Accesorii

Mutații genomice. Consecințele mutațiilor genomice

Mutațiile genomice sunt modificări ale genomului - setul haploid de cromozomi. Printre mutațiile genomice se disting mai multe soiuri.

Rearanjamentele robertsoniene sunt fuziuni și diviziuni ale cromozomilor în regiunea centromerului. Ele sunt numite după V. Robertson, care și-a propus ipoteza despre mecanismul unor astfel de mutații. Fuziunile centrice („translocații robertsoniene”) sunt fuziuni a doi cromozomi acrocentrici neomologi pentru a forma un cromozom submetacentric. La împărțire, dimpotrivă, un cromozom submetacentric este împărțit în doi cromozomi acrocentrici. În acest caz, trebuie să se formeze un nou centromer, altfel cromozomul fără centromer se va pierde în timpul mitozei.

Rearanjamentele robertsoniene duc la modificări ale numărului de cromozomi din cariotip fără a afecta cantitatea totală de material genetic din celulă. Ambele tipuri de rearanjamente sunt prezente în natură, dar translocațiile robertsoniene sunt mult mai frecvente. Ele sunt una dintre principalele căi ale evoluției cariotipului.

Aneuploidia este o modificare a numărului de cromozomi care nu este un multiplu al setului haploid. De regulă, reprezintă adăugarea sau pierderea a 1 - 2 cromozomi ai setului diploid. La animale, aneuploidia duce de obicei la anomalii severe sau la moarte. Cu toate acestea, la plante, trisomia (prezența a 3 cromozomi omologi) poate servi ca factor de diversitate genetică. Cauza aneuploidiei este nedisjuncția cromozomilor în meioză și formarea gameților dezechilibrati.

Sindromul Down (SD) este una dintr-un număr foarte limitat de boli moștenite, al căror fenotip este bine cunoscut chiar și nespecialiștilor. „Famositatea” sa este rezultatul faptului că, în primul rând, incidența diabetului este destul de mare și, în al doilea rând, fenotipul acestei boli este ușor de recunoscut: pacienții cu diabet se caracterizează prin trăsături externe caracteristice, expresie facială și retard mental.

Primele descrieri clinice și științifice ale diabetului au apărut la mijlocul secolului trecut, iar definiția lui precisă a fost dată în 1866 de J. Down, care a descris mai mulți astfel de pacienți. Ipotezele conform cărora diabetul este controlat genetic au fost formulate la începutul secolului al XX-lea. Până în anii 1930, s-a sugerat că această boală se dezvoltă ca urmare a aberației cromozomiale (deviații structurale în setul de cromozomi), care este cauzată de nedisjuncția lor în timpul procesului de meioză. În 1959, s-a descoperit că diabetul este cauzat de trisomia cromozomului 21, adică. prezența în celule a trei, și nu doi, ca de obicei, cromozomi. Astăzi se știe că aproximativ 1 din 600 de nou-născuți este purtător al acestei anomalii. În plus, conform estimărilor moderne, aproximativ 1 din 150 de ouă umane fertilizate este purtător al trisomiei 21 (majoritatea ouălor cu trisomie mor). Pacienții cu diabet zaharat reprezintă aproximativ 25% din totalul persoanelor retardate mintal, formând cel mai mare grup etiologic omogen de retardați mintal.

Mecanismul genetic al diabetului zaharat este o ilustrare a fenomenului de aberații cromozomiale. Ele au fost deja discutate în cap. I. Să repetăm pe scurt cele spuse acolo. În timpul formării celulelor sexuale - gameți - toate cele 23 de perechi de cromozomi sunt împărțite, iar fiecare gamet devine purtător al unui cromozom din fiecare pereche. Când un spermatozoid fecundează un ovul, perechile de cromozomi sunt restaurate, iar în fiecare pereche un cromozom provine de la mamă, al doilea de la tată. În ciuda procesului care funcționează bine de formare a gameților, apar erori în acesta, iar apoi separarea perechilor de cromozomi este întreruptă - apare un gamet care conține nu un cromozom, ci o pereche de ei. Această încălcare se numește nedisjuncția cromozomilor. Când un astfel de gamet fuzionează cu un gamet normal în timpul fertilizării, se formează o celulă cu trei cromozomi identici; se numeste un fenomen asemanator trisomie. Nedisjuncția cromozomală este principala cauză a avorturilor spontane în primele câteva săptămâni de viață fetală. Cu toate acestea, există o anumită probabilitate ca un embrion cu un complement cromozomal anormal să continue să se dezvolte.

