Genetyka rozwoju. Mutacje genowe w komórkach somatycznych oraz linii płciowej. Genetyczne systemu naprawcze

Genetyka rozwoju

Geny homeotyczne( homeobox genes) –grupa genów kontrolujących rozwój morfologiczny poszczególnych części ciała w początkowych stadiach rozwoju zarodkowego, zarówno u bezkręgowców jak i kręgowców. Mutacje w obrębie tych genów zazwyczaj nie wpływają negatywnie na układ segmentów ciała, ale prowadzą do stanu określanego mianem homeosis, w którym określony segment zostaje zastąpiony przez inny. W przypadku takiej mutacji niektóre komórki otrzymały w czasie rozwoju zarodka błędną informację pozycyjną i dlatego zachowują się niewłaściwie.

Geny homeotyczne oznacza się u człowieka terminem –HOX.Mutanty homeotyczne u Drosophila często wykazują dosyć spektakularne i dziwaczne fenotypy takie jak np. występowanie odnóży krocznych w miejscu czułków.

Wszystkie geny homeotyczne posiadają na swym obszarze swoistą, wysoce konserwatywną ewolucyjnie sekwencję nukleotydową, zwaną homeoboxem. Tworzy go około 180 pz. Odcinek białka kodowany przez homeobox to homeodomena, która jest białkiem regulatorowym zaliczanym do czynników transkrypcyjnych. Mutacje homeotyczne przyczyniają się do zmian ekspresji zespołów zależnych od siebie genów, tworzących alternatywne szlaki rozwojowe.

Etiologia wad cewy nerwowej

•zaburzenia działania kaskady genów hox;

•dziedziczenie wieloczynnikowe;

•aberracje chromosomowe (np. częsta wada w przypadkach trisomiichromosomu 13 i 18;

•prawdopodobnie może być jednogenowa; np. u myszy ct/ct(AR) i +/ct(AD);

•częstsza u płci żeńskiej

Trisomia13 spowodowana jest non dysjunkcją chromosomów podczas I lub II podziału mejotycznego u któregoś z rodziców (opóźnione rozchodzenie się chromosomów w anafazie).

Zaśniad groniasty częściowy: powstaje w wyniku zapłodnienia komórki jajowej przez 2 plemniki. Kariotyp płodu jest triploidalny. Materiał genetyczny pochodzi od ojca i matki, powszechne są wady rozwojowe. W zaśniadzie groniastym częściowym, macica zawiera fragmenty rozrostu trofoblastycznego z obrzękiem podścieliska, wśród których może być obecny zwykle nieżywy płód.

Zespół Downa, trisomia 21 pary chromosomów. Objawami są niedorozwój umysłowy, niski wzrost, nieprawidłowe proporcje ciała, zbyt duży język, liczne wady narządów wewnętrznych, przyspieszone starzenie, krótszy okres przeżycia.

Zespół Klinefeltera: 47,XXY; -trisomia chromosomów płciowych

Pełny zespół KS rozwija następujące objawy: całkowita niepłodność, budowa eunuchoidalna, żeński rozkład tłuszczu na ciele, ginekomastia, brak męskiego owłosienia, mały penis i hipogonadyzm.

Zespół Turnera (Turner Syndrome-TS,-45,X0; monosomia chromosomu płci

Cechy TS: bezpłodność, płetwiasta szyja, problemy kostne, konieczność substytucji hormonalnej GH oraz estrogenów, obrzęki limfatyczne

Mutacje genowe

Mutacja(łac. mutatio-zmiana)-nagła, skokowa, bezkierunkowa, dziedzicząca się lub nie dziedzicząca, zmiana w materiale genetycznym organizmu.

Mutacja jest zjawiskiem losowym, podlegającym jednak wpływom środowiska (mutagenom-np. chemicznym, promieniowaniu). Częstość mutacji nie jest stała pomiędzy gatunkami(np.RNA wirusa HIV mutuje bardzo szybko) i zależy między innymi od doskonałości aparatu powielania DNA i jego naprawy.

