2012-11-05
chromosom
chromatyda
chromatyda
Biologiczne podstawy zachowań;
genetyka zachowania
Robert K. Filipkowski
[e-mail]
Mitoza
1 x 2n 2 x 2n
genom człowieka:
kariotyp, 2n (23 + 23)
- ok. 3 mld nukleotydów
46, XX lub 46,XY
- ok. 2 m długości
X
rozmnażanie bezpłciowe  funkcja, zalety rozmnażanie płciowe  funkcja, zalety
1
2012-11-05
Mejoza Mejoza
1 x 2n 4 x 1n
Crossing-over
!
2n 2 x 1n
2 x 1n 4 x 1n
wymiana odcinków chromatyd siostrzanych
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 Dziedziczenie płci u człowieka
chromosomy płci  X, Y
X
chromosomy autosomalne
(autosomy)  22 pary
kariotyp: 46, XY kariotyp: 46, XX
XY XX XY XX
XX XX
2
2012-11-05
Dziedziczenie płci u człowieka Dziedziczenie płci u człowieka
X X
XY XX XY XX
XY XX XY XX
XY XX
fenotypy: 50% 50%
genotypy: 50% 50%
Chromosomy X i Y a autosomy
Chromosomy Y i X
gen dystrofii
gen SRY
gen FMR1
SRY jest czynnikiem
transkrypcyjnym.
gen hemofilii
gen daltonizmu
!
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
para chromosomów  para chromosomów homologicznych para chromosomów  para chromosomów homologicznych
3
2012-11-05
a a
A A
gen zajmuje miejsce
zwane locus
B B B B
wersje genu, np. e, E
to allele
w odniesieniu do genu w
danym locus osobnik
c c
C C może być homozygotą
lub heterozygotą
d d d d
mówimy o allelach
E E e e
dominujących i
recesywnych
gen
 podstawowa jednostka dziedziczenia przekazywana potomstwu przez rodziców
 odcinek DNA znajdujący się w chromosomie
 koduje odcinek ... ?
allele a a
A A
 różniące się od siebie wersje genu, zajmują ten sam locus w chromosomach
homologicznych
locus B B B B
 miejsce zajmowane przez konkretny gen w chromosomie
homozygota (w odniesieniu do konkretnego genu)
mejoza (m.in. crossing-over)
 organizm diploidalny, który ma identyczne allele w obu chromosomach homologicznych
heterozygota (w odniesieniu do konkretnego genu)
rekombinacja
 organizm diploidalny, który ma różne allele w obu chromosomach homologicznych
genotyp
c c
C C
 zestaw wszystkich alleli organizmu
fenotyp
 zestaw wszystkich cech organizmu (zewnętrzny wyraz genotypu) d d d d
allel dominujący
E E e e
 przejawia się w fenotypie, gdy występuje w stanie heterozygotycznym lub
homozygotycznym
allel recesywny
 przejawia się w fenotypie, gdy występuje tylko w stanie homozygotycznym
Reguły dziedziczenia cech
y
ródła zmienności genetycznej
I. Prawo czystości gamet
1. Losowe rozchodzenie się
(do gamety przechodzi tylko jeden allel)
chromosomów
2. Crossing-over
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
3. Mutacje!
4
2012-11-05
Dziedziczenie w przypadku homozygot (dominujących) Dziedziczenie w przypadku homozygot (recesywnych)
X X
AA AA aa aa
AA AA aa aa
fenotypy: 100% fenotypy: 100%
genotypy: 100% genotypy: 100%
Dziedziczenie allelu dominującego Dziedziczenie cechy determinowanej przez allel recesywny
X X
Aa aa Aa Aa
Aa Aa
Aa aa AA Aa Aa aa
fenotypy: 50% 50% fenotypy: 75% 25%
genotypy: 50% 50%
genotypy: 25% 50% 25%
homozygota, heterozygota?
Dziedziczenie jednej pary cech (dziedziczenie alleli recesywnych)
Reguły dziedziczenia cech
X
a A a A
II. Prawo niezależnej segregacji alleli
(różne cechy są dziedziczone niezależnie)
Aa Aa
geny sprzężone  występujące na tym samym chromosomie
A A A a a A a a
5
2012-11-05
Dziedziczenie dwóch par alleli
pokolenie rodzicielskie X ccee X
CcEe
c c C C c c c c
e e E E e e e e
gamety CE, Ce, cE, ce ce
?
c C
c
e E
CcEe, Ccee, ccEe, ccee (w równych proporcjach)
e
c c C C
e E e E
rodzicielski zrekombinowany rodzicielski krzyżówka testowa;
proporcje fenotypów odzwierciedlają
odległość genów na chromosomie
Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe: Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:
- brak lub nadmiar chromosomów - brak lub nadmiar chromosomów
- brak lub nadmiar części chromosomów - brak lub nadmiar części chromosomów
- mutacje pojedynczych genów/loci - mutacje pojedynczych genów/loci
ważne  na niebiesko!