Motivul exact al nedisjuncției este necunoscut. O corelație de încredere a trisomiei 21 este vârsta maternă: conform studiilor, 56% dintre mamele peste 35 de ani au fetuși cu trisomie 21, iar în astfel de cazuri, aproximativ 90% dintre femeile diagnosticate aleg să-și întrerupă sarcina. Deoarece DM apare „din nou” în fiecare generație (nondisjuncția este un singur eveniment, a cărui probabilitate crește odată cu vârsta mamei), DM nu poate fi considerată o boală transmisă prin moștenire.

Mutații genomice caracterizată prin modificări ale numărului de cromozomi. La om, poliploidia (inclusiv tetraploidia și triploidia) și aneuploidia sunt cunoscute.

Poliploidie- o creștere a numărului de seturi de cromozomi, un multiplu al celui haploid (Зn, 4n, 5n etc.). Motive: dubla fertilizare si absenta primei diviziuni meiotice. La om, poliploidia, precum și majoritatea aneuploidiilor, duc la formarea de celule letale.

aneuploidie- modificarea (scăderea - monosomie, creșterea - trisomie) a numărului de cromozomi din setul diploid, adică. nu un multiplu de haploid (2n+1, 2n-1 etc.). Mecanisme de apariție: nondisjuncția cromozomală (cromozomii în anafază se deplasează la un pol, în timp ce pentru fiecare gamet cu un cromozom în plus există altul - fără un cromozom) și „întârziere de anafază” (în anafază, unul dintre cromozomii în mișcare rămâne în urmă tuturor celorlalți). ).

Trisomie- prezența a trei cromozomi omologi în cariotip (de exemplu, pe a 21-a pereche, ceea ce duce la dezvoltarea sindromului Down; pe a 18-a pereche - sindromul Edwards; pe a 13-a pereche - sindromul Patau).

Monozomie- prezența doar a unuia dintre cei doi cromozomi omologi. Cu monosomie pentru oricare dintre autozomi, dezvoltarea normală a embrionului este imposibilă. Singura monosomie compatibilă cu viața la om - pe cromozomul X - duce la dezvoltarea sindromului Shereshevsky-Turner (45,X0).

Boli cromozomiale (sindroame) este un grup de afecțiuni patologice congenitale manifestate prin anomalii de dezvoltare și cauzate de tulburări ale numărului sau structurii cromozomilor somatici (sindroame autozomale) sau cromozomilor sexuali (sindroame gonozomale). Frecvența lor globală în populație este de aproximativ 1%. În cea mai mare parte, acestea sunt cazuri sporadice datorate diferitelor mutații cromozomiale și genomice.

Sindromul Shereshevsky-Turner

Sindromul Shereshevsky-Turner- o boală cromozomială însoțită de anomalii caracteristice dezvoltării fizice, statură mică și infantilism sexual. Caracterizat prin dezvoltare fizică deosebită și dezvoltare sexuală întârziată. Incidența bolii în rândul nou-născuților este de 1: 3000.

Etiologie și patogeneză

Această boală este o consecință a diferitelor anomalii ale setului de cromozomi, cel mai adesea rezultând din nedisjuncția cromozomilor sexuali la mamă sau tată, tulburări în diviziunea mitotică a zigotului fertilizat și absența brațului scurt al unuia dintre cei doi X. cromozomii. Reprezintă monosomia pe cromozomul X (XO).

Nu a fost identificată o legătură clară între apariția sindromului Turner și vârstă și orice boli ale părinților. Cu toate acestea, sarcinile sunt de obicei complicate de toxicoză, amenințarea unui avort spontan, iar nașterea este adesea prematură și patologică. Formarea afectată a gonadelor în sindromul Turner este cauzată de absența sau defectele structurale ale unui cromozom sexual (cromozomul X).

