ORGANIZACJ

A GENOMÓW

Elżbieta Wandurska-

Elżbieta Wandurska-

Nowak

Nowak

Organizacja genomów

Genom

Genom

(1920, Hans

Winkler)

to całość (kompletny

zestaw) informacji

genetycznej

danego organizmu

(lub komórki)

Organizacja genomów

Genom to zespół (suma)

wszystkich genów

oraz wszystkich

sekwencji niekodujących

DNA

określonego organizmu

(lub komórki)

Organizacja genomów

Porównanie

sekwencji

genomów

różnych

organizmów

ujawnia wspólne

dziedzictwo życia

Organizacja genomów

Zostaną omówione różne

poziomy organizacji

genomu człowieka

zapraszam zatem do

krótkiego „spaceru po

genomie”

Organizacja genomów

• Rodzaje genomów
• Wielkość genomów
• Genom jądrowy - chromosomy
• Genom jądrowy - stopnie

upakowania chromatyny

• Liczba genów w genomie
• Struktura genów organizmów

eukariotycznych

• Podział DNA jądrowego

człowieka

Organizacja genomów

Rodzaje

genomów

Organizacja genomów

bakteria

komórka

zwierzęca

komórka

roślinna

chromosom

bakteryjny

genom

mitochondri

alny

genom

mitochondri

alny

genom jądrowy

genom jądrowy

genom

chloroplasto

wy

PROKARYOT

PROKARYOT

A

A

EUKARYOTA

EUKARYOTA

RODZAJE GENOMÓW

RODZAJE GENOMÓW

nukleoi

d

Organizacja genomów

U

Prokaryota

Prokaryota

występuje brak jądra

komórkowego, a genom stanowi

pojedyncza kolista cząsteczka DNA

tworząca pierścieniowy chromosom

bakteryjny

niewiel

ki

rdzeń

białkow

y

superskręc

one

pętle DNA

nukleoid Escherichia

coli

Organizacja genomów

Superskręcenie stanowi idealny

sposób upakowania kolistej

cząsteczki DNA

w niewielkiej przestrzeni.

Kolista cząsteczka

DNA,

w przeciwieństwie

do cząsteczki

liniowej,

nie posiada wolnych

końców.

Organizacja genomów

Genomy

Prokaryota

Prokaryota

zawierają

od kilkuset do kilku

tysięcy genów

pałeczka okrężnicy

Escherichia coli

ich wielkość

najczęściej

nie przekracza

5 milionów par zasad

(Mz)

Organizacja genomów

Genom

Eukaryota

Eukaryota

tworzą

genom jądrowy

genom jądrowy

(zawierający większość

informacji genetycznej)

oraz

genomy

genomy

organellowe

organellowe

,

w których znajduje się

niewielka część

całkowitego DNA komórki

dlatego też często używa się

pojęcia „genom” tylko w

odniesieniu do genomu

jądrowego

Organizacja genomów

Genom jądrowy

Genom jądrowy

składa się z

wielu

liniowych

cząsteczek

DNA tworzących

chromosomy

i tworzy

wysoce upakowaną oraz

uporządkowaną

wielopoziomową strukturę,

powstającą w wyniku

oddziaływania DNA z

białkami

Organizacja genomów

Genomy organellowe

Genomy organellowe

(mitochondrialne i

(mitochondrialne i

chloroplastowe)

chloroplastowe)

mają formę

kolistych

cząsteczek DNA

i swoją budową przypominają

genomy organizmów

prokariotycznych

jednak mitochondria i

chloroplasty,

w odróżnieniu od bakterii,

mają po kilka cząsteczek

DNA

Organizacja genomów

Organellowy DNA ma

zdolność samodzielnej

replikacji

niezależnej od replikacji

DNA chromosomalnego

Organizacja genomów

W

mitochondrialnym DNA

mitochondrialnym DNA

występują geny kodujące mt

tRNA,

mt rRNA oraz niektóre

podjednostki białek łańcucha

oddechowego

Organizacja genomów

Mitochondrialny DNA

Mitochondrialny DNA

wykazuje

wyższą

częstotliwość mutacji

(nawet 10-krotnie) niż DNA

jądrowy

- bo nie jest połączony z

histonami

i w mitochondriach brak

enzymów systemów naprawczych

DNA

zjawisko to jest przydatne w

badaniach ewolucyjnych

różnicujących populacje

Organizacja genomów

Charakterystyka

mt DNA

mt DNA

człowieka



jest dziedziczony w linii

matczynej

(żeńskiej)



składa się z 2 do 10 kolistych

cząsteczek DNA



zawiera około 17 kpz oraz około

40 genów



geny są ułożone w sposób ciągły

(brak intronów)