Zaburzenia kariotypu na skutek nieprawidłowego Zaburzenia kariotypu na skutek nieprawidłowego
rozejścia się chromosomów w mejozie rozejścia się chromosomów w mejozie
monosomie i trisomie
zespół trisomii 13 (zespół Patau)  liczne wady
zespół trisomii 13 (zespół Patau)  liczne wady
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 3 miesięcy,
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 3 miesięcy,
zespół trisomii 18 (zespół Edwardsa)  liczne wady
zespół trisomii 18 (zespół Edwardsa)  liczne wady
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 1. roku życia,
rozwojowe, śmierć przed ukończeniem 1. roku życia,
zespół Downa, trisomia 21. chromosomu zespół Downa, trisomia 21. chromosomu
zespół Klinefeltera  kariotyp 47, XXY lub 48, XXXY najważniejsza pojedyncza przyczyna upośledzenia umysłowego
zespół Turnera  kariotyp 45, X0
6
2012-11-05
Zespół Downa Zespół Klinefeltera
- trzy chromosomy 21,
- opóz
nienie w rozwoju psychicznym i fizycznym o różnym
- kariotyp
nasileniu (zazwyczaj umiarkowane upośledzenie umysłowe),
47, XXY
- przyczyna: nieprawidłowa mejoza w komórkach żeńskich,
lub 48, XXXY,
- ryzyko rośnie z wiekiem matki (1/1000 u kobiet 25-letnich, 1/32 u
kobiet 45-letnich; średnio 1/700),
- 1 : 1000 noworodków płci męskiej,
- charakterystyczny wygląd (płaski profil twarzy, szeroko
- ryzyko urodzenia zwiększa się wraz z wiekiem matki,
rozstawione, nieco skośne oczy z fałdą powiekową, mały nos,
- mężczyz
ni (ze względu na obecność chromosomu Y),
mała żuchwa, wysunięty język, małe małżowiny uszne, nisko
- niepłodni,
osadzone, często zniekształcone, niski wzrost, długi tułów, krótkie
- rzadko diagnozowane w wieku dziecięcym,
kończyny),
- długie kończyny (względem tułowia), szeroka
- częste wady wrodzone serca, przewodu pokarmowego, układu
miednica, niedorozwój gruczołów płciowych,
moczowego, padaczka, zaćma, białaczka, przedwczesne starzenie
zaburzenia dojrzewania płciowego (niski poziom
się, choroba Alzheimera
testosteronu, ginekomastia  powiększenie sutków),
- u 20% upośledzenie umysłowe,
Zespół Turnera
- kariotyp 45, X0,
Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:
- 1 : 5000 noworodków płci żeńskiej,
- ryzyko urodzenia zwiększa się wraz z wiekiem matki, - brak lub nadmiar chromosomów
- kobiety (ze względu na brak chromosomu Y), - brak lub nadmiar części chromosomów
- mutacje pojedynczych genów/loci
- 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)
Translokacyjna forma zespołu Downa (dziedziczna!):
Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:
materiał genetyczny chromosomu 21
- brak lub nadmiar chromosomów
łączy się z chromosomem 14
- brak lub nadmiar części chromosomów
mutacje dotyczące fragmentów chromosomów:
- delecja osobnik zdrowy nosiciel chory
- duplikacja
- inwersja
- translokacja
chromosomy 21
chromosomy 14
chromosom 14/21
7
2012-11-05
Zespół miauczenia kota (cri-du-chat syndrome)
- przyczyna  delecja fragmentu ramion krótkich
chromosomu 5., Choroby genetyczne / mutacje chromosomowe i genowe:
- 1 : 50000 urodzeń,
- stwierdzany u 1% upośledzonych umysłowo, - brak lub nadmiar chromosomów
- charakterystyczny płacz w okresie noworodkowym, - brak lub nadmiar części chromosomów
- dystrofia wewnątrzmaciczna, małogłowie, - mutacje pojedynczych genów/loci
niedorozwój żuchwy, nisko osadzone małżowiny
uszne, obniżenie napięcia mięśniowego,
- liczne wady rozwojowe układu krążenia i
moczowego,
- głębokie upośledzenie umysłowe
Rodzaje dziedziczenia
Choroby dziedziczne  choroby wynikające
z mutacji genowych
(mutacje w pojedynczym genie)
Dziedziczenie autosomalne dominujące Dziedziczenie autosomalne recesywne
np. choroba Huntingtona np. fenyloketonuria - anemia sierpowata,
- fenyloketonuria,
Osoby chore mają jednego chorego rodzica. Osoby chore przeważnie nie mają chorych
- mukowiscydoza,
Około połowy potomstwa chorego rodzica rodziców. U rodzeństwa osoby chorej
- galaktozemia
choruje. prawdopodobieństwo choroby = 25%. Rodzice
są nosicielami, dziecko musi mieć oba allele - choroba Huntingtona,
fenyloketonurii, by zachorować.
