Príslušenstvo

Genomické mutácie. Dôsledky genómových mutácií

Genomické mutácie sú zmeny v genóme – haploidnej sade chromozómov. Medzi genómovými mutáciami sa rozlišuje niekoľko odrôd.

Robertsonove preskupenia sú fúzie a delenia chromozómov v oblasti centroméry. Sú pomenované po V. Robertsonovi, ktorý navrhol svoju hypotézu o mechanizme takýchto mutácií. Centrické fúzie („Robertsonovské translokácie“) sú fúzie dvoch nehomologických akrocentrických chromozómov za vzniku jedného submetacentrického chromozómu. Pri delení sa naopak jeden submetacentrický chromozóm rozdelí na dva akrocentrické chromozómy. V tomto prípade sa musí vytvoriť nová centroméra, inak sa počas mitózy stratí chromozóm bez centroméry.

Robertsonove preskupenia vedú k zmenám v počte chromozómov v karyotype bez ovplyvnenia celkového množstva genetického materiálu v bunke. V prírode sú prítomné oba typy preskupení, ale Robertsonove translokácie sú oveľa bežnejšie. Sú jednou z hlavných ciest evolúcie karyotypu.

Aneuploidia je zmena v počte chromozómov, ktorá nie je násobkom haploidnej sady. Spravidla predstavuje pridanie alebo stratu 1 - 2 chromozómov diploidnej sady. U zvierat má aneuploidia zvyčajne za následok vážne abnormality alebo smrť. Avšak v rastlinách môže trizómia (prítomnosť 3 homológnych chromozómov) slúžiť ako faktor genetickej diverzity. Príčinou aneuploidie je nondisjunkcia chromozómov v meióze a tvorba nevyvážených gamét.

Downov syndróm (DS) je jednou z veľmi obmedzeného počtu dedičných chorôb, ktorých fenotyp je dobre známy aj laikom. Jeho „slávnosť“ je výsledkom toho, že po prvé je výskyt cukrovky pomerne vysoký a po druhé, fenotyp tohto ochorenia je ľahko rozpoznateľný: pacienti s cukrovkou sa vyznačujú charakteristickými vonkajšími črtami, výrazom tváre a mentálnou retardáciou.

Prvé klinické a vedecké popisy cukrovky sa objavili v polovici minulého storočia a jej presnú definíciu podal v roku 1866 J. Down, ktorý opísal niekoľko takýchto pacientov. Na začiatku 20. storočia boli formulované hypotézy, že cukrovka je kontrolovaná geneticky. V 30. rokoch 20. storočia sa predpokladalo, že toto ochorenie sa vyvíja v dôsledku chromozómovej aberácie (štrukturálne odchýlky v sade chromozómov), ktorá je spôsobená ich nondisjunkciou počas procesu meiózy. V roku 1959 sa zistilo, že cukrovku spôsobuje trizómia 21. chromozómu, t.j. prítomnosť troch chromozómov v bunkách a nie dvoch, ako zvyčajne. Dnes je známe, že približne 1 zo 600 novorodencov je nositeľom tejto anomálie. Okrem toho, podľa moderných odhadov, približne 1 zo 150 oplodnených ľudských vajíčok je nosičom trizómie 21 (väčšina vajíčok s trizómiou zomrie). Pacienti s cukrovkou tvoria asi 25 % všetkých mentálne retardovaných, tvoria najväčšiu etiologicky homogénnu skupinu mentálne retardovaných.

Genetický mechanizmus diabetu je ilustráciou fenoménu chromozomálnych aberácií. Už sa o nich hovorilo v kap. I. Stručne zopakujme, čo tam bolo povedané. Pri tvorbe pohlavných buniek – gamét – sa rozdelí všetkých 23 párov chromozómov a každá gaméta sa stáva nositeľom jedného chromozómu z každého páru. Keď spermie oplodní vajíčko, páry chromozómov sa obnovia a v každom páre jeden chromozóm pochádza od matky a druhý od otca. Napriek dobre fungujúcemu procesu tvorby gamét v ňom dochádza k chybám a následne k narušeniu separácie chromozómových párov – objaví sa gaméta, ktorá neobsahuje jeden chromozóm, ale ich pár. Toto porušenie je tzv nondisjunkcia chromozómov. Keď sa takáto gaméta počas oplodnenia spojí s normálnou gamétou, vytvorí sa bunka s tromi rovnakými chromozómami; podobný jav je tzv trizómia. Chromozómová nondisjunkcia je hlavnou príčinou spontánnych potratov počas prvých týždňov života plodu. Napriek tomu existuje určitá pravdepodobnosť, že embryo s abnormálnym chromozómovým komplementom sa bude naďalej vyvíjať.