Organizacja genomów



jest transkrybowany i wykorzystywany

przez mitochondrium w całości



jego kod genetyczny wykazuje pewne

odstępstwa od kodu standardowego



nie jest połączony z histonami, w

wyniku

czego jest bardziej narażony na

działanie

mutagenów



jest narażony na powstające in situ

wolne

rodniki pochodzenia tlenowego

Charakterystyka

mt DNA

mt DNA

człowieka

Organizacja genomów

Genomy

chloroplastowe

chloroplastowe

u

roślin zawierają więcej genów niż

genomy mitochondrialne.

Chloroplastowy DNA

Chloroplastowy DNA

zawiera

geny kodujące ct tRNA, ct

rRNA

oraz geny około 50 białek.

Organizacja genomów

Nie wszystkie białka

obecne

w mitochondriach i

chloroplastach są

kodowane przez

organellowy DNA

znaczna część tych białek

jest bowiem

syntetyzowana

w cytoplazmie i jest

kodowana przez jądrowy

DNA

Organizacja genomów

Wielkość

genomów

Organizacja genomów

Wielkość genomu zależy od

gatunku i wyraża się liczbą zasad,

które wchodzą w jego skład

GATUNEK

WIELKOŚĆ

GENOMU [Mz =

mln par zasad]

Escherichia coli

drożdże

traszka

Caenorhabditis

elegans

muszka owocowa

pies

człowiek

mysz

groch

kukurydza

pszenica

szachownica

~ 5

12

84

90

140

2 400

3 000

3 300

4 800

5 000

17 000

120 000

Organizacja genomów

Wielkość genomów

eukariotycznych

jest zróżnicowana i często jest

zupełnie nie skorelowana z

poziomem rozwoju ewolucyjnego

danego gatunku:

jest to tzw.

paradoks zawartości

DNA

genom cebuli

(18000 Mz)

jest 6

jest 6

razy większy

razy większy

od genomu jej

tragarza

(3000 Mz)

nie można więc

oceniać

stopnia

skomplikowania

organizmu tylko

na

podstawie

wielkości jego

genomu

Organizacja genomów

Genom

jądrowy

-

chromosom

y

Organizacja genomów

Genom jądrowy składa się z

wielu liniowych cząsteczek DNA,

które w połączeniu z białkami

tworzą odrębne

chromosomy

chromosomy

są to stałe i samoodtwarzające

się składniki jądra

komórkowego,

złożone z DNA ściśle

połączonego z dużą ilością

białek

termin „chromosom” wprowadził w

1884 roku

niemiecki anatom H. W. Waldeyer

Organizacja genomów

Liczba

chromosomów

w komórce, ich

kształt

i wielkość są stałe

i charakterystyczne

dla danego gatunku

Organizacja genomów

W każdym chromosomie

eukariotycznym znajdują się

wyspecjalizowane sekwencje

DNA



miejsca inicjacji replikacji



centromer



telomery

Organizacja genomów

Telomery

Telomery

to końcówki chromosomu

(„skuwki”) występujące na jego obu

końcach i wyznaczające

regiony

regiony

końcowe

końcowe

każdej chromatydy

•

zabezpieczają chromosomy przed

skracaniem

podczas kolejnych cykli

podziałowych

•

zawierają sekwencje powtórzone

•

są połączone z białkami

chroniącymi DNA

przed degradacją

•

replikują się z udziałem

telomerazy

(odwrotnej

transkryptazy odkrytej w 1984 r.)