obowiązują reguły recesywności / dominacji,
dziedziczenie autosomalne
poradnictwo genetyczne (ważne w przypadku historii choroby w
rodzinach osób np. planujących małżeństwo)
Fenyloketonuria
Fenyloketonuria Choroba Huntingtona
- mutacja w genie kodującym enzym katalizujący przekształcenie - degeneracja układu nerwowego
fenyloalaniny w tyrozynę, - objawia się między 35. a 45. rokiem życia,
- występuje nagromadzenie się fenyloalaniny (jeden z aminokwasów) - warunkuje ją gen kodujący białko huntingtynę,
uszkadzające rozwijający się układ nerwowy który zawiera wielokrotne powtórzenia CAG
leczenie huntingtyna jest niezbędna do transportowania neuroprzekaz
ników z ciała
- leczenie zapobiegawcze  dieta uboga w fenyloalaninę (wcześnie komórki poprzez akson do synapsy, zmutowana huntingtyna jest
wprowadzona i ściśle stosowana zapewnia prawidłowy rozwój, dłuższa/większa i toksyczna dla komórki
występują jednakże drobne defekty intelektualne),
- prowadzi do choroby psychicznej, śmiertelna,
nieleczona ( przeoczona ) - cecha autosomalna, dominująca
- upośledzenie umysłowe i opóz
nienie w rozwoju,
- śmiertelna przed upływem 20. roku życia (nieleczona),
- cecha autosomalna, recesywna
8
2012-11-05
Galaktozemia
Dziedziczenie
- niedobór lub brak enzymów przekształcających galaktozę w glukozę,
pozachromosomowe
- akumulacja galaktozy we krwi (w nadmiarze toksyczna),
- w ciężkich przypadkach opóz
nienie w rozwoju somatycznym i
psychicznym,
Od kogo masz więcej genów, od mamy czy taty?
- leczenie  dieta eliminacyjna
- cecha autosomalna, recesywna
Mitochondria  mają DNA, dziedziczone po matce
Choroby dziedziczne sprzężone z płcią Hemofilia
zdrowy matka zdrowy matka
ojciec nosicielka ojciec nosicielka
XHY XHXh
zdrowy zdrowy
chory chory
nosiciel nosiciel
- krew hemofilików nie
krzepnie,
XHY XHXH XHXh XhY
- mutacja recesywna w
genie w chromosomie X,
- chorują wyłącznie
mężczyz
ni, kobiety są
nosicielkami,
zdrowy zdrowa córka chory zdrowy zdrowa córka chory
- płody XhXh nie przeżywają
syn córka nosicielka syn syn córka nosicielka syn
Daltonizm
Druga najczęstsza przyczyna upośledzenia umysłowego
zdrowy matka
ojciec nosicielka
XDY XDXd
zdrowy
chory
nosiciel
XDY XDXD XDXd XdY
- daltonizm = ślepota na
barwy czerwoną i zieloną,
- mutacja recesywna w genie
w chromosomie X,
zdrowy zdrowa córka chory - 8% mężczyzn, 0,4% kobiet
(XdXd)
syn córka nosicielka syn
9
2012-11-05
Zespół łamliwego chromosomu X
Powielanie trójnukleotydowych powtórzeń
Powielanie krótkich odcinków DNA może być przyczyną chorób
- choroba Huntingtona
- 1 : 1250 mężczyzn
powtórzenia CAG w genie huntingtyny:
- 1 : 2500 kobiet, objawia się u połowy kobiet,
10-35 powtórzeń  norma
(dominacja o ograniczonej penetracji)
ł�40 powtórzeń  choroba
- mutacja występuje w genie fmr1 w chromosomie X,
im więcej powtórzeń, tym wcześniej pojawiają się objawy.
- chromosom X z mutacją ma tendencję do pękania
przypadek 95 powtórzeń  napady padaczkowe, obniżenie
(wykrywane badaniem cytogenetycznym),
- miejsce łamliwe zawiera wielokrotne powtórzenia CGG, zdolności poznawczych i zaburzenia nerwowo-mięśniowe przed
ukończeniem 3 lat, śmierć w wieku 11 lat.
- 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
- 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).
10