Clinica sindromului Shereshevsky-Turner

Tabloul clinic al bolii este foarte divers. Cel mai frecvent simptom este statura mică. Chiar și în copilărie, acești pacienți rămân în urmă față de colegii lor în ceea ce privește dezvoltarea fizică, iar până la pubertate înălțimea lor este de 130 - 145 cm. Există dovezi ale unei incidențe ridicate a sindromului Shereshevsky-Turner la fetele scunde în multe țări, în special în Japonia. A doua trăsătură caracteristică este infantilismul sexual, manifestat mai ales adesea în perioada pubertății sub formă de amenoree, subdezvoltarea organelor genitale și caracteristicile sexuale secundare. Șuvițele sunt identificate în locul ovarelor.

Una dintre principalele manifestări- îmbătrânire prematură, ale căror semne apar încă de la 15-17 ani. Rolul decisiv în mecanismele generale ale îmbătrânirii, conform conceptelor moderne, revine îmbătrânirii țesutului conjunctiv. Numeroase date clinice și radiologice indică diferite tulburări ale țesutului conjunctiv, în special ale sistemului osos, în bolile cromozomiale umane.

Structura corpului este disproporționată - lungimea jumătății superioare a corpului este mult mai mare decât jumătatea inferioară. Urechile sunt deformate și poziționate jos. Palatul dur este uneori înalt și îngust („gotic”) și se observă creșterea neregulată a dinților. Gâtul este larg și scurt și se observă o creștere scăzută a părului. Pliurile largi de piele de pe gât, care merg de la procesele mastoide până la umeri, conferă gâtului un aspect tipic pterigoid (pterigium coli). Anomaliile în dezvoltarea mâinilor se exprimă prin scurtarea degetelor al patrulea (datorită oaselor metacarpiene scurte) și curbura degetelor cinci. Degetele III, IV, V sunt, de asemenea, scurtate și deformate. Adesea, distanța dintre primul și al doilea deget de la picioare este crescută. Se remarcă umflarea persistentă a extremităților. Cu sindromul Shereshevsky-Turner, există o serie de modificări ale organelor interne - defecte cardiace congenitale și vase mari (coarctația aortei, sept interventricular patentat, stenoză aortică, stenoză pulmonară), anomalii renale (rinichi cu potcoavă, pelvis dublu sau uretere). ). Nu există modificări patologice în starea neurologică. Inteligența este redusă extrem de rar. Deficiența intelectuală este minoră. Copiii studiază cu succes în școala de sprijin. Comportamentul copilăresc este combinat în mod unic cu munca grea, perseverență și seriozitate în muncă.

Sindromul Down

Sindromul (boala) Down (DS) - sindromul trisomiei 21 - este cea mai frecventă formă de patologie cromozomială la om (1:750). Citogenetic, sindromul Down este reprezentat de trisomie simplă (94% din cazuri), formă de translocație (4%) sau mozaicism (2% din cazuri). La băieți și fete, patologia apare la fel de des.

S-a stabilit cu încredere că copiii cu sindrom Down se nasc mai des din părinți în vârstă. Dacă vârsta mamei este de 35-46 de ani, atunci probabilitatea de a avea un copil bolnav crește la 4,1%. Posibilitatea unui al doilea caz de boală într-o familie cu trisomie 21 este de 1-2% (riscul crește odată cu vârsta mamei).

Mutațiile genomice sunt cele care duc la o modificare a numărului de cromozomi din cariotip.

Tipuri de mutații genomice:

1) Poliploidie - o creștere a numărului de cromozomi care este un multiplu al celui haploid. Există meiotice și somatice. Cu autopoliploidie, același genom se repetă; cu aloploidie, există doi sau mai mulți genomi diferiți într-o celulă.

2) Haploidie – reducerea numărului de cromozomi la setul haploid.

3) Aneuploidia este o modificare a numărului numai de cromozomi individuali.