Organizacja genomów

Jak działa

telomeraza?

bez telomerazy

chromosomy

skracają się z

każdym

podziałem

komórki

telomeraza sprawia,

że telomery

odtwarzają się za

każdym razem

w całości

Dowiedziono już, że telomeraza w

żywych komórkach bierze udział

zarówno w procesie ich

starzenia

starzenia

się

się

, jak i w procesie

nowotworzenia

nowotworzenia

Organizacja genomów

W 2009 roku

Nagrodę Nobla

Nagrodę Nobla

z

fizjologii

i medycyny przyznano

Elizabeth

Blackburn

Blackburn

,

Carol

Greider

Greider

oraz

Jackowi

Szostakowi

Szostakowi

właśnie za

odkrycia wyjaśniające w jaki

sposób telomeraza zabezpiecza

prawidłowe odtwarzanie się

chromosomów w czasie podziału

komórki

E.

Blackburn

J. Szostak

C. Greider

Organizacja genomów

Centromer

Centromer

to przewężony obszar

chromosomu będący miejscem

połączenia dwóch siostrzanych

chromatyd oraz tworzenia

kinetochoru

•

dzieli chromatydy na 2 ramiona

•

umożliwia rozdzielenie nowo

powstałych
chromosomów do komórek
potomnych

•

najbardziej skondensowany

region
chromosomu zawierający
sekwencje
powtórzone

Organizacja genomów

Położenie

centromeru

centromeru

jest stałe

dla danego

chromosomu

i stanowi podstawę

podziału

chromosomów na

4 typy morfologiczne

Organizacja genomów

Na podstawie położenia

centromeru wyróżnia się

4 typy

morfologiczne chromosomów

1 -

metacentryczny

metacentryczny

2 -

submetacentryczny

submetacentryczny

(p i q)

3 -

akrocentryczny

akrocentryczny

(redukcja p)

4 -

telocentryczny

telocentryczny

(brak p)

normalny (prawidłowy) kariotyp

normalny (prawidłowy) kariotyp

człowieka

człowieka

nie zawiera

nie zawiera

chromosomów

chromosomów

telocentrycznych

telocentrycznych

Organizacja genomów

Chromosomy człowieka

Chromosomy człowieka



metacentryczne

metacentryczne: 1., 3., 16.,

19. i 20.



submetacentryczne

submetacentryczne: 2., 4., 5.,

6., 7., 8.,

9., 10., 11., 12., 17., 18. i X



akrocentryczne

akrocentryczne: 13., 14., 15.,

21., 22. i Y

największy

(około 240 mln

pz)

najmniejszy

(około 35

mln pz)

jego trisomia

wywołuje zespół

Downa

Organizacja genomów

Liczba chromosomów jest

cechą charakterystyczną

danego gatunku

GATUNEK

LICZBA

CHROMOSOMÓW

muszka owocowa
Caenorhabditis

elegans
żaba
drożdże
mysz

człowiek

szympans
pies
kura
langusta
skrzyp polny

2 x 4
2 x 6

2 x 13
2 x 16
2 x 20

2 x 23

2 x 24
2 x 39
2 x 39
2 x 50
2 x 54

Organizacja genomów

Morfologię chromosomów - ich

liczbę

i kształt - opisuje

kariotyp

kariotyp

(1924)



