GENETYKA NIEMENDLOWSKA 13.01.2011

-->dziedziczenie niemendlowskie

• nie podporządkowuje sie prawom Mendla i Morgana

• chociaż dziedziczenie u wirusów, bakterii jest w zasadzie niemendlowskie, terminu tego uzywa się do dziedziczenia cech u eukariotów

-->Rodzaje:

• cytoplazmatyczne

• infekcyjne

• konwersja genów

• imprinting rodzicielski

• dziedziczenie powtórzeń trzynukleotydowych

cytoplazmatyczne

1) genom mitochondrialny

• komórka zawiera 40-2000 kopii mitochondrialnego DNA (10-40 kopii ma mitochondrium)

• w ludzkiej komórce somatycznej jest kilkaset kopii, w jajowej ok.100 000 kopii,

  w plemniku ok. 100 kopii

• wielkośc mitochondrialnego DNA u człowieka to ok. 16,6 kb, u ssaków ok.15 kb, u drożdży ok.75kb, u grzybów ok. 19-176 kb

• mitochondrialne DNA zazwyczaj jest koliste

• gdy mamy doczynienia z zainfekowaną matką to dzieci będą chore . Gdy ojciec będzie zainfekowany to dzieci będą zdrowe.

2) choroby mitochondrialne

• powstają przy wystepowaniu mutacji w genach mitochondrialnych kodujących białka łańcucha oddechowego

• objawy chorobowe. Gdy mutacja wystepuje w wystarczająco dużej ilości mitochondrialnej (efekt progowy)

• najcięższe objawy powstają w obrębie układu nerwowego gdyż komórki są bardzo uzależnione od dostaw energii

• np. 1) choroba LEBERA (wrodzona neuropatia wzrokowa) objawy sa tu podobne jak w stwardnieniu oraz wczesna utrata wzroku

  2) Zespół LEIGHA objawy to napady padaczkowe, zaburzenia świadomości, demencja, zaburzenia oddychania

3)NARP objawami są neuropatia, ataksja, opadanie powiek,barwnikowe zwyrodnienie siatkówki

infekcyjne

1)polega na przekazywaniu czynnika zakaźnego poprze cytoplazmę komórki jajowej zakażonej matki

2)jeżeli zakażenie powoduje zmianę fenotypu lub pojawienie się objawów to stan ten będzie dziedziczony tylko po matce

konwersja genów

1)jest procesem zachodzącym podczas crossing-over podziału mejotycznego

2)w wyniku róznic sekwencji nukleotydów dwóch alleli dochodzi do wymuszenia zmiany sekwencji pierwszego allela na sekwencję w drugim allelu

3)za proces odpowiedzialne są mechanizmy naprawcze mutacji

4)proces ten skutkuje powstawaniem gamet posiadajacych identyczne allele pomimo, że organizm rodzicielski był heterozygotą

imprinting rodzicielski

1)polega na przekazywaniu przez jednego rodzica (matki lub ojca) ZAWSZE nieczynnej kopii genu, podczas gdy drugie z rodziców ZAWSZE przekazuje czynną kopie genu

2)unieczynnienie genu dokonywane jest za pomocą metylacji reszt cytozynowych

3)stan metylacji genu znajdującego się w zygocie po zapłodnieniu jest nastepnie dziedziczony przez komórki organizmu

4)stan metylacji jest wymazywany w linii komórek płciowych i zastępowany stanem zależnym od płci osobnika

5)np: gen IGF2, którego aktywny allel jest zawsze przekazywany przez ojca, zaś matka przekazuje zawsze allel nieaktywny

dziedziczenie powtórzeń trzynukleotydowych

1)obecnie znanych jest 14 chorób wywołanych zmienną liczbą powtórzeń trzynukleotydowych w róznych białkach

2)białka te związane są z funkcjonowaniem układu nerwowego

3)występuje zjawisko ancypacji genetycznej polegajace na zwiększeniu prawdobodobieństwa wystapienia choroby w miarę przekazywania genu z pokolenia na pokolenie

4)Zespół ŁAMLIWEGO CHROMOSOMU X

• powtórzenie motywu CGG

• zdrowi 5-54 powtórzenia

• nosiciele 60-230 powtórzeń

• chorzy 230-4000 powtórzeń

• objawy to: upośledzenie umysłowe, zniekształcenie twarzy, makroorchidyzm u mężczyzn

5)CHOROBA HUNTINGTONA

• upośledzenie ruchowe (niezborność)

