Genom

Genom

człowieka

człowieka

Genom

Genom



Termin

Termin

genom

genom został po raz pierwszy wprowadzony w 1920

został po raz pierwszy wprowadzony w 1920

r przez niemieckiego botanika Hansa Winklera w celu

r przez niemieckiego botanika Hansa Winklera w celu

określenia haploidalnego zespołu chromosomów

określenia haploidalnego zespołu chromosomów

wyodrębnionego z Eukaryota .

wyodrębnionego z Eukaryota .



Obecnie pod

Obecnie pod

pojeciem genomu

pojeciem genomu rozumiemy sumę

rozumiemy sumę

wszystkich kodujących i niekodujących sekwencji DNA

wszystkich kodujących i niekodujących sekwencji DNA

zawartych w haploidalnej liczbie chromosómów.

zawartych w haploidalnej liczbie chromosómów.



W komórkach Eukaryota występuje również pozajądrowy

W komórkach Eukaryota występuje również pozajądrowy

materiał genetyczny w postaci mitochadrialnego –mtDNA,

materiał genetyczny w postaci mitochadrialnego –mtDNA,

które stanowią odrębne genomy.

które stanowią odrębne genomy.



Genomem

Genomem określa się także materiał genetyczny bakterii

określa się także materiał genetyczny bakterii

oraz wirusów bez względu na to , czy wirus zawiera DNA

oraz wirusów bez względu na to , czy wirus zawiera DNA

czy RNA.

czy RNA.

Struktura chromosomów

Struktura chromosomów



Za przestrzenną organizację DNA

Za przestrzenną organizację DNA

odpowiedzialne są głównie białka

odpowiedzialne są głównie białka

zasadowe, zwane

zasadowe, zwane

histonami

histonami.

.



Wyróżnia się pięć typów

Wyróżnia się pięć typów

histonów

histonów

:H1,H2A,H2B,H3 i H4. Histony te w

:H1,H2A,H2B,H3 i H4. Histony te w

kompleksie z DNA tworzą

kompleksie z DNA tworzą

nukleosom

nukleosom

chromatyny

chromatyny.

.



Osiem cząsteczek histonów-po dwa histony

Osiem cząsteczek histonów-po dwa histony

H2A,H2B,H3 i H4,tworzy rdzeń

H2A,H2B,H3 i H4,tworzy rdzeń

nukleosomu, dookoła którego jest owinięty

nukleosomu, dookoła którego jest owinięty

DNA dlugości 146 par zasad.

DNA dlugości 146 par zasad.

Organizacja genomu

Organizacja genomu

IZOCHORY

IZOCHORY



Genom kręgowców, w tym również genom

Genom kręgowców, w tym również genom

człowieka jest

człowieka jest

mozaiką izochor

mozaiką izochor



Izochory

Izochory to długie liczące ponad 300

to długie liczące ponad 300

kb( 1kb=100 par zasad) regiony DNA, o

kb( 1kb=100 par zasad) regiony DNA, o

homogennym- jednolitym składzie zasad

homogennym- jednolitym składzie zasad

azotowych

azotowych



Izochory

Izochory mogą być podzielone na kilka

mogą być podzielone na kilka

rodzin. Poszczególne rodziny różnią się

rodzin. Poszczególne rodziny różnią się

sumą i zawartością par zasad G-C i C-G

sumą i zawartością par zasad G-C i C-G

(G+C).

(G+C).

IZOCHORY

IZOCHORY

62% genomu człowieka reprezentują

62% genomu człowieka reprezentują

rodziny

rodziny

izochor ‘lekkich’

izochor ‘lekkich’ ubogie w

ubogie w

G+C. rodziny

G+C. rodziny

izochor ‘cieżkich’

izochor ‘cieżkich’ bogate

bogate

w zasady G+C i bardzo bogate w G+C

w zasady G+C i bardzo bogate w G+C

H3, stanowią odpowiednio 31% i 3-4%

H3, stanowią odpowiednio 31% i 3-4%

genomu. Pozostałe 3-4% genomu skłąda

genomu. Pozostałe 3-4% genomu skłąda

się z satelitarnego i rybosomowego

się z satelitarnego i rybosomowego

DNA, który nie wchodzi w skład izochor ,

DNA, który nie wchodzi w skład izochor ,

ale wygląda jak ona z powodu swego

ale wygląda jak ona z powodu swego

jednolitego składu zasad.

jednolitego składu zasad.

