na prostą. Hypertermia złośliwa jest o charakterze dominującym a ekspresja jest różna u różnych osobników
- Autosomalne recesywne
0 Do ich wystąpienia konieczna jest homozygotyczność albo tzw. składnik genetyczny- jest to stan, w którym oba allele genu są odmienne zmutowane Np. anemia sierpowata.
0 Anemia sierpowata, aby u osobnika się ujawniła muszą być defekty w obu łańcuchach hemoglobiny w formie mutacji, czyli w formie SS. Jeżeli osobnik jest w formie SA czuli ma jedna formę zmutowaną a drugą nie o ta forma zmutowana wystarcza do tego by osobnik był obciążony, ale niedotknięty chorobą. Trzecia forma choroby jest tzw. układ CS, w którym oba allele genu kodującego globinę w cząsteczce hemoglobiny są inaczej zmutowane jeden ma mutacje typu C drugi ma mutacje typu S., jeżeli za daną cechę odpowiadają dwa allele i oba są inaczej zmutowane wówczas mówimy o składniku genetycznym.
0 Choroby recesywne ujawniają się w formie homozygotycznej jak i w formie składników genetycznych. Potomstwo pochodzi od osobników obciążonych, ale nie chorych, które nie wykazują objawów chorobowych.
0 W przypadku chorób autosomalnych recesywnych w grupie albo w rodzinie rodziców zawsze można znaleźć przedstawiciela, który jest dotknięty tą chorobą jest to jedna z cech rozpoznawczych, że mamy do czynienia z chorobą recesywną.
0 chorobę genetyczną recesywną w taki sposób rozpoznajemy, że musimy znać rodowód od stron matki i od strony ojca, bo choroba w któryś z tych stron musi się ujawnić. Przy chorobach recesywnych ilość osobników płci męskiej i żeńskiej dotkniętych chorobą jest zbliżona. Pożądana cecha przy rozpoznawaniu chorób pojawiająca się u osobników w miocie psów czy świn o mamy większą liczbę osobników, z którymi mamy do czynienia i wówczas przy chorobach recesywnych, jeśli jest to choroba genetyczna recesywna to ilość osobników męskich i żeńskich jest zbliżona.
0 Autsomalne choroby recesywne obejmują olbrzymią ilość wrodzonych pędów metabolicznych.
0 Talasemia zmniejszone wydzielanie cząsteczek globiny
0 Daltonizm
0 Niedobór dopełniacza
0 Choroba u dalmatyńczyków
0 Dysgenezja gonad
0 methemoglobinemia
- Chorobę genetyczną dominującą od recesywnej odróżniamy klinicznie z chorobami genetycznymi dominującymi mamy coraz mniej do kontaktu, bo takie osobniki id razy eliminujemy ze stada. Duży problem jest z chorobami recesywnymi, bo rodzice są nosicielami, więc są niewidzialnymi przenosicielami choroby genetycznej. Przy chorobach dominujących 50% osobników jest dotknięte przy chorobach recesywnych zasadą jest to np. u suki jest to, że taki osobnik pojawi się bardzo rzadko w rodzinnej populacji i musimy znaleźć kogoś w rodzinie (ojca, matki) albo, jeśli urodziło się kilka już takich pokoleń
Przyczyny chorób genetycznych:
¨ zmiany w sekwencji w pojedynczym genie
¨ przegrupowania chromosomalne prowadzące do delecji lub duplikacji
¨ zaburzenia mitozy i mejozy powodujące do nienormalnej liczby chrom. w kom.
Skutki mechanizmów mutacji:
1. charakter molekularny - delecje, insercje, substytucje
2. wpływ na produkty genet. Wyróżniamy
¨ obojetna - bez wpływu na produkty
¨ hypomorficzna - częściowa utrata funkcji - najczęstsza
¨ amorficzne - całkowita utrata funkcji - najczęstsza
¨ neomorficzne nabycie nowych własności
Podział chorób genetycznych:
1. Powodowane abberacjami chromosomalnymi np. aneuploidalność
2. Monogenetyczne - zwykle zaburzenia o charakterze mendlowskim autosomalne
lub sprzężone z płcią
3. Mieszane
4. Poligenetyczne
5. Z udziałem czynnika środowiskowego
MONOGENOWE
- charakter mendlowski (dziedziczą się wg praw Mendla)
- pełna penetracja - w 100% osobniki dotknięte
- defekt w genomie występuje u bliźniąt jednojajowych - oba bliźniaki chore
WIELOGENOWE
- wieloczynnikowe
- dziedziczone w sposób niemendlowski - kompleksowy
- powszechnie spotykane - główna przyczyna zachorowań
- przykłady:
§ cukrzyca
§ nowotwory
§ choroby autoimmunoogicze - np. zapalenie stawów, astma u ludzi
- tylko jedno z bliźniąt może być dotknięte chorobš => odróżnienie od
monogenowych
- wzór dziedziczenia - sprzężenie cech => ważny aspekt rozpoznania np.
