Wstęp do genetyki

krzyżówka testowa podwójnej heterozygoty
(genotyp potomstwa odpowiada allelom wniesionym przez gametę heterozygoty)
cis
A B ´ a b
a b
a b
trans
A B ´ a b
a b
a b
A b ´ a b
a B
a b
AB
25%
50%
np. 37%
np. 7%
ab
25%
50%
35%
9%
Ab
25%
13%
50%
41%
aB
25%
15%
50%
43%
sprzężenie
częściowe
całkowite
sprzężenie
sprzężenie
częściowe
niezależna
segregacja
całkowite
sprzężenie
crossing over
• zachodzi losowo (?) między chromosomami homologicznymi
• pomiędzy dwoma chromosomami homologicznymi może
zajść w wielu miejscach, ale w każdym pojedynczym
c-o zawsze tylko pomiędzy dwoma niesiostrzanymi
chromatydami biwalentu
• częstość jest proporcjonalna do odległości między genami
tzn. im większa odległość tym większe prawdopodobieństwo
zajścia crossing over
• między parami genów sprzężonych zachodzi z określoną
i stałą częstością
Przyjęto, że częstość crossing over jest miarą
odległości między genami.
1 jednostka mapowa (j.m.) = 1% crossing over =
= 1% rekombinacji = 1 centimorgan (cM)
częstość crossing over nie wykazuje bezpośredniego
związku z fizycznymi odległościami genów na mapie:
• jest wysoka w pobliżu telomerów, a niska w okolicach
centromerów
• istnieją gorące i zimne miejsca rekombinacji, w których c-o
zachodzi z częstością odpowiednio wyższą lub niższą
od średniej (średnia częstość c-o u człowieka ~1 cM/Mpz)
• u człowieka jest znacznie wyższa u kobiet niż u mężczyzn
• u Drosophila c-o zachodzi tylko u samic, a jego częstość
zależy od temperatury, wieku samicy oraz innych czynników
środowiska
właściwości mejotycznej rekombinacji (r. homologicznej,
crossing-over):
* zachodzi pomiędzy miejscami/sekwencjami homologicznymi
* zwykle bezbłędna
* zwykle wzajemna
* mechanizm jednaki u fagów, bakterii, w mejozie – ewolucja
zachowuje geny białek biorących udział w rekombinacji
modele mejotycznej rekombinacji różnią się wydarzeniami
inicjacyjnymi i liczbą powstających struktur Hollidaya
struktura Hollidaya
model
inicjacja poprzez
l. struktur
Hollidaya
Hollidaya
dwa 1-niciowe nacięcia w niciach
o tej samej polarności obu chr.
homologicznych
1
Meselsona-Raddinga
pojedyncze 1-niciowe nacięcie
jednego z chromosomów
(„dawcy”)
1
Szostaka i in.
jedno 2-niciowe nacięcie
(2-niciowych pęknięć,
w chromosomie „biorcy”
DSBR)
2
model Hollidaya
dwa 1-niciowe nacięcia w niciach o tej
samej polarności obu chr. homologicznych
model Meselsona-Raddinga
pojedyncze 1-niciowe nacięcie
jednego z chromosomów („dawcy”)
model Szostaka i in.
naprawy 2-niciowych pęknięć
(jedno 2-niciowe nacięcie w
chromosomie „biorcy”)
http://www.youtube.com/watch?v=9PEdqBuDMHM&feature=BF&playnext=1&list=QL
Whitby 2005 Making crossovers during meiosis Biochemical Society Transactions 33: 1451-1455
rozdzielenie struktury
Hollidaya
http://engels.genetics.wisc.edu/Holliday/index.html
prowadzi do powstania:
heterodupleksów,
które muszą
zostać
naprawione,
efektem może
być konwersja
lub brak
rekombinantów
wzajemnych
rekombinantów
ZMIENNOŚĆ
dziedziczna – genetyczna, której źródłem są
mutacje – mutacje genowe
m. chromosomowe (aberracje chromosomowe)
m. genomowe (zmiany liczby chromosomów)
rekombinacja - gdy powstają nowe kombinacje genów w wyniku
rekombinacji wewnątrzchromosomowej (crossing-over
i transpozycji) lub
międzychromosomowej (losowej segregacji chromosomów w mejozie, losowego doboru partnerów i gamet)
niedziedziczna - fluktuacyjna, środowiskowa - zmiany
fenotypu nie przekazywane na następne pokolenia
MUTACJE - nagłe, trwałe, dziedziczne zmiany informacji
genetycznej
osobniki o zmienionym genotypie – mutanty
mutacje mogą zachodzić w kodujących i niekodujących
częściach genomu
podatność na mutacje jest różna dla różnych genów
geny labilne o dużej częstości mutacji de novo
geny stabilne rzadko mutujące
częstość mutacji jest niejednakowa dla różnych loci, istnieją
w genomie gorące miejsca o zwiększonej częstości mutacji
spontanicznych
czynniki dziedziczne mogą wpływać na częstość mutacji
mutacje mutatorowe zwiększają częstość mutacji spontanicznych (np.