Geny i sekwencje związane z

Geny i sekwencje związane z

genami

genami

SEKWENCJE UNIKATOWE DNA

SEKWENCJE UNIKATOWE DNA



Sekwencje unikatowe DNA –

Sekwencje unikatowe DNA –

niepowtarzalne

niepowtarzalne,

,

występujące w genomie tylko jeden raz zawierają

występujące w genomie tylko jeden raz zawierają

zwykle pojedyncze kopie genów kodujących

zwykle pojedyncze kopie genów kodujących

białka. Są to geny struktury ulegające transkrypcji

białka. Są to geny struktury ulegające transkrypcji

i translacji. Większość sekwencji kodujących

i translacji. Większość sekwencji kodujących

cząsteczkę mRNA jest poprzerywanych

cząsteczkę mRNA jest poprzerywanych

sekwencjami niekodującymi tzw

sekwencjami niekodującymi tzw

intronami

intronami. W

. W

większości introny są dłuższe niż eksony.

większości introny są dłuższe niż eksony.



Sekwencje unikatowe

Sekwencje unikatowe występują w genomie w

występują w genomie w

postaci jednej głównej kopii . Skład zasad

postaci jednej głównej kopii . Skład zasad

unikatowego DNA jest podobny u większości

unikatowego DNA jest podobny u większości

eukaryota i zawiera ok. 42 % zasad G+C.

eukaryota i zawiera ok. 42 % zasad G+C.

Sekwencje powtarzające

Sekwencje powtarzające

się

się



W genomie eukaryota występuje dużo

W genomie eukaryota występuje dużo

powtarzających się sekwencji zasad.

powtarzających się sekwencji zasad.

Przeszło 30% DNA stanowią sekwencje

Przeszło 30% DNA stanowią sekwencje

powtórzone co najmniej 20 razy.

powtórzone co najmniej 20 razy.



Sekwencje powtarzające

Sekwencje powtarzające

się w genomie

się w genomie

człowieka można ogólnie podzielić na dwa

człowieka można ogólnie podzielić na dwa

typy:

typy:

sekwencje rozproszone –gdzie

sekwencje rozproszone –gdzie

powtarzające się elementy są oddzielone od

powtarzające się elementy są oddzielone od

siebie innymi sekwencjami

siebie innymi sekwencjami

, oraz

, oraz

sekwencje

sekwencje

powtórzone tandemowo w których

powtórzone tandemowo w których

fragmenty powtarzające się ułożone są

fragmenty powtarzające się ułożone są

obok siebie i łączą się jak ‘głowa do ogona’.

obok siebie i łączą się jak ‘głowa do ogona’.

minisatelity

minisatelity



W genomie eukaryota występują również

W genomie eukaryota występują również

małe bloki sekwencji satelitarnych o

małe bloki sekwencji satelitarnych o

niewielkiej liczbie powtórzeń jednostki

niewielkiej liczbie powtórzeń jednostki

podstawowej zwane

podstawowej zwane

minisatelitami

minisatelitami.

.

Pierwszą z tych sekwencji wykryto w

Pierwszą z tych sekwencji wykryto w

intronie genu mioglobiny ludzkiej.

intronie genu mioglobiny ludzkiej.

Zawiera ona cztery powtórzenia

Zawiera ona cztery powtórzenia

sekwencji o długości par zasad 33.

sekwencji o długości par zasad 33.

Minisatelity zawierają powtórzenia

Minisatelity zawierają powtórzenia

tandemowe złożone z 9-80 par zasad.

tandemowe złożone z 9-80 par zasad.

mikrosatelity

mikrosatelity



Mikrosatelity

Mikrosatelity to powtórzenia

to powtórzenia

tandemowe zawierające od 10 do 50

tandemowe zawierające od 10 do 50

powtórzeń o długości od 1 do 6 par

powtórzeń o długości od 1 do 6 par

zasad. Są one wykorzystywane jako

zasad. Są one wykorzystywane jako

markery w diagnostyce wielu chorób

markery w diagnostyce wielu chorób

dziedzicznych . Mikrosatelity sa

dziedzicznych . Mikrosatelity sa

znacznie krótsze i częściej występują

znacznie krótsze i częściej występują

w genomie niż minisatelity.

w genomie niż minisatelity.

‘

‘

genetyczny odcisk palca’

genetyczny odcisk palca’



Duża zmienność minisatelitów wynika z różnej

Duża zmienność minisatelitów wynika z różnej

liczby powtórzeń danego motywu w określonym

liczby powtórzeń danego motywu w określonym

locus. Zmienność ta występująca m.in. u

locus. Zmienność ta występująca m.in. u

człowieka , została określona jako

człowieka , została określona jako

polomorfizm

polomorfizm

liczby tandemowych powtórzeń.

liczby tandemowych powtórzeń.



