kurz pro kombinovaná studia

Kurz pro kombinovaná studia

Prof. Ing. Václav Řehout, CSc., 2013

•CytogenetikaCytogenetika•Molekulární genetikaMolekulární genetika•Úvod do obecné genetikyÚvod do obecné genetiky•Genetické patologické stavyGenetické patologické stavy•Prevence genetických patologických stavůPrevence genetických patologických stavů

CytogenetikaCytogenetika

prof. Ing. Václav Řehout, CSc.prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

Člověk má cca 2m DNA

Cytologie cytogenetika karyologie Cytologie cytogenetika karyologie

Organely nesoucí DNA (RNA)

Na ní 20 000 genů (lokusů)

V interfázi despiralizovaná DNA 2m = 2000km vlasce rozprostřeného v místnosti 4x4m

Rozdělených na 46 chromozomů

Morfologie chromozomů Morfologie chromozomů

Submikro- Submikro- skopická skopická struktura struktura chromozomu chromozomu

Tvary chromozomů Tvary chromozomů

Mitoza – metafáze Mitoza – metafáze

Zpracování karyotypu Zpracování karyotypu --klasické metody (monochromatické barvení)klasické metody (monochromatické barvení)

- moderní metody ( např. proužkovací techniky)- moderní metody ( např. proužkovací techniky)

Karyotyp člověka Karyotyp člověka

Comparative genomic hybridization Comparative genomic hybridization (CGH) (CGH)

Karyotyp trisomie 21Karyotyp trisomie 21

MOLEKULÁRNÍMOLEKULÁRNÍGENETIKAGENETIKA

ÚvodÚvod• molekulární genetika molekulární genetika - studium procesů podmiňujících dědičnost - studium procesů podmiňujících dědičnost

a proměnlivost na molekulární úrovni a proměnlivost na molekulární úrovni

• genetická informace (genetická informace (GIGI) je zakódována ) je zakódována v v DNADNA - uložena v J buňky v chromozómech- uložena v J buňky v chromozómech

• Odhalení funkce Odhalení funkce NKNK – Avery (1944) – Avery (1944) –– „Averyho „Averyho

bomba“bomba“

• odhalení genetického kódu (odhalení genetického kódu (GK)GK) - Watson - Watson a Crick (1953) a Crick (1953) -- zlomový objevzlomový objev pro další rozvoj molekulární genetikypro další rozvoj molekulární genetiky

• v posledních desetiletích bouřlivý rozvoj MG v posledních desetiletích bouřlivý rozvoj MG - projekty: - projekty:

Nukleové kyselinyNukleové kyselinyDNA = deoxyribonukleová k. DNA = deoxyribonukleová k. ((ddeoxyriboeoxyribonnucleic ucleic aacid)cid)

dvouvláknová - dvoušroubovicedvouvláknová - dvoušroubovice

Funkce: Funkce: DNA - nositel GI DNA - nositel GI *)*)

*) *) u u některých virů je nositelem GI: RNA některých virů je nositelem GI: RNA - např. medicínsky důležité viry: - např. medicínsky důležité viry: - virus chřipky - virus chřipky - virus HIV (Humane Immunodeficiency Virus) - - virus HIV (Humane Immunodeficiency Virus) -

vyvolává AIDSvyvolává AIDS

RNA = ribonukleová kyselina RNA = ribonukleová kyselina ((rriboibonnucleic ucleic aacid) cid)

jednovláknová jednovláknová

RNA - podíl na realizaci GI RNA - podíl na realizaci GI

chromozómy se skládají z řady makromolekul: chromozómy se skládají z řady makromolekul: - cca 60- cca 60––90 % tvoří zhruba ve stejném poměru DNA a histony (bázické proteiny),90 % tvoří zhruba ve stejném poměru DNA a histony (bázické proteiny), - dále nehistonové proteiny a molekuly RNA- dále nehistonové proteiny a molekuly RNA