jest to kompletny zestaw

ułożonych w pary

chromosomów homologicznych,

charakterystyczny dla danej

komórki,

organizmu lub gatunku



jest cechą gatunkową, ale także

jest cechą gatunkową, ale także

osobniczą

osobniczą



podstawę uporządkowania

podstawę uporządkowania

chromosomów

chromosomów

w kariotypie stanowią

w kariotypie stanowią: ich

wielkość, położenie

centromerów oraz specyficzny

wzór prążkowy



graficzną formą kariotypu jest

graficzną formą kariotypu jest

kariogram

kariogram

Organizacja genomów

Prawidłowe kariogramy

człowieka i myszy

chromosomy - poza płciowymi -

są ponumerowane zgodnie z ich

wielkością,

w porządku malejącym

Organizacja genomów

Liczba chromosomów w

komórkach danego

organizmu

nie jest

skorelowana

ani ze stopniem

skomplikowania

(zaawansowaniem

ewolucyjnym),

ani z wielkością genomu

tego organizmu

jest to odzwierciedlenie zdarzeń

ewolucyjnych, które

ukształtowały strukturę

genomów w różnych organizmach

Organizacja genomów

O cechach gatunku i

jego zawansowaniu

ewolucyjnym

nie świadczy liczba

chromosomów, ale

zawarta w nich

informacja

Organizacja genomów

Genom

jądrowy

- stopnie

upakowania

chromatyny

Organizacja genomów

Chromatyna

Chromatyna

(1882)

to

interfazowa

- międzypodziałowa -

rozproszona

i rozciągnięta postać

chromosomów

stanowi wysoko

zorganizowany kompleks

DNA

DNA

i

białek

białek

(głównie

histonów

) oraz niewielkich

ilości RNA

ma postać sieci włókien

nukleoproteinowych

Organizacja genomów

Struktura i skład

białkowy chromatyny

ulegają znacznym

zmianom

w czasie cyklu

komórkowego

Organizacja genomów

Euchromatyna

Euchromatyna

(1928)

to

tzw. chromatyna

funkcjonalna, czyli

aktywna

transkrypcyjnie

część

część

chromatyny

chromatyny

ulega despiralizacji

(dekondensacji)

Organizacja genomów

Heterochromatyna

Heterochromatyna

(1928)

to w pełni skondensowana,

silnie barwiąca się i

nieaktywna transkrypcyjnie

część chromatyny

nie ulega dekondensacji

(despiralizacji)

występuje głównie wokół

centromerów oraz w

telomerach

Organizacja genomów

Podstawę podziału

na hetero- i

euchromatynę

stanowi różny

stopień kondensacji

regionów

chromatyny

Organizacja genomów

Stopień kondensacji DNA

(zagęszczenia chromatyny)

zależy od fazy cyklu
życiowego komórki

w interfazie chromatyna

jest najbardziej

rozproszona,

natomiast w

chromosomach

metafazowych

- najbardziej

skondensowana

Organizacja genomów

Genom komórki

eukariotycznej,

ze względu na swoją

wielkość,

musi być ściśle upakowany

w jądrze komórkowym

Organizacja genomów

Łączna długość DNA w jądrze

typowej komórki człowieka

wynosi prawie

2 m

.

Stopień kondensacji DNA w

chromosomie mitotycznym

człowieka osiąga 10 000 razy!

Organizacja genomów

Ścisłe upakowanie DNA

w chromosomach umożliwiają

histony

histony

, które wraz z

owiniętą wokół nich nicią

DNA

(o długości około 150 pz)

tworzą

nukleosomy

nukleosomy

model Baldwina

(1975)

(H

1

„spina”

nukleosom)

Organizacja genomów

Histony

Histony



są

białkami jądrowymi

białkami jądrowymi

(stanowią 40-50

% składu chromatyny)

o charakterze

silnie

silnie

zasadowym

zasadowym

,

działają więc jako

polikationy

polikationy



są

białkami tkankowo i gatunkowo

białkami tkankowo i gatunkowo

niespecyficznymi

niespecyficznymi

:

cechuje je ogromna

zachowawczość struktury -

są to

są to

najbardziej konserwatywne białka u

najbardziej konserwatywne białka u

Eukaryota!

Eukaryota!



tworzą pięć klas

tworzą pięć klas

:

H

H

1

1

(łącznik

nukleosomowy),

H

H

2a

2a

i

H

H

2b

2b

(

histony brzegowe

histony brzegowe),

H

H

3

3

i

H

H

4

4

(

histony

histony

rdzeniowe

rdzeniowe),
dwa tetramery histonów brzegowych i
rdzeniowych tworzą

globularny rdzeń

globularny rdzeń

nukleosomu

nukleosomu

Organizacja genomów

DNA

DNA

2 nm

nukleos

nukleos

om

om

10 nm

solenoid

solenoid

30 nm

chromos

chromos

om

om

Stopnie upakowania

chromatyny

łącznikowy DNA

łącznikowy DNA

(około 60 pz, wiąże

sąsiadujące nukleosomy nadając

elastyczność niciom chromatyny)