głuchota u dalmatyńczyków często powiązana z niebieskim (czasami brązowy)
kolorem oczu, czasami z pojawieniem się plam na skórze
Przykłady chorób MONOGENOWYCH:
Psy
§ dyzgenesja rzęsek u nowofundlandów
§ albinizm oczno-skórny - też u człowieka
§ rybia łuska - też u człowieka
§ polfirie erytropoetyczne - też u człowieka
§ hydrodysplazja punktowa sprzężona z chromosomem X - też u człowieka
§ Wrodzone wyłysienie - też u ludzi, ale niespecyficzne
§ limfedema - obrzęk z powodu zastoju chłonki
Bydło
§ brachyuria - stan skrócenia ogona
§ anoftalia u cieląt - brak oczu
§ hypokipnoza - brak zębów i gruczołów nosowych
Przykłady chorób POLIGENOWYCH
Psy:
o dziedziczna ataksja u jack russel (dżek rasel)
o chejoschosis (palatoschjosis) - zajęcza warga u bokserów
o kryptochidys - brak zstępowania jąder u bokserów
o przepuklina pępkowa - też u kotów
o przetrwały ductus arteriosus
o stenoza t. płucnej u tibli?
Konie
o uchyłek bębenkowy gardła u arabów
Bydło
o przepuklina pępkowa
Przykłady chorób MIIESZANYCH
Psy
¨ głuchota wrodzona dlamantyńczyków
¨ geny kodujące obecność lub brak pigmentu w łatach okrywy włosowej
Przykłady zagrożenia życia przez choroby genetyczne:
- dysplazja rzęsek i pręcików u psów
- leukodystrofia u owiec i psów
- syndrom pająka u jagniąt - pourodzeniowa deformacja kończyn
- pewne postacie choroby Von vilebranda (skazy krwotocznej) - najmniejsze
skaleczenie powoduje silne skrwawienie
Rozpoznanie na podstawie
- rozpoznanie kariotypów(na ćw. ukazane, że oocyty od zdrowej samicy mogą mieć
nieprawidłową liczbę chromosomów)
- identyfikacja zmienionych genów
Subtelne choroby genetyczne np. niesprawność glutenu u seterów - podawanie
preparatów mącznych, pszenicznych to u pewnej linii seterów biegunki wymioty,
bóle brzucha - jest to tylko uporczywe, utrudniające normalna zdolność
trawienną
U ludzi poznano dotychczas 10tys chorób genet., u psów 350 i co roku 15 nowych
poznawanych u psów (genom psa zsekwencjonowany z powodu podobieństw
ewolucyjnych i wielu odpowiedników chorób u ludzi podobnie u szczura i myszy)
SPOSÓB POSTĘPOWANIA W CELU ROZPOZNANIA CHOROBY GENETYCZNEJ
Problemy
1. czy istnieje możliwość rozpoznania choroby genetycznej
2. czy istnieje możliwość selekcji zwierząt w celu eliminowania choroby
Zmiany ułatwiające rozpoznanie choroby genetycznej
- deformacje wrodzone o charakterze strukturalnym
- deformacje funkcjonale - zmiany w składzie białek, hormonów, enzymów
- zmiany abiotroficzne - pewne stany degeneracji, zwyrodnień, wypadnięcia
funkcji, zaniku narządów pojawiają się przedwcześnie np. wiąd starczy,
zwyrodnienia narządów u młodych - np. u dziewczynek zanik jednej nerki potem
moczowodów, narządów rozrodczych, drugiej nerki, w wieki 20 lat zwyrodnienie i
zanik ukł. moczowo-płciowego
- stan epizocjologiczny chorób genet. - stopniowy wzrost przypadków choroby w
ciągu lat np. w danej populacji jest samiec do rozrodu i choroby się pojawiaj
to znaczy, że ten samiec jest dotknięty chorobą
- nagłe pojawienie się choroby niewystępującej na tym terenie
- pojawienie się choroby w związku z sezonem rozpłodowym - np. konie aktywność
rozpłodowa od stycznia do czerwca, ale teraz coraz dłużej nawet do listopada
(anomalia - przestawienie fofookresu w stadninach przez włączanie światła) -
Powtórne krycie tym samym samcem i uzyskanie potomstwa o podobnym stosunku
liczbowym chorych może być dowodem na podłoże genet. choroby
- plaga czystych ras - im większa homozygotyczność w rasie (eksponowanie
pięknego koloru, wielkości, kształtów) tym większa skłonność do chorób genet..
Jest to koszt presji selekcyjnej np. na fermach bydło dajce 60l mleka
umierają przez urwanie wymienia (waży 100kg)
- intensywny inbred
Cecha chorób genet. - identyczność zmian, ale to już jest oczywiste... ;)
SNEP - single nukleotyde polimorfizm - najnowsza technologia kosztuje 15tys
dolarów we Francji wymyślona. Na podstawie próbek pobranych z limfocytów
zainteresowanego zostaje zsewencjonowany gen i w tym genomie wskazane są
punkty mówiące, że dany osobnik w określonym wieku prawdopodobnie rozwinie
określoną chorobę genetyczną. Pozwala na uchwycenie polimorfizmu w każdym
triplecie, rozpoznaje wszystkie mutacje punktowe w genomie
1