• depresja, agresywność

• zaburzenia kognitywne (uszkodzenia zlokalizowanych struktur)

• powtórzenie motywu CAG

• zdrowi 9-35 powtórzń

• chorzy ponad 35 powtórzeń

• gen Hd koduje zawsze białko zwane huntingtyną (jest czynnikiem transkrypcji odpowiedzialnym za ekspresję BDNF- mózgowego czynnika neurotroficznego) Normalnie jest 6-35 reszt glutaminy a u chorych to 35-155 reszt

EPIGENETYKA

--> dział biologii badajacy dziedziczenie pozagenowe, a w szczególności dziedziczeniecech nie determinowanych przez sekwencję DNA

--> bada powstawanie przekazywania cech nie związanych ze zmianami sekwencji DNA

epigenom- całkowity stan procesów zachodzących w komórkach determinujących jej właściwości

Kod epigenetyczny – całość czynników determinujących określony fenotyp w konkretnej komórce

Metylacja DNA

Dodanie reszt metylowych do cząsteczek cytozyny w miejscach CpG, co wpływa na aktywność DNA w procesie transkrypcji

Modyfikacja białek histonowych w nukleosomach

Acetylacja histonów może wpływać na aktywność transkrypcyjną chromatyny

• Acetylacja

• Metylacja

• Ubikwitynacja

Paramutacja – interakcja pomiedzy dwoma allellami w jednym lokus, gdy jeden alleli indukuje w drugim allelu zmianę przenoszącą się z pokolenia na pokolenia, nawet gdy allel wywołujący tę zmianę nie został odziedziczony

Paramutacja zwykle jest skutkiem odziedziczenia produkowanych przez ten allel regulatorowych cząsteczek RNA

Wyciszanie genów- Wyłączanie genów na poziomie transkrypcji lub translacji

• Na poziomie transkrypcji

– Modyfikacja histonów i zmiana stanu chromatyny

• Na poziomie translacji

– Niszczenie specyficznych mRNA przez regulatorowe kwasy rybonukleinowe iRNA

siRNA- dwuniciowe RNA, kompleks wyciszający dołączający się do 1 nici RNA, później ten kompleks przyłącza się do mRNA, które nastepnie znika. Metoda ta może być wykorzystywana w leczeniu nowotworów.

Transwekcja – zjawisko oddziaływania na siebie alleli w jednym lokus polegające na aktywowaniu lub wyciszaniu jednego allelu przez drugi.Np: tzw. ekskluzja alleliczna genów kodujących przeciwciała zachodząca w dojrzewających limfocytach B, umozliwiająca im produkcję tylko jednego rodzaju immunoglobulin

GENETYKA POPULACYJNA

Wstęp

Organizm jest najmniejszą jednostką biologiczną, która jest zdolna do samodzielnego

życia

Organizmy należące do jednego gatunku tworzą w przyrodzie populacje. Populacja

osobników danego gatunku zamieszkuje ściśle określony teren w ściśle określonym

czasie a osobniki ją tworzące wzajemnie się krzyżując dają płodne potomstwo

Każda populacja danego gatunku posiada swoją pulę genową w obrębie której w geny

mogą swobodnie przepływać i mieszać się w jej obrębie (dzięki krzyżowaniu się)

Populacje trwają w czasie i możliwe są w ich obrębie zmiany ewolucyjne

populacja to zbiór osobników tego samego gatunku zamieszkujących dany obszar w określonym czasie.

Zmiany te są tożsame ze zmianą częstotliwości (frekwencją) występowania różnych

alleli w puli genowej populacji.

Dobór naturalny działa na poszczególne osobniki, jednak należy pamiętać, że ewolucja zachodzi na poziomie populacji.

GENETYKA POPULACYJNA zajmuje się zmianami częstości genów w populacjach. Określa ona stosunki pomiędzy częstością genów a częstością genotypów w populacjipanmiktycznej (kojarzenie się par na zasadzie doboru przypadkowego)

PRAWO HARDY' EGO- WEINBERGA

(p + q)2 = p2 + 2pq + q2

gdzie:

p- częstość genomu gominujacego

q- częstość genomu recesywnego

Stan dynamicznej równowagi w populacji na które nie działają żadne czynniki zewnętrzne. Zależności liczbowe między częstością genów a genotypów.