Aneuploidia, sau heteroploidia, apare din cauza unei modificări a numărului de cromozomi care nu este un multiplu al setului haploid. Ca urmare a nedisjuncției cromozomilor în timpul gametogenezei, celulele germinale cu cromozomi suplimentari pot apărea și apoi, la fuziunea ulterioară cu gameți haploizi normali, formează 2n+1 zigoți, sau trisomici, pe un anumit cromozom. Dacă există un cromozom mai puțin în gamet, atunci fertilizarea ulterioară va duce la formarea unui zigot 2n-1, sau monosomic, pe oricare dintre cromozomi. Adesea, la animale și la oameni, un cromozom suplimentar provoacă depresie în dezvoltare și mortalitate. De exemplu, un cromozom X suplimentar sau al 21-lea cromozom la om cauzează anomalii severe. ANEUPLOIDIE(din greaca un- particule negative, UE- bine, destul, - ploos- multiple si eidos- specie), heteroploidie, fenomen în care celulele unui organism conţin un număr alterat de cromozomi care nu este un multiplu al setului haploid. Absența unui cromozom în setul de cromozomi al unui diploid se numește monosomie, iar absența a doi cromozomi omologi se numește nulisomie; Prezența unui cromozom omolog suplimentar se numește trisomie. Organismele cu astfel de modificări ale numărului de cromozomi se numesc monosomici, nullisomici și, respectiv, trisomici. Principalul mecanism pentru apariția aneuploidiei este nedisjuncția și pierderea cromozomilor individuali în mitoză și meioză. Din cauza unui dezechilibru al cromozomilor, aneuploidia duce la scăderea viabilității și adesea la moartea aneuploizilor, în special la animale (aneuploidia stă la baza unei serii de boli cromozomiale). În analiza genetică, folosind aneuploidie (încrucișarea mutanților cu aneuploizi pe anumiți cromozomi), se determină în ce grup de legătură se află gena studiată.

Aneuploidia (heteropoliploidia) este o modificare a numărului de cromozomi din celule care nu este un multiplu al numărului de cromozomi principal. Există mai multe tipuri de aneuploidie. La monosomie unul dintre cromozomii setului diploid este pierdut (2 n- 1). La polisomie la cariotip se adaugă unul sau mai mulți cromozomi. Un caz special de polisomie este trisomie (2n+ 1), când în loc de doi omologi sunt trei. La nulisomie ambii omologi ai oricărei perechi de cromozomi sunt absenți (2 n – 2).

La om, aneuploidia duce la dezvoltarea unor boli ereditare severe. Unele dintre ele sunt asociate cu modificări ale numărului de cromozomi sexuali (vezi capitolul 17). Cu toate acestea, există și alte boli:

– Trisomie pe cromozomul 21 (cariotip 47, + 21 ); Sindromul Down; frecvența în rândul nou-născuților este de 1:700. Dezvoltare fizică și psihică lentă, distanță mare între nări, punte largă a nasului, dezvoltare a pliului pleoapelor (epicant), gura întredeschisă. În jumătate din cazuri, există tulburări în structura inimii și a vaselor de sânge. De obicei, sistemul imunitar este redus. Speranța medie de viață este de 9-15 ani.

– Trisomie pe cromozomul 13 (cariotip 47, + 13 ); sindromul Patau. Frecvența în rândul nou-născuților este de 1:5.000.

– Trisomie pe cromozomul 18 (cariotip 47, + 18 ); sindromul Edwards. Frecvența în rândul nou-născuților este de 1:10.000.

Autorul articolului - L.V. Okolnova.

Imediat îmi vin în minte X-Men... sau Spider-Man...

Dar asta este în filme, în biologie este și așa, dar puțin mai științific, mai puțin fantastic și mai obișnuit.

Mutaţie(tradusă ca schimbare) este o schimbare stabilă, moștenită a ADN-ului, care are loc sub influența modificărilor externe sau interne.

Mutageneză- procesul de apariție a mutației.

Caracterul comun este că aceste schimbări (mutații) apar în natură și la oameni în mod constant, aproape în fiecare zi.

În primul rând, mutațiile sunt împărțite în somatic- apar în celulele corpului și generativ- apar doar in gameti.