Organizacja genomów

Owinięcie DNA wokół

rdzenia nukleosomów

stanowi pierwszy stopień

upakowania chromatyny

struktura nukleosomów

jest najprostszym i

najlepiej poznanym

poziomem upakowania

DNA

Organizacja genomów

rdzeń

rdzeń

histonowy

histonowy

(oktamer)

(oktamer)

helisa DNA

helisa DNA

(146 pz)

nukleos

nukleos

om

om

solenoid

solenoid

supersoleno

supersoleno

id

id

400 nm

Stopnie upakowania chromatyny

Organizacja genomów

Liczba

genów

w

genomie

Organizacja genomów

Liczba genów w genomie danego

organizmu

nie decyduje o jego złożoności.

Istota „złożoności” organizmu tkwi

nie tylko w liczbie posiadanych

genów, lecz przede wszystkim

w precyzyjnej regulacji działania

genów

.

GATUNEK

LICZBA GENÓW

Escherichia coli

drożdże

muszka owocowa

Caenorhabditis

elegans

pies i kot

rzodkiewnik

człowiek

mysz

ryż

4 300

6 500

14 000

19 000

19 000

25 000

„tylko” 25 000

30 000

40 000

Organizacja genomów

U kręgowców nowe

możliwości rozwoju

organizmy zdobywają

zazwyczaj poprzez

doskonalenie

mechanizmów

regulacyjnych

.

Jeśli nawet pojawiają się

nowe geny,

są one jedynie wariantami

już istniejących.

Organizacja genomów

Kluczowe znaczenie dla

konstrukcji złożonych

organizmów ma

hierarchiczne

(kaskadowe) włączanie

poszczególnych genów

,

czyli

złożoność i zawiłość

koordynacji ekspresji

genów

Organizacja genomów

Złożoność naszego

gatunku wynika nie

tyle z liczby genów, co

z bardzo

skomplikowanej

regulacji ich działania

Organizacja genomów

Struktura

genów

organizmów

eukariotycz

nych

Organizacja genomów

Geny organizmów

eukariotycznych są

genami nieciągłymi

informacja o sekwencji

aminokwasów

nie jest

ciągła

,

lecz jest poprzerywana

odcinkami

niekodującymi

Organizacja genomów

Nieciągłą strukturę genów

i ich mozaikową budowę

odkryli

w 1977 roku

w 1977 roku Anglik

Richard J.

Roberts

Roberts

i

Amerykanin

Phillip A.

Sharp

Sharp

za to odkrycie otrzymali

Nagrodę Nobla

w 1993 roku

Organizacja genomów

Sekwencje kodujące to

eksony

eksony

.

Sekwencje niekodujące

w obrębie genu to

introny

introny

.

Geny mają różną

długość

i różnią się liczbą oraz

wielkością intronów.

Organizacja genomów

W naszych genach

względnie krótkie

eksony występują

naprzemiennie

z długimi intronami

eksony są

oddzielone

od siebie intronami

Organizacja genomów

Tylko niewielką część

jądrowego DNA

stanowią geny

u człowieka tylko 3-

5 % DNA (~ 90 Mz)

stanowią sekwencje

kodujące (eksony),

czyli geny

Organizacja genomów

Większość DNA

jądrowego stanowią

sekwencje

niekodujące

wyjaśnienie ich

dokładnej roli wciąż jest

przedmiotem badań

Organizacja genomów

Geny w genomie

są rozproszone

„Geny w DNA człowieka są

rozrzucone jak wyspy na

oceanie...

albo jak oazy na pustyni…”

są rozmieszczone w różnych

miejscach chromosomów i są

porozdzielane niekodującymi

odcinkami DNA

Organizacja genomów

Geny nie są rozłożone

równomiernie w

poszczególnych

chromosomach

w niektórych regionach

genomu występują

częściej,

a w innych znacznie

rzadziej

Organizacja genomów

Pewne fragmenty

genomu

wcale nie zawierają

genów

np. sekwencje DNA

w

centromerach

i

telomerach

Organizacja genomów

Podział

DNA

jądrowego

człowieka

Organizacja genomów

DNA jądrowy

(~

3000 Mz)

geny i

sekwencje

niekodujące

związane z

genami

30 %

(~ 900

Mz)