Analiza kilku takich loci danego osobnika

Analiza kilku takich loci danego osobnika

technikami hybrydyzacyjnymi pozwala uzyskać

technikami hybrydyzacyjnymi pozwala uzyskać

obraz dla niego chrakterystyczny , określany jako-

obraz dla niego chrakterystyczny , określany jako-

GENETYCZNY ODCISK PALCA

GENETYCZNY ODCISK PALCA.

.



Obraz ten jest unikatowy i może być

Obraz ten jest unikatowy i może być

wykorzystywany przy ustalaniu ojcostwa ,

wykorzystywany przy ustalaniu ojcostwa ,

identyfikacji sprawcy przestępstwa lub identyfikacji

identyfikacji sprawcy przestępstwa lub identyfikacji

zwłok. Do podobnych celów można również

zwłok. Do podobnych celów można również

wykorzystać analizę loci mikrosatelitarnych.

wykorzystać analizę loci mikrosatelitarnych.

Genom mitochondrialny

Genom mitochondrialny



Mitochądria to organelle

Mitochądria to organelle

wewnątrzkomórkowe , dziedziczące

wewnątrzkomórkowe , dziedziczące

się prawie wyłącznie po matce.

się prawie wyłącznie po matce.



Udział mitochądrialnego DNA (mtDNA)

Udział mitochądrialnego DNA (mtDNA)

plemnika w dziedziczeniu

plemnika w dziedziczeniu

pozajądrowym wynosi zaledwie 0,1% ,

pozajądrowym wynosi zaledwie 0,1% ,

gdyż w komórce jajowej znajdują się

gdyż w komórce jajowej znajdują się

dziesiątki tysięcy mitochądriów ,

dziesiątki tysięcy mitochądriów ,

natomiast w plemniku jest ich około

natomiast w plemniku jest ich około

dwudziestu.

dwudziestu.

genom mitochondrialny

genom mitochondrialny



Genom mitochondrialny

Genom mitochondrialny człowieka jest

człowieka jest

zbudowany z dwuniciowej kolistej

zbudowany z dwuniciowej kolistej

cząsteczki DNA zawierającej 16 569 par

cząsteczki DNA zawierającej 16 569 par

zasad, co stanowi mniej niż 1% całkowitego

zasad, co stanowi mniej niż 1% całkowitego

DNA w komórce. Jedna z nici tego genomu

DNA w komórce. Jedna z nici tego genomu

zawierająca wiekszość genów określana jest

zawierająca wiekszość genów określana jest

jako nić ciężka –H , druga jako nić lekka –L.

jako nić ciężka –H , druga jako nić lekka –L.

Genom mitochondrialny zawiera 22 geny

Genom mitochondrialny zawiera 22 geny

kodujące tRNA , 2 geny rRNA, oraz 13

kodujące tRNA , 2 geny rRNA, oraz 13

regionów kodujacych białka.

regionów kodujacych białka.



DNA mitochądrialny człowieka nie zawiera

DNA mitochądrialny człowieka nie zawiera

intronów. Ekspresja większości genów w

intronów. Ekspresja większości genów w

genomie mitochondrialnym odbywa się w

genomie mitochondrialnym odbywa się w

tym samym kierunku , a geny tRNA leża

tym samym kierunku , a geny tRNA leża

między genami kodującymi rRNA lub białka.

między genami kodującymi rRNA lub białka.

genom mitochondrialny

genom mitochondrialny



Uważa się obecnie , że mutacje DNA

Uważa się obecnie , że mutacje DNA

mitochondrialnego mogą być również

mitochondrialnego mogą być również

odpowiedzialne za szereg chorób np..

odpowiedzialne za szereg chorób np..

Encefalomiopatie, oraz za procesy

Encefalomiopatie, oraz za procesy

starzenia się. Jest to związane z tym ,

starzenia się. Jest to związane z tym ,

że mitochondrialny DNA w miarę

że mitochondrialny DNA w miarę

upływu lat podlega kumulującym się

upływu lat podlega kumulującym się

mutacjom , co może mieć związek z

mutacjom , co może mieć związek z

ujawnieniem się wielu chorób dopiero

ujawnieniem się wielu chorób dopiero

w pózniejszym wieku.

w pózniejszym wieku.

Aktualne

Aktualne

osiągnięcia

osiągnięcia

w dziedzinie

w dziedzinie

poznania

poznania

ludzkiego genomu

ludzkiego genomu

Historia i co do tej pory

Historia i co do tej pory

ustalono

ustalono



Historia odczytywania ludzkiego

Historia odczytywania ludzkiego

genomu sięga roku 1952 kiedy to

genomu sięga roku 1952 kiedy to

James Watson opisuje DNA.