DNADNA

Struktura NKStruktura NK

- pětiuhlíkatá - pětiuhlíkatá ribózaribóza (v RNA) (v RNA) - - deoxyribóza deoxyribóza (v DNA) (v DNA) na 3. a 5. atomu uhlíku na 3. a 5. atomu uhlíku fosfátová skupinafosfátová skupina spojuje molekuly cukru navzájem do řetězce spojuje molekuly cukru navzájem do řetězce na 1. atomu uhlíku cukruna 1. atomu uhlíku cukru -- purinovépurinové A, G A, G - - pyrimidinovépyrimidinové báze T, báze T, - DNA: A, - DNA: A, TT, G, C , G, C - RNA: A, - RNA: A, UU, G, C , G, C

nukleotidnukleotid X X nukleosidnukleosid

pětiuhlíkatý cukr pětiuhlíkatý cukr

+ fosfátová skupina + fosfátová skupina

+ dusíkatá báze báze + deoxyribóza+ dusíkatá báze báze + deoxyribóza

Základní stavební kamen NK:Základní stavební kamen NK: nukleotid = nukleotid = cukr cukr + + fosforečný zbytekfosforečný zbytek + + dusíkatá bázedusíkatá báze

Komplementarita bázíKomplementarita bází

A - T DNA A - A - T DNA A - UU RNA RNA C - G C - GC - G C - G

PPřříklad komplementarityíklad komplementarity::

1. vlákno1. vlákno 2. vlákno2. vlákno

AAGGTTCCAAGGTTCCTTCCAAGGTTCCAAGG

Genetický kódGenetický kód - soubor pravidel, podle kterých se genetická informace uložená - soubor pravidel, podle kterých se genetická informace uložená v DNA, resp. RNA, převádí na primární strukturu bílkovin - tj. pořadí v DNA, resp. RNA, převádí na primární strukturu bílkovin - tj. pořadí aminokyselin v řetězciaminokyselin v řetězci

Vlastnosti - GK je:Vlastnosti - GK je:

1. tripletový 1. tripletový -- pořadí tří nukleotidů určuje aminokyselinu - trojice bází pořadí tří nukleotidů určuje aminokyselinu - trojice bází kóduje 1 AA (trojice nukleotidů = kóduje 1 AA (trojice nukleotidů = kodon, kodon, triplet)triplet)2. univerzální 2. univerzální -- u všech organismů kóduje 1 a ten samý triplet stejnou u všech organismů kóduje 1 a ten samý triplet stejnou

AA (pravidlo platí pro velkou většinu kodonů, AA (pravidlo platí pro velkou většinu kodonů, u některých organismů mají některé kodony odlišný u některých organismů mají některé kodony odlišný smysl)smysl)3. degenerovaný 3. degenerovaný (nadbytečný) - 1 AA může být determinována více (nadbytečný) - 1 AA může být determinována více kodony (1 AA je kódována více kodony (1 AA je kódována více triplety) triplety) 4. bez mezer 4. bez mezer a a nepřekrývající se nepřekrývající se -- jednotlivé kodony v molekule NK jednotlivé kodony v molekule NK

následují bezprostředně za sebounásledují bezprostředně za sebou

GenGen= úsek DNA, která má:= úsek DNA, která má:1. 1. specifickou funkci specifickou funkci v buňce a v celém organismu - musí v buňce a v celém organismu - musí

být schopen utvářet dědičný znak nebo spolupracovat při být schopen utvářet dědičný znak nebo spolupracovat při utváření několika takovýchto dědičných znakůutváření několika takovýchto dědičných znaků

2. je schopen 2. je schopen vytvářet přesné vlastní kopie vytvářet přesné vlastní kopie - přenášet svou - přenášet svou funkci z generace na generacifunkci z generace na generaci

3. charakteristickou vlastností genu je 3. charakteristickou vlastností genu je schopnost náhle schopnost náhle změnit svou strukturu a tím i funkcizměnit svou strukturu a tím i funkci, tj. podléhat , tj. podléhat mutacím. Zmutovaný gen replikuje svou změněnou mutacím. Zmutovaný gen replikuje svou změněnou podobu. podobu.