Presný dôvod nondisjunkcie nie je známy. Spoľahlivým korelátom trizómie 21 je vek matky: podľa štúdií má 56 % matiek nad 35 rokov plody s trizómiou 21 a v takýchto prípadoch sa približne 90 % diagnostikovaných žien rozhodne pre ukončenie tehotenstva. Keďže DM sa objavuje „nanovo“ v každej generácii (nondisjunkcia je jediný jav, ktorého pravdepodobnosť sa zvyšuje s vekom matky), nemožno DM považovať za ochorenie prenášané dedičnosťou.

Genomické mutácie charakterizované zmenami v počte chromozómov. U ľudí je známa polyploidia (vrátane tetraploidie a triploidie) a aneuploidia.

Polyploidia- zvýšenie počtu sád chromozómov, násobok haploidného (Зn, 4n, 5n atď.). Dôvody: dvojité oplodnenie a absencia prvého meiotického delenia. U ľudí vedie polyploidia, rovnako ako väčšina aneuploidií, k tvorbe smrteľných buniek.

Aneuploidia- zmena (pokles - monozómia, zvýšenie - trizómia) počtu chromozómov v diploidnom súbore, t.j. nie násobok haploidu (2n+1, 2n-1 atď.). Mechanizmy výskytu: chromozómová nondisjunkcia (chromozómy v anafáze sa pohybujú k jednému pólu, pričom pre každú gamétu s jedným chromozómom navyše existuje ďalšia - bez jedného chromozómu) a „anafázové oneskorenie“ (v anafáze jeden z pohybujúcich sa chromozómov zaostáva za všetkými ostatnými ).

trizómia- prítomnosť troch homológnych chromozómov v karyotype (napríklad na 21. páre, čo vedie k rozvoju Downovho syndrómu; na 18. páre - Edwardsov syndróm; na 13. páre - Patauov syndróm).

Monozómia- prítomnosť iba jedného z dvoch homológnych chromozómov. Pri monozómii ktoréhokoľvek z autozómov je normálny vývoj embrya nemožný. Jediná monozómia kompatibilná so životom u ľudí – na chromozóme X – vedie k rozvoju Shereshevského-Turnerovho syndrómu (45,X0).

Chromozomálne ochorenia (syndrómy) je skupina vrodených patologických stavov prejavujúcich sa vývojovými anomáliami a spôsobených poruchami počtu alebo štruktúry somatických chromozómov (autozomálne syndrómy) alebo pohlavných chromozómov (gonozomálne syndrómy). Ich celková frekvencia v populácii je asi 1 %. Väčšinou ide o sporadické prípady v dôsledku rôznych chromozomálnych a genómových mutácií.

Shereshevsky-Turnerov syndróm

Shereshevsky-Turnerov syndróm- chromozomálne ochorenie sprevádzané charakteristickými anomáliami telesného vývoja, nízkym vzrastom a sexuálnym infantilizmom. Charakterizovaný zvláštnym fyzickým vývojom a oneskoreným sexuálnym vývojom. Výskyt ochorenia u novorodencov je 1:3000.

Etiológia a patogenéza

Toto ochorenie je dôsledkom rôznych abnormalít v chromozómovej sade, najčastejšie v dôsledku nesúladu pohlavných chromozómov u matky alebo otca, porúch mitotického delenia oplodnenej zygoty a absencie krátkeho ramena jedného z dvoch X. chromozómov. Predstavuje monozómiu na X chromozóme (XO).

Jednoznačná súvislosť medzi výskytom Turnerovho syndrómu a vekom a akýmikoľvek chorobami rodičov sa nezistila. Tehotenstvo však zvyčajne komplikuje toxikóza, hrozba potratu, pôrod je často predčasný a patologický. Porucha tvorby pohlavných žliaz pri Turnerovom syndróme je spôsobená absenciou alebo štrukturálnymi defektmi jedného pohlavného chromozómu (chromozóm X).

