2012-11-05

1

Biologiczne podstawy zachowań;

genetyka zachowania

Robert K. Filipkowski

[e-mail]

chromosom

chromatyda

chromatyda

kariotyp,

2n

(23 + 23)

46, XX lub 46,XY

genom człowieka:
- ok. 3 mld nukleotydów
- ok. 2 m długości

Mitoza

1 x 2n

2 x 2n

rozmnażanie bezpłciowe – funkcja, zalety

rozmnażanie płciowe – funkcja, zalety

X

2012-11-05

2

2n

2 x 1n

2 x 1n

4 x 1n

Mejoza

1 x 2n

4 x 1n

Mejoza

wymiana odcinków chromatyd siostrzanych

!

Crossing-over

Przykłady mejozy

SPERMATOGENEZA

OOGENEZA

pary chromosomów – diploidalna liczba chromosomów (2n), n = 23

pary genów – geny identyczne lub różne

autosomy i chromosomy płciowe

Dziedziczenie płci u człowieka

XY

XX

chromosomy płci – X, Y
chromosomy autosomalne
(autosomy) – 22 pary
kariotyp: 46, XY

kariotyp: 46, XX

Dziedziczenie płci u człowieka

XY

XX

X

X

X

X

X

2012-11-05

3

Dziedziczenie płci u człowieka

XY

XX

XY

XX

X

Dziedziczenie płci u człowieka

XY

XX

XY

XX

XY

XX

50%

fenotypy:

genotypy:

50%

50%

50%

X

Chromosomy X i Y a autosomy

!

Gen / białko SRY determinuje płeć męską

Cechy sprzężone z płcią (determinowane przez geny na chromosomach płci):

- hemofilia,

- daltonizm,

- dystrofia mięśniowa Duchenne’a

- zespół łamliwego chromosomu X

gen dystrofii

SRY jest czynnikiem
transkrypcyjnym.

gen daltonizmu

gen hemofilii

gen FMR1

gen SRY

Chromosomy Y i X

para chromosomów – para chromosomów homologicznych

para chromosomów – para chromosomów homologicznych

2012-11-05

4

a

a

B

B

c

c

d

d

E

E

A

A

B

B

C

C

d

d

e

e

gen zajmuje miejsce
zwane locus

wersje genu, np. e, E
to allele

w odniesieniu do genu w
danym locus osobnik
może być homozygotą
lub heterozygotą

mówimy o allelach
dominujących i
recesywnych

gen

– podstawowa jednostka dziedziczenia przekazywana potomstwu przez rodziców

– odcinek DNA znajdujący się w chromosomie

– koduje odcinek ... ?

allele

– różniące się od siebie wersje genu, zajmują ten sam locus w chromosomach

homologicznych

locus

– miejsce zajmowane przez konkretny gen w chromosomie

homozygota (w odniesieniu do konkretnego genu)

– organizm diploidalny, który ma identyczne allele w obu chromosomach homologicznych

heterozygota (w odniesieniu do konkretnego genu)

– organizm diploidalny, który ma różne allele w obu chromosomach homologicznych

genotyp

– zestaw wszystkich alleli organizmu

fenotyp

– zestaw wszystkich cech organizmu (zewnętrzny wyraz genotypu)

allel dominujący

– przejawia się w fenotypie, gdy występuje w stanie heterozygotycznym lub

homozygotycznym

allel recesywny

– przejawia się w fenotypie, gdy występuje tylko w stanie homozygotycznym

a

a

B

B

c

c

d

d

E

E

A

A

B

B

C

C

d

d

e

e

mejoza (m.in. crossing-over)

rekombinacja

Otrzymujemy określone chromosomy
od matki lub ojca, ale przekazujemy
dalej chromosomy złożone z

przemieszanych fragmentów
ojcowskich i matczynych!

Powstaje potomstwo o
nierodzicielskich kombinacjach alleli
-

rekombinanty

1. Losowe rozchodzenie się

chromosomów

2. Crossing-over

3. Mutacje!

Źródła zmienności genetycznej

Reguły dziedziczenia cech


I. Prawo czystości gamet
(do gamety przechodzi tylko jeden allel)

2012-11-05

5

AA

AA

AA

AA

100%

fenotypy:

genotypy:

100%

X

Dziedziczenie w przypadku homozygot (dominujących)

aa

aa

aa

aa

100%

fenotypy:

genotypy:

100%

X

Dziedziczenie w przypadku homozygot (recesywnych)

Aa

aa

Aa

aa

50%

Dziedziczenie allelu dominującego

fenotypy:

genotypy:

50%

50%

50%

X

Aa

Aa

Aa

Aa

aa

AA

25%

Dziedziczenie cechy determinowanej przez allel recesywny

fenotypy:

genotypy:

25%

25%

50%

75%

homozygota, heterozygota?