Lokus Lokus - - místomísto na chromozomu, na kterém je gen umístěn na chromozomu, na kterém je gen umístěnAlelyAlely - - odlišné formy téhož genu,odlišné formy téhož genu, které u různých jedinců které u různých jedinců

téhož druhu alterují na jednom lokusu (uspořádání lokusů téhož druhu alterují na jednom lokusu (uspořádání lokusů je pro druh konstantní) je pro druh konstantní)

A T

C G

G C

A T

T A

C G

≡

≡

≡

=

=

=

1. Triplet

2. Triplet

= 3 nukleotidy

= 3 nukleotidy

Celá molekula DNA

3,2 miliardy nukleotidů

1,5 metru

SYNTÉZA MOLEKULY DNA

MOLEKULA DNAREPLIKACE

•DNA je věčná

•nově nevzniká

•pouze se zdvojuje a předává se z rodičů na děti

•absorbuje změny (mutace)

•člověk výsledek nahromadění mutací od

mikroorganizmů do dneška

MOLEKULA DNA – GEN – CHROMOZOMY

POČTY GENŮ V GENOMECH

Viry 5 – 10 Mycoplazma genitalium 470 Rickettsia p. 834 Helicobacter pylori 1 743 Escherichia c. 4 300 Saccaromyces c. 6 000 Drosophila m. 12 000 Obratlovci - Homo sapiens

20 000 - 25 000

Johann Gregor Mendel1822-1884

narozen 22. června 1822 v Hynčicích ve Slezsku 1843 vstup do augustiniánského kláštera na Starém Brně 1851 – 1853 studia ve Vídni 1856 počátek experimentů s hrachem, celkem okolo 28

000 rostlin 1865 Versuche über Pflanzen-Hybride 1868 zvolen opatem 6. ledna 1884 umírá 1900 Mendelova práce znovuobjevena: Hugo de Vries

(Nizozemí), Erich von Tschermak (Rakousko), Carl Correns (Německo)

Důležité termíny

každá „dědičná vlastnost“ je u diploidního organismu řízena dvěma geny; jeden jsme zdědili od otce, druhý od matky

výjimkou jsou u muže geny na chromozómu X a na chromozómu Y. (Pozn. genů na chromozómu Y je velmi málo)


Alely = různé varianty téhož genu. Pro jeden gen máme v našem těle dvě alely; jednu jsme zdědili od otce, druhou od matky. Hovoříme např. o genu pro barvu květů, a o alele způsobující fialovou barvu a o alele způsobující bílou barvu květu.

To ale neznamená, že v populaci jsou vždy jen dvě alely. Známe např. tři alely pro dědičnost krevních skupin, IA, IB, i. V konkrétním člověku jsou vždy pouze dvě z nich. V populaci kolují všechny tři.

Alely

lokus = konkrétní místo na chromozómu, na kterém se nachází určitý gen

Homologní chromosomy

Žluté tečky označují jistý gen – a jeho lokus – na homologních chromosomech. Tyto chromosomy jsou již zreplikované po S fázi – což je poznat z toho, že na každém z obou homologních chromosomů jsou žluté tečky dvě.


genom = kompletní genetický materiál daného organismu

genotyp = soubor alel, které má organismus k dispozici

fenotyp = fyzické a fyziologické rysy daného organismu (=to, jak organismus aktuálně vypadá)

čistá linie = rostliny, které při samoopylení vykazují opakovaně stejnou variantu sledovaného znaku (jsou homozygotní)

Užitečné termíny

homozygot = organismus, který má pro daný znak obě alely identické (např. PP nebo pp). Pokud má organismus obě alely dominantní pro sledovaný znak, užíváme termín dominantní homozygot (PP), pokud jsou obě alely recesívní, užíváme termín recesívní homozygot

heterozygot = organismus, který má obě alely pro sledovaný znak odlišné (Pp)

vztah mezi alelami

dominance – dominantní alela převládá nad ostatními a projeví se vždy ve fenotypu

recesivita –recesivní alela je překryta účinkem dominantní formy, ve fenotypu se projeví pouze v homozygotním stavu

neúplná dominance – obě alely se ve fenotypu projeví současně

kodominance – alely se projeví ve fenotypu nezávisle na sobě (krevní skupiny)

superdominance – heterozygotní konstituce je aktivnější než obě homozygotní

Všechny chorobné stavy způsobené změnou Všechny chorobné stavy způsobené změnou (mutací) genetické informace(mutací) genetické informace

Genetické Genetické patologické stavypatologické stavy

DLE HMOTNÉ PODSTATY Monogenní Chromozomové aberace Multifaktoriální (polygenní)

Třídění

DLE BUNĚČNÉ ÚROVNĚ genetické poruchy somatických buněk mitochondriální genetické choroby

Genetické patologické stavy

1/50 novorozenců má vrozenou poruchu (genetické i negenetické etiologie)1/100 má monogenní chorobu1/200 nese chromozomální aberaci