DNA

intergenowy

(międzygenowy

pozagenowy)

70 %

(~

2100 Mz)

Organizacja genomów

Szacuje się, że w

genomie człowieka

geny i sekwencje

związane

z genami

stanowią około

30%

jądrowego DNA

Organizacja genomów

Sekwencje niekodujące

Sekwencje niekodujące

związane z genami

związane z genami



introny

introny

, sekwencje

początkowe

(liderowe) i sekwencje

końcowe

(ogonowe) genów



pseudogeny



fragmenty genów

Organizacja genomów

PSEUDOGENY

PSEUDOGENY



niefunkcjonalne (nie

kodujące

białka) kopie genów

funkcjonalnych



wykazują znaczną

homologię

z genami, lecz są

nieaktywne

(

najczęściej z powodu

mutacji

)



nie podlegają transkrypcji i

dalszej

translacji

Organizacja genomów

DNA jądrowy

(~

3000 Mz)

geny i

sekwencje

niekodujące

związane z

genami

30 %

(~ 900

Mz)

DNA

intergenowy

(międzygenowy

pozagenowy)

70 %

(~

2100 Mz)

Organizacja genomów

W genomie człowieka

DNA intergenowy

(międzygenowy,

pozagenowy)

stanowi aż

70%

jądrowego DNA

Organizacja genomów

DNA intergenowy



sekwencje unikatowe i

o małej
liczbie kopii

- DNA

unikalny
i niskokopiowy



sekwencje powtórzone

(repetetywne)

-

występują
w genomie w wielu
kopiach

Organizacja genomów

DNA

intergenowy

sekwencje

unikalne i

niskokopio

we

DNA

repetetywny

(sekwencje

powtórzone)

Organizacja genomów

Typy DNA repetetywnego



powtórzenia

tandemowe

tandemowe

(zespolone)

zblokowane, seryjne

powtórzenia (kopie)

krótkich sekwencji,

położonych

bezpośrednio jedna za drugą;

większość tych powtórzeń

znajduje się

w centromerach i telomerach



powtórzenia

rozproszone

rozproszone

nierównomiernie w całym

genomie

Organizacja genomów

Typy DNA powtórzonego

tandemowo



DNA

satelitarny

satelitarny

- motywy

zawierające

od 100 do 6500 nukleotydów



DNA

minisatelitarny

minisatelitarny

-

motywy

zawierające 10-100

nukleotydów:

VNTR

VNTR

- variable number tandem

repeats

to

polimorfizm sekwencji

polimorfizm sekwencji

minisatelitarnych

minisatelitarnych



DNA

mikrosatelitarny

mikrosatelitarny

-

proste

powtórzenia tandemowe

wielkości 2-10

nukleotydów:

STR

STR

- short

tandem repeats

to

polimorfizm sekwencji

polimorfizm sekwencji

mikrosatelitarnych

mikrosatelitarnych

Organizacja genomów

Długości i liczba różnych

sekwencji

mini- i

mini- i

mikrosatelitarnych

mikrosatelitarnych

w genomie człowieka

stanowią

charakterystyczną cechę

osobniczą

wykazują one bowiem u

ludzi niezwykle dużą

zmienność

i dlatego różnią się znacznie

między poszczególnymi

osobnikami

Organizacja genomów

Porównywanie sekwencji

mini- i mikrosatelitarnych

mini- i mikrosatelitarnych

u

różnych osób pozwala np. na

ustalenie ojcostwa lub na

identyfikację zwłok.

U osób nie spokrewnionych

te sekwencje występują w

różnych loci

i w różnej liczbie powtórzeń.

Natomiast aż

99.9%

genów

mamy wspólnych!