X

Aa

Aa

Aa

Aa

Dziedziczenie jednej pary cech (dziedziczenie alleli recesywnych)

A

a

A

a

A

A

a

A

A

a

a

a

X

Reguły dziedziczenia cech


II. Prawo niezależnej segregacji alleli
(różne cechy są dziedziczone niezależnie)

geny sprzężone – występujące na tym samym chromosomie

2012-11-05

6

CcEe

ccee

X

CE, Ce, cE, ce

ce

pokolenie rodzicielskie

gamety

CcEe, Ccee, ccEe, ccee (w równych proporcjach)

Dziedziczenie dwóch par alleli

c

c

e

e

C

C

E

E

c

e

C

E

?

c

e

c

E

C

e

C

E

rodzicielski

rodzicielski zrekombinowany

c

c

e

e

c

c

e

e

c

e

krzyżówka testowa;
proporcje fenotypów odzwierciedlają
odległość genów na chromosomie

X

Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:

- brak lub nadmiar chromosomów
- brak lub nadmiar części chromosomów
- mutacje pojedynczych genów/loci

Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:

- brak lub nadmiar chromosomów

- brak lub nadmiar części chromosomów
- mutacje pojedynczych genów/loci

Zaburzenia kariotypu na skutek nieprawidłowego
rozejścia się chromosomów w mejozie

monosomie i trisomie

zespół trisomii 13 (zespół Patau) – liczne wady
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 3 miesięcy,

zespół trisomii 18 (zespół Edwardsa) – liczne wady
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 1. roku życia,

zespół Downa, trisomia 21. chromosomu

zespół Klinefeltera – kariotyp 47, XXY lub 48, XXXY

zespół Turnera – kariotyp 45, X0

zespół trisomii 13 (zespół Patau) – liczne wady
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 3 miesięcy,

zespół trisomii 18 (zespół Edwardsa) – liczne wady
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 1. roku życia,

ważne – na niebiesko!

Zaburzenia kariotypu na skutek nieprawidłowego
rozejścia się chromosomów w mejozie

zespół Downa, trisomia 21. chromosomu

najważniejsza pojedyncza przyczyna upośledzenia umysłowego

2012-11-05

7

Zespół Downa

-

trzy chromosomy 21

,

-

opóźnienie w rozwoju psychicznym i fizycznym

o różnym

nasileniu (

zazwyczaj umiarkowane upośledzenie umysłowe

),

- przyczyna: nieprawidłowa mejoza w komórkach żeńskich,
-

ryzyko rośnie z wiekiem matki

(1/1000 u kobiet 25-letnich, 1/32 u

kobiet 45-letnich; średnio 1/700),
- charakterystyczny wygląd (płaski profil twarzy, szeroko
rozstawione, nieco skośne oczy z fałdą powiekową, mały nos,
mała żuchwa, wysunięty język, małe małżowiny uszne, nisko
osadzone, często zniekształcone, niski wzrost, długi tułów, krótkie
kończyny),
- częste wady wrodzone serca, przewodu pokarmowego, układu
moczowego, padaczka, zaćma, białaczka,

przedwczesne starzenie

się, choroba Alzheimera

Zespół Klinefeltera

-

kariotyp

47, XXY

lub

48, XXXY

,

- 1 : 1000 noworodków płci męskiej,
-

ryzyko urodzenia zwiększa się wraz z wiekiem matki

,

-

mężczyźni

(ze względu na obecność chromosomu Y),

-

niepłodni

,

- rzadko diagnozowane w wieku dziecięcym,
- długie kończyny (względem tułowia), szeroka
miednica, niedorozwój gruczołów płciowych,
zaburzenia dojrzewania płciowego (niski poziom
testosteronu, ginekomastia – powiększenie sutków),
-

u 20% upośledzenie umysłowe

,

Zespół Turnera

- kariotyp 45, X0,

- 1 : 5000 noworodków

płci żeńskiej

,

- ryzyko urodzenia zwiększa się wraz z wiekiem matki

,

- kobiety (ze względu na brak chromosomu Y),
- niedorozwój wewnętrznych i zewnętrznych narządów płciowych,
- niski wzrost (do 150 cm; brak przyspieszenia wzrostu w okresie
dojrzewania),
- wcześniejszy proces degeneracji jajników prowadzący do ich
zaniku i włóknienia,