James Watson opisuje DNA.



Od kilkunastu lat przodujące badania

Od kilkunastu lat przodujące badania

w zakresie poznania genomu

w zakresie poznania genomu

człowieka prowadzi grupa naukowców

człowieka prowadzi grupa naukowców

z 18 państw związanych z Projektem

z 18 państw związanych z Projektem

Poznania Genomu Człowieka.

Poznania Genomu Człowieka.



Wielu naukowców z kilkunastu krajów podjeło

Wielu naukowców z kilkunastu krajów podjeło

wyzwanie poznania pelnego zapisu informacji

wyzwanie poznania pelnego zapisu informacji

zawartej w DNA, według której funkcjonuje cały

zawartej w DNA, według której funkcjonuje cały

organizm.

organizm.



Najważniejsze kierunki realizacji projektu to:

Najważniejsze kierunki realizacji projektu to:

-opracowanie map chromosomowych człowieka,

-opracowanie map chromosomowych człowieka,

-utworzenie map i rozpoczęcie sekwencjonowania

-utworzenie map i rozpoczęcie sekwencjonowania

genow organizmów modelowych, które mają

genow organizmów modelowych, które mają

ułatwić interpretacje wyników uzyskanych w

ułatwić interpretacje wyników uzyskanych w

trakcie poznania ludzkiego genomu;

trakcie poznania ludzkiego genomu;

-usprawnianie technik sekwencjonowania DNA;

-usprawnianie technik sekwencjonowania DNA;

-ułatwienie dostępu do nowych technologii;

-ułatwienie dostępu do nowych technologii;

-zbadanie imlikacji etycznych , prawnych i

-zbadanie imlikacji etycznych , prawnych i

społecznych Projektu.

społecznych Projektu.



Do tej pory ustalono genomy bakterii

Do tej pory ustalono genomy bakterii

E. coli i innych bakterii

E. coli i innych bakterii

chorobotwórczych m.in. Helicobacter

chorobotwórczych m.in. Helicobacter

pyroli wywołującej chorobę wrzodową

pyroli wywołującej chorobę wrzodową

żołądka. Poznano również pełną

żołądka. Poznano również pełną

sekwencję genomu nicienia

sekwencję genomu nicienia

Caenorhabolitis elegans i muszki

Caenorhabolitis elegans i muszki

Drosophila melanogaster.

Drosophila melanogaster.



Najnowsze doniesienia informują o

Najnowsze doniesienia informują o

liczbie 35 tyś genów u człowieka.

liczbie 35 tyś genów u człowieka.

Obecnie znana jest funkcja ok. 10 tyś

Obecnie znana jest funkcja ok. 10 tyś

genów. Dotychczas poznano liczbę

genów. Dotychczas poznano liczbę

genów w następujących chromosomach

genów w następujących chromosomach

:5,16,19,21 i 22. okazało się , że

:5,16,19,21 i 22. okazało się , że

chromosom 21 ma tylko 225 aktywnych

chromosom 21 ma tylko 225 aktywnych

genów, a chromosom 22 ma 679 genow

genów, a chromosom 22 ma 679 genow

w tym 134 pseudogeny. Przypuszcza się

w tym 134 pseudogeny. Przypuszcza się

, że poznanie pełnej liczby i funkcji

, że poznanie pełnej liczby i funkcji

genów u człowieka może potrwać

genów u człowieka może potrwać

jeszcze wiele lat.

jeszcze wiele lat.



Odkrycie sekwencji ludzkiego genomu

Odkrycie sekwencji ludzkiego genomu

budzi ogromne nadzieje. Szczegółowe

budzi ogromne nadzieje. Szczegółowe

poznanie ‘szyfru życia’ zapisanego w

poznanie ‘szyfru życia’ zapisanego w

genomie człowieka ma m.in. utorować

genomie człowieka ma m.in. utorować

drogę do produkcji nowych leków i

drogę do produkcji nowych leków i

doskonalenia terapii medycznej, w tym

doskonalenia terapii medycznej, w tym

terapii genowej. Osiągnięcia wyników

terapii genowej. Osiągnięcia wyników

badań Projektu pozwala na zastosowanie

badań Projektu pozwala na zastosowanie

skuteczniejszych niż dotychczas metod

skuteczniejszych niż dotychczas metod

diagnostycznych w wykrywaniu i

diagnostycznych w wykrywaniu i

zapobieganiu chorób uwarunkowanych

zapobieganiu chorób uwarunkowanych

genetycznie.

genetycznie.