Să examinăm mai întâi tipurile de mutații generative.

Mutații genetice

Ce este o genă? Aceasta este o secțiune a ADN-ului (adică mai multe nucleotide), respectiv, este o secțiune a ARN și o secțiune a proteinei și un semn al unui organism.

Acestea. O mutație genetică este o pierdere, înlocuire, inserare, duplicare sau modificare a secvenței secțiunilor de ADN.

În general, acest lucru nu duce întotdeauna la boală. De exemplu, atunci când ADN-ul este duplicat, apar astfel de „greșeli”. Dar apar rar, acesta este un procent foarte mic din cantitatea totală, deci sunt nesemnificative și practic nu au niciun efect asupra organismului.

Există, de asemenea, mutageneze grave:
- anemie falciforme la om;
- fenilcetonurie - o tulburare metabolică care provoacă tulburări psihice destul de grave
- hemofilie
- gigantism la plante

Mutații genomice

Iată definiția clasică a termenului „genom”:

Genomul -

Totalitatea materialului ereditar conținut în celula unui organism;
- genomul uman și genomul tuturor celorlalte forme de viață celulară sunt construite din ADN;
- totalitatea materialului genetic al setului haploid de cromozomi al unei specii date în perechi de nucleotide ADN per genom haploid.

Pentru a înțelege esența, o vom simplifica foarte mult și vom obține următoarea definiție:

Genomul este numărul de cromozomi

Mutații genomice- modificarea numărului de cromozomi ai unui organism. Practic, cauza lor este divergența non-standard a cromozomilor în timpul diviziunii.

Sindromul Down - în mod normal o persoană are 46 de cromozomi (23 de perechi), dar cu această mutație se formează 47 de cromozomi
orez. Sindromul Down

Poliploidie la plante (aceasta este, în general, norma pentru plante - majoritatea plantelor cultivate sunt mutante poliploide)

Mutații cromozomiale- deformări ale cromozomilor înșiși.

Exemple (majoritatea oamenilor au unele modificări de acest fel și în general nu le afectează aspectul sau sănătatea, dar există și mutații neplăcute):
- sindromul plâns al pisicii la un copil
- întârziere în dezvoltare
etc.

Mutații citoplasmatice- mutatii in ADN-ul mitocondriilor si cloroplastelor.

Există 2 organite cu ADN propriu (circular, în timp ce în nucleu există o dublă spirală) - mitocondriile și plastidele plantelor.

În consecință, există mutații cauzate de modificările acestor structuri.

Există o caracteristică interesantă - acest tip de mutație este transmis doar de femele, deoarece Când se formează un zigot, rămân doar mitocondriile materne, iar cele „masculi” cad cu coada în timpul fecundației.

Exemple:
- la om - o anumită formă de diabet zaharat, vedere în tunel;
- plantele au frunze pestrițe.

Mutații somatice.

Acestea sunt toate tipurile descrise mai sus, dar apar în celulele corpului (în celulele somatice).
Celulele mutante sunt de obicei mult mai mici decât celulele normale și sunt copleșite de celule sănătoase. (Dacă nu sunt suprimate, atunci corpul va degenera sau se va îmbolnăvi).

Exemple:
- Ochiul Drosophilei este roșu, dar poate avea fațete albe
- într-o plantă poate fi un lăstar întreg, diferit de alții (I.V. Michurin a dezvoltat astfel noi soiuri de mere).

Celulele canceroase la om

Exemple de întrebări pentru examenul de stat unificat:

Sindromul Down este rezultatul unei mutații

1)) genomic;

2) citoplasmatică;

3)cromozomiale;

4) recesiv.

Mutațiile genelor sunt asociate cu modificări

A) numărul de cromozomi din celule;

B) structuri cromozomiale;

B) secvențe de gene din autozom;

D) nucleoghizi pe o secțiune de ADN.

Mutațiile asociate cu schimbul de secțiuni ale cromozomilor neomologi sunt clasificate ca

A) cromozomiale;

B) genomic;

B) punctul;

d) genetică.