Organizacja genomów

Dlatego też

minisatelity i

minisatelity i

mikrosatelity

mikrosatelity

stanowią

doskonałe markery

genetyczne i są używane jako

unikatowe sondy

unikatowe sondy

w technice

genetycznego

odcisku palca

(

genetic

fingerprinting

),

zastosowanej po raz pierwszy

w 1985 roku w Anglii przez

Aleca Jeffreysa

Organizacja genomów

Sekwencje

mini- i

mini- i

mikrosatelitarne

mikrosatelitarne

są

sekwencjami

o bardzo

wysokim stopniu

zmienności

i, podobnie jak

odciski palców (linie

papilarne)

w tradycyjnej daktyloskopii,

są w stanie niezawodnie

rozróżnić wszystkich

osobników w populacji

ludzkiej,

dając możliwość

identyfikacji ludzi

Organizacja genomów

Duża zmienność

sekwencji

(różnice w

liczbie tandemowych

powtórzeń)

mini- i

mini- i

mikrosatelitarnych

mikrosatelitarnych

w

genomie

poszczególnych osób to

przykład

genetycznego

polimorfizmu

populacji ludzkiej

Organizacja genomów

Analiza sekwencji

mini-

mini-

i mikrosatelitarnych

i mikrosatelitarnych

stała się powszechnie

stosowanym narzędziem

w medycynie sądowej i w

genetyce populacyjnej

Organizacja genomów

DNA wydaje się

najlepszym

z dostępnych nam

narzędzi

identyfikacji ludzi

Organizacja genomów

Techniki

genetycznej

genetycznej

daktyloskopii

daktyloskopii

są

wykorzystywane w

medycynie sądowej do

ustalania dla

poszczególnych osób ich

indywidualnych

profili

profili

genetycznych

genetycznych

,

czyli charakterystycznych,

unikatowych wzorów

fragmentów DNA

Organizacja genomów

Profilowanie

genetyczne

stało się metodą

identyfikacji ludzi

oraz ustalania ich

pokrewieństwa

im osoby są bliżej

spokrewnione, tym ich

profile DNA są bardziej

podobne

Organizacja genomów

Typy DNA repetetywnego



powtórzenia

tandemowe

tandemowe

(zespolone)

zblokowane, seryjne

powtórzenia (kopie)

krótkich sekwencji,

położonych

bezpośrednio jedna za drugą;

większość tych powtórzeń

znajduje się

w centromerach i telomerach



powtórzenia

rozproszone

rozproszone

nierównomiernie w całym

genomie

Organizacja genomów

Typy powtórzeń

rozproszonych



elementy

LTR

LTR



sekwencje

SINE

SINE



sekwencje

LINE

LINE



transpozony

transpozony

- krótkie

fragmenty DNA wykazujące zdolność

przemieszczania się

(

transpozycji

transpozycji) w obrębie całego

genomu danej komórki; ruchome

elementy genomu (mobile genetic

elements); ważne źródło zmienności

genetycznej

Organizacja genomów

Niektóre fragmenty DNA mogą

zmieniać swoje położenie w

obrębie genomu tej samej

komórki w wyniku

transpozycji.

transpozycji.

Tranpozony

Tranpozony

odkryła w latach

40. XX w. amerykańska

genetyczka

Barbara

Barbara

McClintock

McClintock

, która prowadziła

badania nad dziedziczeniem

barwy nasion kukurydzy

otrzymała

Nagrodę Nobla

Nagrodę Nobla

dopiero w 1983 r. (w wieku 81 lat)

1902-

1992

Organizacja genomów

Elementy LTR

Elementy LTR

to długie,

końcowe powtórzenia -

long

terminal repeats

Sekwencje SINE

Sekwencje SINE

to krótkie

rozproszone elementy

jądrowe

-

short interspersed nuclear

elements, wielkość 100-500
nukleotydów (m.in.

sekwencje

sekwencje

Alu

Alu

)