Frekvence výskytu


vznikají mutací genůjednoduchá mendelistická dědičnost s typem dědičnosti:

- recesivním- dominantním- pohlavně vázanou

asi 1% populace nese tento typ chorobycelkem asi 30 000 lokusů strukturálních genůdosud popsáno asi 10 000 lokusů s výskytem patologických alel tj. asi každý třetí gen je patologický ( v roce 1980 jich bylo známo asi 2000)teoretický předpoklad je mnohem vyšší

Monogenní choroby


Monogenní choroby - příklad morfologické abnormality


Schema metabolické poruchy


Normální gen

Genový produkt

Normální koncentrace gen. produktu

Normální fenotyp

Defektní gen

Defektní genový produkt

Změněná koncentrace gen. produktu

Genetická choroba

Příklad - Fenilketonurie

Substrát - fenylalanin


Defekt genu pro produkci fenylalaninhydroxylázy

Neaktivní fenylalaninhydroxyláza

Hromadění fenylalaninu v krvi

(poškození nerv. systému, oligofrenie, ekzémy, charakteristický zápach moče po myších atd.)

Početní anomálie:

-např. trisomie ch. č. 21 Dawnův syndromKlinefelterův syndrom XXY

muž Turnerův syndrom X 0

žena

Choroby podmíněné anomálií chromozomů


Změněný fenotyp nositele anomálie

Podmíněné větším počtem genů

-často za spoluúčasti prostředíG + E = P

Např. krevní tlak, inteligence, psychické poruchy apod.

-bez spoluúčasti prostředíNapř. polydaktylie, vrozené vady srdce, arteroskleroza, aj.

Multifaktoriální (polygenní) choroby


Počet na 1000 narozených dětí (otec v podstatě neovlivňuje)

Závislost VCA na věku matky

Abnormální karyotypy

u 20 letých matek 1u 30 letých matek 1,5u 36 letých matek 7u 40 letých matek 15u 45 letých matek 50

Fenotypový projev chrom. aberací = špička ledovce

PREVENCE genetických PREVENCE genetických patologických stavů patologických stavů

(GPS)(GPS)

PrimárníPlánované rodičovství – doba početí, počet dětí, intervaly mezi početím

Reprodukce v optimálním věku – podle SZO (WHO) má dojít ke splnění rodičovských povinností do 25. roku věku

Prevence GPSPrevence GPS

Prevence mutací – omezení vlivu mutagenních faktorů

Předkoncepční opatření – ochrana ženy před koncepcí, nikoliv až po zjištění gravidity

Genetické konzultace – genetické poradenství – při podezření na gen. chorobu

Sekundární

Zábrana narození postihnutého plodu – genetické konzultace – prenatální diagnostika

Postnatální novorozenecký screening

Zábrana klinické manifestace patologického genu – vyřazení metabolitu z potravy, náhradní podávání chybějícího enzymu apod. (problematické)

Prevence GPSPrevence GPS

Genetická diagnostika GPSGenetická diagnostika GPS

Předimplantační

Postimplantační

Postnatální

Předimplantační genetická diagnostikaPředimplantační genetická diagnostika

oplozené vajíčko

odběr jedné blastoméry blastoméra

embryo

3 dny

kultivace

izolace DNAPRC, RFLP, aj.genetická diagnostika

Postimplantační genetická diagnostikaPostimplantační genetická diagnostika

Technika amniocentézy

Postnatální genetická diagnostikaPostnatální genetická diagnostika

Po předchozích stupních diagnostiky (potvrzení nebo vyloučení GPS)

Při podezření porodníka nebo pediatra na GPS

Při pozitivním výsledku novorozeneckého screeningu

Kdykoliv v průběhu ontogeneze (života)Při podezření na:

- GPS probanda- GPS potomků

Informovaný souhlas

Novorozenecký screening je aktivní celoplošné vyhledávání chorob v jejich časném, preklinickém stadiu tak, aby se tyto choroby diagnostikovaly a léčily dříve, než se stačí projevit a způsobit novorozenci nevratné poškození zdraví. V současné době je prováděn screening na 13 poruch.

Novorozenecký screening

Počet nemocí screenovaných u novorozenců v jednotlivých evropských zemích 10/2009

kurz pro kombinovaná studia

Documents