Klinika Shereshevsky-Turnerovho syndrómu

Klinický obraz ochorenia je veľmi rôznorodý. Najčastejším príznakom je nízky vzrast. Títo pacienti už v detstve zaostávajú za svojimi rovesníkmi vo fyzickom vývoji a v čase puberty dosahujú výšku 130 - 145 cm.V mnohých krajinách existuje dôkaz o vysokom výskyte Shereshevského-Turnerovho syndrómu medzi nízkymi dievčatami, najmä v Japonsko. Druhou charakteristickou črtou je sexuálny infantilizmus, ktorý sa obzvlášť často prejavuje v období puberty vo forme amenorey, nedostatočného rozvoja pohlavných orgánov a sekundárnych sexuálnych charakteristík. Na mieste vaječníkov sú identifikované pramene.

Jeden z hlavných prejavov- predčasné starnutie, ktorého známky sa objavujú už vo veku 15-17 rokov. Rozhodujúcu úlohu vo všeobecných mechanizmoch starnutia má podľa moderných koncepcií starnutie spojivového tkaniva. Početné klinické a rádiologické údaje poukazujú na rôzne poruchy spojivového tkaniva, najmä kostrového systému, pri ľudských chromozomálnych ochoreniach.

Stavba tela je neproporcionálna - dĺžka hornej polovice tela je oveľa dlhšia ako dolnej polovice. Uši sú zdeformované a nízko umiestnené. Tvrdé podnebie je niekedy vysoké a úzke („gotické“) a je zaznamenaný nepravidelný rast zubov. Krk je široký a krátky a pozoruje sa nízky rast vlasov. Široké záhyby kože na krku, prebiehajúce od mastoidných výbežkov k ramenám, dodávajú krku typický vzhľad pterygoidu (pterigium coli). Anomálie vo vývoji rúk sa prejavujú v skrátení štvrtých prstov (v dôsledku krátkych záprstných kostí) a zakrivení piatych prstov. Prsty III, IV, V sú tiež skrátené a deformované. Vzdialenosť medzi prvým a druhým prstom sa často zväčšuje. Zaznamenáva sa pretrvávajúci opuch končatín. Pri Shereshevsky-Turnerovom syndróme dochádza k množstvu zmien na vnútorných orgánoch - vrodené srdcové chyby a veľké cievy (koarktácia aorty, priechodná medzikomorová priehradka, aortálna stenóza, pulmonálna stenóza), anomálie obličiek (podkovovité obličky, dvojitá panva alebo močovody ). Neexistujú žiadne patologické zmeny v neurologickom stave. Inteligencia je znížená veľmi zriedka. Intelektuálne postihnutie je menšie. Deti úspešne študujú v podpornej škole. Detinské správanie sa jedinečne spája s tvrdou prácou, vytrvalosťou a dôkladnosťou v práci.

Downov syndróm

Downov syndróm (choroba) (DS) – syndróm trizómie 21 – je najčastejšou formou chromozomálnej patológie u ľudí (1:750). Cytogeneticky je Downov syndróm reprezentovaný jednoduchou trizómiou (94 % prípadov), translokačnou formou (4 %) alebo mozaikou (2 % prípadov). U chlapcov a dievčat sa patológia vyskytuje rovnako často.

Je spoľahlivo preukázané, že deti s Downovým syndrómom sa častejšie rodia starým rodičom. Ak je vek matky 35-46 rokov, potom sa pravdepodobnosť chorého dieťaťa zvyšuje na 4,1%. Možnosť druhého prípadu ochorenia v rodine s trizómiou 21 je 1-2% (riziko stúpa s vekom matky).

Genomické mutácie sú tie, ktoré vedú k zmene počtu chromozómov v karyotype.

Typy genómových mutácií:

1) Polyploidia - zvýšenie počtu chromozómov, ktoré je násobkom haploidného. Existujú meiotické a somatické. Pri autopolyploidii sa opakuje rovnaký genóm, pri aloploidii sú v jednej bunke dva alebo viac rôznych genómov.

2) Haploidia – redukcia počtu chromozómov na haploidnú sadu.