Odmienną klasą mutacji są zmiany spowodowane transpozycją(tzw.skaczące geny), w której odcinek DNA o długości kilkuset do kilku tysięcy nukleotydów zmienia położenie w obrębie genomu. Tego typu mutacje są bardziej rozpowszechnione u niektórych roślin(np.kukurydza) i zwierząt (np.muszka owocowa)

Klasyfikacja mutacji

Wprowadzanie mutacji do materiału genetycznego nazywa się mutagenezą

Mutacja genowa to zmiana dziedziczna zachodząca w genie, na poziomie kwasu deoksyrybonukleinowego(DNA), gdzie następuje zamiana sekwencji zasad nukleinowych, w wyniku której powstaje nowy allel.

• Konsekwencją mutacji genowych jest zmiana w układzie aminokwasów białka syntetyzowanego na bazie danego genu. Mutacje genowe zachodzą najczęściej samorzutnie.

• Mutacja genowa może być mutacją punktową, może też polegać na zamianie, wstawieniu bądź wycięciu większego odcinka DNA. Mutacja dynamiczna polega na powieleniu krótkiego (kilka nukleotydów) fragmentu genu.

Patologie dziedziczne – mutacje genowe

• Achondroplazja

• Zespół Recklinghausen

• Albinizm

• Xeroderma pigmenthosum-Mutacje w jednym z 7 genów tworzących naprawczy enzymatyczny kompleks fotoliazy, likwidujący uszkodzenia wywołane promieniowaniem UV

• Czerniak

• Albinizm z zezem

• Chondro dysplazja

• Choroba białego źrebięcia –zaburzenia unerwienia końcowego odcinka okrężnicy, a często wręcz brak końcowego odcinka okrężnicy. Śmierć następuje zwykle po 48godzinach w wyniku zaburzeń w pasażu pokarmu. Warunkowana przez recesywny gen autosomalny.

• Leucyzm

• Torbielowatość nerek u ludzi i psów

• Mutacje subwitalne i warunkowo letalne

• Anemia sierpowato krwinkowa

• Niedokrwistość sierpowato krwinkowa

• Talasemie (talasse –gr. morze)Są to wrodzone niedokrwistości spowodowane nieprawidłową budową łaocuchów alfa i beta globiny w cząsteczce tetrameru hemoglobiny.W postaci beta-talasemii (częstszej) występuje zmniejszenie wytwarzania łańcucha β-globiny, natomiast w alfa-talasemii zmniejszenie syntezy łańcucha alfa hemoglobiny

• Rybia łuska typu arlekin

• Hipercholesterolemia rodzinna – złogi cholesterolu pod skórą grzbietu dłoni i palców w postaci „kąpek żółtych”

• Uszkodzenia DNA pod wpływem czynników mutagennych

• Addukty benzopirenu (WWA) z DNA – wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, wbudowują się w podwójny heliks DNA, są to silne mutageny komórkowe

• Kompleks naprawczy ligazy

• Gynandromorfizm

  • Gynandromorf-osobnik posiadający cechy zarówno samca jak i samicy. Ciało gynandromorfa posiada obu stronną asymetrię, w jednej połowie posiada cechy samicze, w innych samcze, albo może także być mozaiką. Obustronne gynandromorfy kształtują się bardzo wczesnym okresie zarodkowym, kiedy organizm zawiera od 8 do 64 komórek. Później gynandromorfy stają się mozaikami.

• Najbardziej niebieskie oczy na świecie – gen HERC2, który działa jak przełącznik, regulując ekspresję genu OCA. Ludzie posiadający taką barwę oczy są potomkami jednego człowieka. Mutację także stwierdzono u zwierząt.

• Koty bez ogonów- Mutacje recesywne dają szeroki polimorfizm bez ogoniastości u kotów: od całkowitej bezogoniastości(1), poprzez posiadanie jedynie fragmentu ogona(2), do prawie normalnej długości ogona(3).

• Mutacje u kur amatorskich

• Mutacje umaszczeń koni – palom ino, kary, gniady, srokaty itp.

• Bycze whippety – waga 27kg, 2x więcej