Sekwencje LINE

Sekwencje LINE

to długie

rozproszone elementy

jądrowe

-

long interspersed nuclear

elements,

wielkość rzędu tysięcy nukleotydów

Organizacja genomów

Organizacja genomów

Dziękuję za

Dziękuję za

uwagę

uwagę

Organizacja genomów

Metody badań

Metody badań

genomu

genomu

(sposoby analizy

genomów)



metody badania

kwasów

nukleinowych



metody badań

cytogenetycznych

Organizacja genomów

Metody badania kwasów

Metody badania kwasów

nukleinowych

nukleinowych

są już rutynowo stosowane w

molekularnej diagnostyce

medycznej



techniki analizy DNA



identyfikacja mutacji i

markerów (zmian

polimorficznych)

– metody

przesiewowe (screening),

wykrywanie znanych mutacji



mapowanie i identyfikacja

genów

Organizacja genomów

Techniki analizy DNA

Techniki analizy DNA



enzymy restrykcyjne



klonowanie DNA



hybrydyzacja



powielanie fragmentu DNA

(PCR)



sekwencjonowanie DNA

Organizacja genomów

Metody badań

Metody badań

cytogenetycznych

cytogenetycznych



oznaczanie kariotypu

- techniki hodowli

komórkowych



metody analizy

chromosomów

- analiza prążkowa

(barwienie

prążkowe)

- hybrydyzacja in situ

FISH

FISH



analiza cytometryczna



identyfikacja chromatyny

płciowej

w celu określenia płci i mutacji

liczbowych chromosomów X i Y; obecnie ma

bardzo ograniczoną wartość diagnostyczną

Organizacja genomów

Genom (człowieka) można

porównać

do olbrzymiej książki

•

są w niej 23 rozdziały zwane

chromosomami

chromosomami

•

każdy rozdział (chromosom) zawiera tysiące

opowiadań
zwanych

genami

genami

•

każde opowiadanie (gen) składa się z akapitów

zwanych

eksonami

eksonami

, pomiędzy którymi są ogłoszenia

zwane

intronami

intronami

•

każdy akapit (ekson) składa się wyłącznie z

trzyliterowych słów
zwanych

kodonami

kodonami

•

każde słowo (kodon) jest napisane 4 rodzajami

liter zwanych

nukleotydami

nukleotydami

(z wykorzystaniem 4-literowego

alfabetu:

A, G, C i T).

W książce tej jest około miliarda słów (kodonów),

W książce tej jest około miliarda słów (kodonów),

czyli około 3 mld pz (3 000 Mz)

czyli około 3 mld pz (3 000 Mz).

Organizacja genomów

Genom jest bardzo sprytną książką,

ponieważ potrafi zarówno kopiować

sam siebie (

replikacja

replikacja

), jak i się

odczytywać (

transkrypcja

transkrypcja

/

/

translacja

translacja

).

Czasami wypada jedna lub kilka liter,

albo też zostaje wstawiona

niewłaściwa litera (nukleotyd)

– zjawisko

mutacji genowych

mutacji genowych

.

Czasami całe zdania czy akapity

zostają powtórzone, pominięte czy

odwrócone

– zjawisko

mutacji

mutacji

chromosomowych

chromosomowych

.

Matt Ridley „Genom” 2001 str. 16-20

Organizacja genomów

Genom to kompletny

zapis wszystkich

informacji zawartych w

DNA

specyficzny dla

każdego organizmu

.

Genom to

biologiczna

instrukcja

organizmu.

Organizacja genomów

Genom to informacje o

danym organizmie zapisane
w DNA każdej komórki tego

organizmu.

Genom to genetyczna

struktura określonego

organizmu

lub komórki.

Organizacja genomów

Badaniem genomów

- analizą ich struktury

oraz funkcji -

zajmuje się

genomika

genomika

(1986)

•

porównuje sekwencje nukleotydów

w DNA całych genomów

•

jest działem biologii molekularnej

•

jest pojęciem szerszym aniżeli

genetyka

•

jest związana z zastosowaniem

bioinformatyki

Organizacja genomów

Każdy chromosom eukariotyczny

ma postać liniową

Organizacja genomów

Około 25 000 genów człowieka

wytwarza aż 250 000 różnych

białek obecnych w naszych

komórkach.

Na podstawie tej samej

informacji komórka

potrafi wyprodukować

różne białka

w zależności od

aktualnych potrzeb.