3) Aneuploidia je zmena počtu iba jednotlivých chromozómov.

Aneuploidia alebo heteroploidia sa vyskytuje v dôsledku zmeny počtu chromozómov, ktorá nie je násobkom haploidnej sady. V dôsledku nondisjunkcie chromozómov počas gametogenézy môžu vzniknúť zárodočné bunky s extra chromozómami, ktoré potom pri následnej fúzii s normálnymi haploidnými gamétami vytvoria na špecifickom chromozóme 2n+1 zygoty, čiže trizómy. Ak je v gaméte o jeden chromozóm menej, následné oplodnenie povedie k vytvoreniu zygoty 2n-1 alebo monozómu na ktoromkoľvek z chromozómov. U zvierat a ľudí často ďalší chromozóm spôsobuje vývojovú depresiu a úmrtnosť. Napríklad extra chromozóm X alebo 21. chromozóm u ľudí spôsobuje vážne anomálie. ANEUPLOIDIA(z gréčtiny an- negatívna častica, EÚ- dobre, celkom, - ploos- viacnásobný a eidos- druh), heteroploidia, jav, pri ktorom bunky organizmu obsahujú zmenený počet chromozómov, ktorý nie je násobkom haploidnej sady. Neprítomnosť jedného chromozómu v chromozómovej sade diploidu sa nazýva monozómia a neprítomnosť dvoch homológnych chromozómov sa nazýva nulizómia; Prítomnosť ďalšieho homológneho chromozómu sa nazýva trizómia. Organizmy s takýmito zmenami v počte chromozómov sa nazývajú monozomické, nulizomické a trizomické. Hlavným mechanizmom vzniku aneuploidie je nondisjunkcia a strata jednotlivých chromozómov v mitóze a meióze. V dôsledku nerovnováhy chromozómov vedie aneuploidia k zníženiu životaschopnosti a často k smrti aneuploidov, najmä u zvierat (aneuploidia je základom mnohých chromozomálnych ochorení). V genetickej analýze pomocou aneuploidie (kríženie mutantov s aneuploidmi na určitých chromozómoch) sa určuje, v ktorej väzbovej skupine sa nachádza skúmaný gén.

Aneuploidia (heteropolyploidia) je zmena počtu chromozómov v bunkách, ktorá nie je násobkom hlavného počtu chromozómov. Existuje niekoľko typov aneuploidie. O monozómia jeden z chromozómov diploidnej sady je stratený (2 n- 1). O polyzómia ku karyotypu je pridaný jeden alebo viac chromozómov. Špeciálnym prípadom polyzómie je trizómia (2n+ 1), keď namiesto dvoch homológov sú tri. O nulizómia chýbajú oba homológy ktoréhokoľvek páru chromozómov (2 n – 2).

U ľudí vedie aneuploidia k rozvoju ťažkých dedičných chorôb. Niektoré z nich sú spojené so zmenami v počte pohlavných chromozómov (pozri kapitolu 17). Existujú však aj iné choroby:

– Trizómia na chromozóme 21 (karyotyp 47, + 21 ); Downov syndróm; frekvencia medzi novorodencami je 1:700. Pomalý telesný a duševný vývoj, veľká vzdialenosť medzi nosnými dierkami, široký nosový hrboľ, rozvoj záhybu viečok (epicanthus), pootvorené ústa. V polovici prípadov dochádza k poruchám v štruktúre srdca a krvných ciev. Zvyčajne je imunitný systém znížený. Priemerná dĺžka života je 9-15 rokov.

– Trizómia na chromozóme 13 (karyotyp 47, + 13 ); Patauov syndróm. Frekvencia medzi novorodencami je 1:5 000.

– Trizómia na chromozóme 18 (karyotyp 47, + 18 ); Edwardsov syndróm. Frekvencia medzi novorodencami je 1:10 000.

Autor článku - L.V. Okolnová.

Hneď sa mi vybavia X-Men... alebo Spider-Man...

Ale to je vo filmoch, v biológii je to tiež takto, ale trochu vedeckejšie, menej fantastické a obyčajnejšie.

Mutácia(v preklade zmena) je stabilná, zdedená zmena v DNA, ktorá nastáva pod vplyvom vonkajších alebo vnútorných zmien.

Mutagenéza- proces vzniku mutácie.