Un animal la ai cărui descendenți poate apărea o trăsătură datorată unei mutații somatice

Prin natura manifestării în stare heterozigotă – dominant (se manifestă în stare heterozigotă) și recesiv (apar numai în stare homozigotă).

În funcție de motiv – spontan (fără niciun motiv aparent) și induse (cauzată de acțiunea dirijată a unui factor).

În funcție de locația în celulă – nuclear Și citoplasmatic .

În ceea ce priveşte posibilitatea moştenirii – generativ (în celula reproductivă) și somatic (care apar într-o celulă corporală somatică). Mutațiile somatice la speciile care se reproduc sexual nu sunt moștenite. Dar pentru un anumit individ nu sunt indiferenți (de exemplu, semne de naștere, pete pe iris, o tumoare canceroasă).

Funcțional (în funcție de rezultat) – util, dăunător (inclusiv letal) și neutru (indiferent) .

Prin natura modificărilor genomului – genetic (schimbarea structurii genelor), cromozomiale (modificarea structurii cromozomilor) Și genomic (modificarea numărului de cromozomi).

Mutații genetice

Mutațiile genelor se bazează pe modificări ale structurii moleculei de ADN. Toate pot fi combinate în trei grupuri.

Înlocuirea unei baze azotate cu alta. De exemplu, în timpul dezaminării (citozina este transformată în timină) sau când o nucleotidă este încorporată greșit în timpul replicării ADN-ului.

O schimbare a cadrului de citire este rezultatul ștergerii sau inserției unei nucleotide în lanțul sintetizat.

AAA CGT AAC fen - ala - lei

AAA ACG TAA fen – cis – ile

catenă codogenă a polipeptidei ADN

O modificare a ordinii nucleotidelor dintr-o genă (când o secțiune a unui lanț de ADN este rotită cu 180 0).

Mutații cromozomiale

Mutațiile cromozomilor se bazează pe modificări ale structurii cromozomilor. Ele sunt împărțite în interior- Și intercromozomiale .

Intracromozomiale:

a) sfidarea – detașarea secțiunii terminale a cromozomului;

b) ștergere – pierderea secțiunii mijlocii a cromozomului;

V) duplicare – dublarea unei secțiuni de cromozom;

G ) inversiune – rotația unei secțiuni de cromozom cu 180 o. Inversia poate fi pericentric (captează centromerul) și paracentric (în interiorul unui umăr).

Intercromozomiale:

A)translocare – se bazează pe separarea unei secțiuni a unui cromozom și atașarea acesteia la un alt cromozom. Tipuri de translocații: reciproc (schimb reciproc de umeri) și Robertsonian – separarea sau fuziunea centrică a cromozomilor individuali.

Se crede că în timpul transformării unei maimuțe (cimpanzeu) într-un om, a avut loc o fuziune a doi cromozomi acrocentrici într-unul metacentric.

b)transpunere – mișcarea unor secțiuni mici de material genetic atât în interiorul unui cromozom, cât și în întregul cariotip.

Mutații genomice

Se bazează pe o modificare a numărului de cromozomi. Există două tipuri de astfel de mutații:

poliploidie - o creștere a numărului de cromozomi cu o cantitate care este un multiplu al setului haploid;

aneuploidie – o creștere a numărului de cromozomi cu o cantitate care nu este un multiplu al setului haploid. Când trisomie există un cromozom suplimentar (set 2 n + 1 ), la monosomie lipsește un cromozom (set 2 n – 1 ), la Nulizomie lipsește întreaga pereche de cromozomi ( 2 n – 2 ).

Poliploidia este larg răspândită în lumea plantelor. Astfel, există trei tipuri de grâu ( 2 n, 4 n, 6 n), Unde n = 7 . Crizantemele au seturi din 2 n inainte de 22 n (n = 9 ). Exemple similare pot fi găsite la toate plantele, atât sălbatice, cât și cultivate. Prin urmare, se crede că evoluția plantelor a urmat calea poliploidizării. Poliploidia este utilizată pe scară largă în lucrările de ameliorare (plantele poliploide au fructe mai mari și mai multe semințe).