- niepłodność

,

- u większości – niska linia owłosienia na czole i karku, niedorozwój
żuchwy, tyłozgryz, płetwiasta szyja, nisko osadzone małżowiny
uszne,
- częste wady serca, układu moczowego, anomalie kostne,

- u części chorych lekkie upośledzenie umysłowe,
- problemy psychologiczne,

- leczenie estrogenami (umożliwia jedynie rozwój wtórnych cech
płciowych)

Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:

- brak lub nadmiar chromosomów

- brak lub nadmiar części chromosomów

- mutacje pojedynczych genów/loci

Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:

- brak lub nadmiar chromosomów

- brak lub nadmiar części chromosomów

mutacje dotyczące fragmentów chromosomów:

- delecja

- duplikacja

- inwersja

- translokacja

Translokacyjna forma zespołu Downa (dziedziczna!):

materiał genetyczny chromosomu 21
łączy się z chromosomem 14

osobnik zdrowy

nosiciel

chory

chromosomy 14

chromosomy 21

chromosom 14/21

2012-11-05

8

Zespół miauczenia kota (cri-du-chat syndrome)

- przyczyna – delecja fragmentu ramion krótkich
chromosomu 5.,

- 1 : 50000 urodzeń,
- stwierdzany u 1%

upośledzonych umysłowo

,

- charakterystyczny płacz w okresie noworodkowym,
- dystrofia wewnątrzmaciczna, małogłowie,
niedorozwój żuchwy, nisko osadzone małżowiny
uszne, obniżenie napięcia mięśniowego,
- liczne wady rozwojowe układu krążenia i
moczowego,
-

głębokie upośledzenie umysłowe

Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:

- brak lub nadmiar chromosomów
- brak lub nadmiar części chromosomów
-

mutacje pojedynczych genów/loci

Rodzaje dziedziczenia

Dziedziczenie autosomalne recesywne

np. fenyloketonuria

Osoby chore przeważnie nie mają chorych
rodziców. U rodzeństwa osoby chorej
prawdopodobieństwo choroby = 25%. Rodzice
są nosicielami, dziecko musi mieć oba allele
fenyloketonurii, by zachorować.

Dziedziczenie autosomalne dominujące

np. choroba Huntingtona

Osoby chore mają jednego chorego rodzica.
Około połowy potomstwa chorego rodzica
choruje.

Choroby dziedziczne – choroby wynikające

z mutacji genowych

(mutacje w pojedynczym genie)

- anemia sierpowata,
- fenyloketonuria,
- mukowiscydoza,
- galaktozemia
- choroba Huntingtona,

obowiązują reguły

recesywności / dominacji

,

dziedziczenie autosomalne

poradnictwo genetyczne (ważne w przypadku historii choroby w
rodzinach osób np. planujących małżeństwo)

Fenyloketonuria

Fenyloketonuria

- mutacja w genie kodującym enzym katalizujący przekształcenie
fenyloalaniny w tyrozynę,
- występuje

nagromadzenie się fenyloalaniny

(jeden z aminokwasów)

uszkadzające rozwijający się układ nerwowy

leczenie
-

leczenie zapobiegawcze – dieta uboga w fenyloalaninę

(wcześnie

wprowadzona i ściśle stosowana zapewnia prawidłowy rozwój,
występują jednakże

drobne defekty intelektualne

),

nieleczona („przeoczona”)
- upośledzenie umysłowe i opóźnienie w rozwoju,

- śmiertelna przed upływem 20. roku życia (nieleczona),
- cecha autosomalna, recesywna

Choroba Huntingtona

-

degeneracja układu nerwowego

- objawia się między 35. a 45. rokiem życia,
- warunkuje ją gen kodujący białko

huntingtynę

,

który zawiera

wielokrotne powtórzenia CAG

huntingtyna jest niezbędna do transportowania neuroprzekaźników z ciała
komórki poprzez akson do synapsy, zmutowana huntingtyna jest
dłuższa/większa i toksyczna dla komórki

-

prowadzi do choroby psychicznej

, śmiertelna,

- cecha autosomalna, dominująca

2012-11-05

9

Galaktozemia

- niedobór lub brak enzymów przekształcających galaktozę w glukozę,
- akumulacja galaktozy we krwi (w nadmiarze toksyczna),
-

w ciężkich przypadkach opóźnienie w rozwoju somatycznym i

psychicznym

,

-

leczenie – dieta

eliminacyjna

- cecha autosomalna, recesywna

Dziedziczenie

pozachromosomowe

Od kogo masz więcej genów, od mamy czy taty?