Spoločné je, že tieto zmeny (mutácie) sa vyskytujú v prírode a u ľudí neustále, takmer každý deň.

V prvom rade sa mutácie delia na somatická- vznikajú v bunkách tela, a generatívny- objavujú sa iba v gamétach.

Najprv preskúmame typy generatívnych mutácií.

Génové mutácie

Čo je gén? Toto je časť DNA (t.j. niekoľko nukleotidov), je to časť RNA a časť proteínu a nejaký znak organizmu.

Tie. Génová mutácia je strata, nahradenie, inzercia, duplikácia alebo zmena v sekvencii úsekov DNA.

Vo všeobecnosti to nie vždy vedie k chorobe. Napríklad, keď je DNA duplikovaná, dochádza k takýmto „chybám“. Vyskytujú sa však zriedkavo, je to veľmi malé percento z celkového množstva, takže sú nevýznamné a na telo nemajú prakticky žiadny vplyv.

Existujú aj závažné mutagenézy:
- kosáčikovitá anémia u ľudí;
- fenylketonúria - metabolická porucha, ktorá spôsobuje dosť vážne duševné poruchy
- hemofília
- gigantizmus v rastlinách

Genomické mutácie

Tu je klasická definícia pojmu „genóm“:

genóm -

Súhrn dedičného materiálu obsiahnutého v bunke organizmu;
- ľudský genóm a genómy všetkých ostatných bunkových foriem života sú postavené z DNA;
- súhrn genetického materiálu haploidnej sady chromozómov daného druhu v nukleotidových pároch DNA na haploidný genóm.

Aby sme pochopili podstatu, výrazne to zjednodušíme a získame nasledujúcu definíciu:

genóm je počet chromozómov

Genomické mutácie- zmena počtu chromozómov organizmu. Ich príčinou je v podstate neštandardná divergencia chromozómov pri delení.

Downov syndróm - normálne má človek 46 chromozómov (23 párov), ale s touto mutáciou sa vytvorí 47 chromozómov
ryža. Downov syndróm

Polyploidia v rastlinách (toto je vo všeobecnosti norma pre rastliny – väčšina pestovaných rastlín sú polyploidné mutanty)

Chromozomálne mutácie- deformácie samotných chromozómov.

Príklady (väčšina ľudí má nejaké zmeny tohto druhu a vo všeobecnosti neovplyvňujú ich vzhľad alebo zdravie, ale existujú aj nepríjemné mutácie):
- plač syndrómu mačky u dieťaťa
- vývojové oneskorenie
atď.

Cytoplazmatické mutácie- mutácie v DNA mitochondrií a chloroplastov.

Sú tu 2 organely s vlastnou DNA (kruhová, pričom v jadre je dvojitá špirála) – mitochondrie a rastlinné plastidy.

V súlade s tým existujú mutácie spôsobené zmenami v týchto štruktúrach.

Existuje zaujímavá vlastnosť - tento typ mutácie prenášajú iba ženy, pretože Keď sa vytvorí zygota, ostanú len materské mitochondrie a tie „mužské“ pri oplodnení odpadnú aj s chvostom.

Príklady:
- u ľudí - určitá forma diabetes mellitus, tunelové videnie;
- rastliny majú panašované listy.

Somatické mutácie.

Sú to všetky vyššie opísané typy, ale vznikajú v bunkách tela (v somatických bunkách).
Mutantné bunky sú zvyčajne oveľa menšie ako normálne bunky a sú zahltené zdravými bunkami. (Ak nie sú potlačené, telo zdegeneruje alebo ochorie).

Príklady:
- Oko drozofily je červené, ale môže mať biele fazety
- v rastline to môže byť celý výhonok, odlišný od ostatných (I.V. Michurin takto vyvinul nové odrody jabĺk).

Rakovinové bunky u ľudí

Príklady otázok k jednotnej štátnej skúške:

Downov syndróm je výsledkom mutácie

1)) genomický;

2) cytoplazmatické;

3) chromozomálne;

4) recesívne.

Génové mutácie sú spojené so zmenami

A) počet chromozómov v bunkách;

B) chromozómové štruktúry;

B) sekvencie génov v autozóme;

D) nukleovodiče na úseku DNA.