--> jeżeli w populacji krzyżującej się w sposób losowy w danym locus wystepują dwa allele np: (T) i (t) o częstościach odpowiadających (p) i (q) i jeżeli zamiast p podstawi się T a zamiast q podstawimy t to stosunki wzajemne liczebności genotypów można wyrazić :

(T + t)2 = T2(TT) + 2Tt + t2(tt)

Locus-miejsce zajmowane prze gen na chromosomie

Allel- wersja genu odpowiedzialna za powstawanie alternatywnej wartości cechy (włosy jasne/ ciemne)

Gen- czynnik odpowiedzialny za wystepowanie konkretnej cechy (kolor włosów, oczu)

Czynniki zaburzające równowagę populacji:

1. mutacje

2. selekcje

3. izolacje

4. migracje

5. dobór naturalny

6. dryfy genetyczny

mutacje

• częstość nowych mutacji autosomalnych dominujacych

m = 1/2 (1 – f) x a

• autosomalnych recesywnych

m = (1 – f) x a

• sprzężonych z chromosomem X

m = 1/3 (1 – f) a*

gdzie:

m - częstość mutacji danego genu przypadającego na gametę w pokoleniu

f - wartość adaptacji biologicznej , stosunek liczby potomków mutanta do liczby osobników sprzed mutacji

a – częstość występowania danej cechy, czyli n/N gdzie N -to liczebność populacji

n - to liczba nosicieli danej mutacji w populacji.

a* - częstość wystepowania danej cechy u mężczyzn

autosomalne dominujace ---- recesywne

-każda homozygota recesywna ginąc zabiera nie 1 tylko 2 zmutowane allele z populacji

cechy sprzężone z płcią

-z populacji uibywaja tylko osobnicy płci męskiej, którzy są nosicielami 1/3 wszystkich chromosomów X w populacji.

TEMPO SPONTANICZNYCH MUTACJI WYNOSI 10^-5 na locus. !

Selekcja

• zmienia częstośc alleli w populacjach (dużych)

• działa utrwalająco, kierunkowo lub rozdzielczo

selekcja utrwalająca

• homozygoty sa eliminowane z populacji co prowadzi do ustalenia się zblizonej częstości obu alleli i przewagi heterozygot

selekcja kierunkowa

• przesunięcie częstości alleli albo w kierunku przewagi alleli dominujacych albo alleli recesywnych

selekcja rozdzielcza

• prowadzi do podziału populacji macierzystej na dwa lub więcej populacji różniących się częstością alleli, W 1 populacji pochodnych będą przeważać po selekcji homozygoty dominujące a w 2 homozygoty recesywne tego samego genu

Wpływ selekcji częstości występowania cechy zależy od tego czy cecha jest dominująca czy recesywna. Szkodliwe allele zostają wyeliminowane z populacji szybko, gdy są dominujące, a gdy są recesywne pozostają w puli genowej przez wiele pokoleń. Stanowią one wysokie, recesywne obciążenie populacji.

Izolacja

• zjawisko organiczenia krzyżowania i zahamowania przepływu genów między populacjami

• obecnie udział pochodzących od rasy białej u murzynów w Stanach północnych to 25% , w Stanach południowych 10%, a w brazylijskich 40%

• w Europie częstość allela grupy krwi B zwiększa się z zachodu na wschód.

dobór naturalny

• przejawia się w jak największym udziale osobników lepiej przystosowanych w tworzeniu puli genowej populacji potomnej

• działa przez obumieranie zarodków i płodów oraz wysoka śmiertelność noworodków niedonoszonych i przenoszonych

migracja

• przemieszczanie osobników między populacjami ( w celu poprawy warunków bytu)

• osobnicu opuszczający nie mają wpływu na skład jej puli genowej, chyba że zachodzi migracja selektywna

• grupa przybywająca ma znaczenie zarówno ze względu na swą liczebność jak i skład genetyczny

• migracja osób zdrowych z genem dominującym zwiększa częstość wystepowania cechy recesywnej

Δp = m (pm – p )

gdzie:

Δp – zmiana częstości allela dominującego lub recesywnego w 1 pokoleniu

m – współczynnik migracji

pm – częstość allela u imigrantów

p - częstość allela w danej populacji

dryft genetyczny

• losowe zmiany częstości genów w małych izolowanych populacjach

• może prowadzić do istotnych odchyleń od pierwotnej częstości genów

DZIEDZICZENIE WRAZLIWOŚCI SMAKOWEJ PTU

• PTU to fenylotiomocznik, ma gorzki smak spowodowany obecnością ugrupowania chemicznego

=N-C=S

/

NH2

• związki z tą grupa sa inhibitorami jodowania gruczołu tarczowego

• korelacja pomiędzy wrazliwością smakową a skłonnością do niektórych chorób