Mitochondria – mają DNA, dziedziczone po matce

zdrowy

syn

chory

syn

zdrowa

córka

córka

nosicielka

zdrowy

ojciec

matka

nosicielka

zdrowy

nosiciel

chory

Choroby dziedziczne sprzężone z płcią

Hemofilia

zdrowy

syn

chory

syn

zdrowa

córka

córka

nosicielka

zdrowy

ojciec

matka

nosicielka

zdrowy

nosiciel

chory

X

H

Y

X

H

X

h

X

H

Y

X

h

Y

X

H

X

H

X

H

X

h

- krew hemofilików nie
krzepnie,

- mutacja recesywna w
genie w chromosomie X,

- chorują wyłącznie
mężczyźni, kobiety są
nosicielkami,

- płody X

h

X

h

nie przeżywają

Daltonizm

zdrowy

syn

chory

syn

zdrowa

córka

córka

nosicielka

zdrowy

ojciec

matka

nosicielka

zdrowy

nosiciel

chory

X

D

Y

X

D

X

d

X

D

Y

X

d

Y

X

D

X

D

X

D

X

d

- daltonizm = ślepota na
barwy czerwoną i zieloną,

- mutacja recesywna w genie
w chromosomie X,

- 8% mężczyzn, 0,4% kobiet

(X

d

X

d

)

Druga najczęstsza przyczyna upośledzenia umysłowego

2012-11-05

10

Zespół łamliwego chromosomu X

- 1 : 1250 mężczyzn
- 1 : 2500 kobiet, objawia się u połowy kobiet,

(dominacja o ograniczonej penetracji)

- mutacja występuje w genie fmr1 w chromosomie X,
- chromosom X z mutacją ma tendencję do pękania

(wykrywane badaniem cytogenetycznym),

- miejsce łamliwe zawiera

wielokrotne powtórzenia CGG

,

- choroba ujawnia się u dziewcząt z dwoma uszkodzonymi chromosomami X i u części z
jednym -

połowa dziewcząt ujawnia lekkie zaburzenie; lekki stopień upośledzenia,

trudności w uczeniu się,

słabo zaznaczone cechy fenotypowe (jeden chromosom X jest

u kobiet nieaktywny)

- u chłopców – upośledzenie umysłowe (od umiarkowanego do głębokiego), nietypowa
mowa, drżenie rąk, słaby kontakt wzrokowy, częste zachowania autystyczne,

wydłużona

twarz, wystająca szczęka, asymetria twarzy, wydatne guzy czołowe, duże/odstające uszy,
zniekształcenia kręgosłupa, obniżenie napięcia mięśniowego, powiększenie jąder

Powielanie trójnukleotydowych powtórzeń

Powielanie krótkich odcinków DNA może być przyczyną chorób

- choroba Huntingtona
powtórzenia CAG w genie huntingtyny:

10-35 powtórzeń – norma

40 powtórzeń – choroba
im więcej powtórzeń, tym wcześniej pojawiają się objawy.
przypadek 95 powtórzeń – napady padaczkowe, obniżenie
zdolności poznawczych i zaburzenia nerwowo-mięśniowe przed
ukończeniem 3 lat, śmierć w wieku 11 lat.

Powielanie krótkich odcinków DNA może być przyczyną chorób

- zespół łamliwego chromosomu X

powtórzenia CGG w genie fmr1:

6-54 powtórzeń – norma
55-200 powtórzeń – premutacja (nie wywołuje choroby, ale
prowadzi do niej w kolejnym pokoleniu)
ponad 200 powtórzeń – upośledzenie umysłowe

Powtórzenia występują w rejonie promotorowym genu fmr1.

Powodują zaburzenia transkrypcji genu fmr1 i powstania
hamującego czynnika regulującego translację – białka FMRP
(fragile X mental retardation protein).

Powielanie trójnukleotydowych powtórzeń