Mutácie spojené s výmenou úsekov nehomologických chromozómov sú klasifikované ako

A) chromozomálne;

B) genomický;

B) bod;

D) genetické.

Zviera, v ktorého potomstve sa môže objaviť vlastnosť v dôsledku somatickej mutácie

Podľa povahy prejavu v heterozygotnom stave – dominantný (prejavuje sa v heterozygotnom stave) a recesívny (objavujú sa len v homozygotnom stave).

V závislosti od dôvodu – spontánna (bez zjavného dôvodu) a vyvolané (spôsobené usmerneným pôsobením nejakého faktora).

V závislosti od umiestnenia v bunke – jadrové A cytoplazmatické .

Čo sa týka možnosti dedenia – generatívny (v reprodukčnej bunke) a somatická (vznikajúce v somatickej telesnej bunke). Somatické mutácie u pohlavne sa rozmnožujúcich druhov sa nededia. Ale pre daného jedinca nie sú ľahostajné (napríklad materské znamienka, škvrny na dúhovke, rakovinový nádor).

Funkčné (v závislosti od výsledku) – užitočné, škodlivé (vrátane smrteľných) a neutrálny (ľahostajný) .

Podľa povahy zmien genómu – genetické (zmena v štruktúre génov), chromozomálne (zmena chromozómovej štruktúry) A genomický (zmena počtu chromozómov).

Génové mutácie

Génové mutácie sú založené na zmenách v štruktúre molekuly DNA. Všetky sa dajú spojiť do troch skupín.

Nahradenie jednej dusíkatej bázy inou. Napríklad počas deaminácie (cytozín sa konvertuje na tymín) alebo keď sa omylom začlení nukleotid počas replikácie DNA.

Posun čítacieho rámca je výsledkom delécie alebo inzercie nukleotidu do syntetizovaného reťazca.

AAA CGT AAC fen - ala - lei

AAA ACG TAA fen – cis – ile

kodogénne vlákno DNA polypeptidu

Zmena v poradí nukleotidov v géne (keď sa časť reťazca DNA otočí o 180 0).

Chromozomálne mutácie

Chromozómové mutácie sú založené na zmenách v štruktúre chromozómov. Delia sa na vnútri- A interchromozomálne .

Intrachromozomálne:

a) vzdor – oddelenie koncovej časti chromozómu;

b) vymazanie – strata strednej časti chromozómu;

V) duplicita – zdvojnásobenie časti chromozómu;

G ) inverzia – otočenie úseku chromozómu o 180 o. Inverzia môže byť pericentrický (zachytáva centroméru) a paracentrický (v rámci jedného ramena).

Interchromozomálne:

A)premiestnenie – je založená na oddelení úseku jedného chromozómu a jeho pripojení k druhému chromozómu. Typy premiestnenia: recipročné (vzájomná výmena ramien) a Robertsonian – centrická separácia alebo fúzia jednotlivých chromozómov.

Predpokladá sa, že pri premene opice (šimpanza) na človeka došlo k splynutiu dvoch akrocentrických chromozómov do jedného metacentrického.

b)transpozície – pohyb malých častí genetického materiálu v rámci jedného chromozómu aj celého karyotypu.

Genomické mutácie

Je založená na zmene počtu chromozómov. Existujú dva typy takýchto mutácií:

polyploidia - zvýšenie počtu chromozómov o množstvo, ktoré je násobkom haploidnej sady;

aneuploidiou – zvýšenie počtu chromozómov o množstvo, ktoré nie je násobkom haploidnej sady. Kedy trizómia existuje jeden chromozóm navyše (súprava 2 n + 1 ), o monozómia jeden chromozóm chýba (set 2 n – 1 ), o Nulisómia chýba celý chromozómový pár ( 2 n – 2 ).

Polyploidia je rozšírená vo svete rastlín. Existujú teda tri druhy pšenice ( 2 n, 4 n, 6 n), Kde n = 7 . Chryzantémy majú sady od 2 n predtým 22 n (n = 9 ). Podobné príklady možno nájsť vo všetkých rastlinách, divokých aj pestovaných. Preto sa predpokladá, že vývoj rastlín nasledoval cestu polyploidizácie. Polyploidia je široko používaná v šľachtiteľskej práci (polyploidné rastliny majú väčšie plody a viac semien).