mutacje w genach kodujących pol DNA obniżające wierność replikacji)
mutacje antymutatorowe- obniżają częstość mutacji spontanicznych
i indukowanych (mutacje zwiększające właściwości korektorskie pol
DNA)
większość mutacji jest dla organizmu szkodliwa lub
letalna, rzadko mutacje są korzystne, niektóre
mutacje są obojętne (prowadzą do powstania alleli
wielokrotnych)
wszystkie mutacje, które nie powodują śmierci komórki
mogą stanowić podstawę ewolucji genomu, ale muszą
być odziedziczone podczas rozmnażania
u organizmów jednokomórkowych (bakterie, drożdże)
wszystkie nieletalne mutacje są przekazywane
komórkom potomnym
u organizmów wielokomórkowych znaczenie ewolucyjne
mają tylko zmiany w linii komórek płciowych mutacje
germinalne)
mutacje somatyczne nie są dziedziczone - w zależności
od etapu rozwoju zarodkowego, w którym powstaną,
mogą wystąpić w różnej liczbie komórek (zjawisko
mozaicyzmu), natomiast u dorosłego osobnika mogą
zajść tylko w znikomej liczbie komórek
struktura DNA (podwójna spirala komplementarnych nici)
* zapewnia WIERNOŚĆ przekazywania cech (zarówno ogólnych
– charakterystycznych dla danego gatunku, jak i
specyficznych – gwarantujących podobieństwo między
organizmami spokrewnionymi)
* umożliwia też ZMIENNOŚĆ cech (co służy zachowaniu życia
na Ziemi, umożliwia przystosowanie organizmów do warunków
środowiska i ewolucję gatunków)
gen
błędy procesu powielania DNA
CZĘSTOŚĆ BŁĘDÓW
paczki priorytetowe (USA)
bagaż przewożony samolotem
zawodowa maszynistka
kierowca samochodu (USA)
13 na 100 opóźnionych
1 na 100 zagubiony
1 błąd na 250 znaków
1 śmierć na 10 000
ludzi na rok
REPLIKACJA DNA
1 błąd na 1 mld zasad
prelegent
1 błąd na każdy slajd
gen
NAPRAWA
błędy procesu powielania DNA
działanie mutagennych czynników
(środowiskowych, reaktywnych produktów
metabolizmu komórkowego, infekcje wirusowe
i bakteryjne)
stary/nowy allel
allel
błędy procesu powielania DNA
działanie mutagennych czynników
(środowiskowych, reaktywnych produktów metabolizmu
komórkowego, infekcje wirusowe i bakteryjne)
transpozycja elementów ruchomych
allel
błędy procesu powielania DNA
działanie mutagennych czynników
(środowiskowych, reaktywnych produktów metabolizmu
komórkowego, infekcje wirusowe i bakteryjne)
transpozycja elementów ruchomych
zmieniona sekwencja - nowy allel
• komórka/organizm nie
zmienione położenie allelu
jest w stanie przeżyć
zmieniona ilość kopii allelu
(eliminacja allelu)
• choroba genetyczna
niefunkcjonalne białko
nieprawidłowa ilość lub
miejsca i czas pojawiania się
ewolucja zduplikowanych alleli
zmniejszone szanse na
przeżycie lub wydanie
potomstwa
• nowotworzenie
● specjacja
NOWOTWORY
* choroby związane z brakiem kontroli podziałów
komórkowych
* choroby wieloczynnikowe
* przyczyny środowiskowe i genetyczne
* wiele etapów w rozwoju choroby
* przyczyny środowiskowe: infekcje onkogennymi wirusami,
promieniowanie i mutageny chemiczne, zwykle prowadzące
do uszkodzenia DNA
* przyczyny genetyczne: mutacje specyficznych genów,
które, jeśli przenoszone, powodują dziedziczne nowotwory
geny uczestniczące w powstawaniu nowotworów
ONKOGENY - geny, które promują nowotworzenie;
zmutowane protoonkogeny (dominujące mutacje typu
nabycie funkcji, często nadekspresja); protoonkogeny
kodują białka zaangażowane w przenoszenie sygnałów lub
kontrolę cyklu komórkowego
przykłady mutacji zmieniających protoonkogen w onkogen
•
ras: pojedyncza mutacja punktowa; rak pęcherza
http://www.youtube.com/watch?v=3nODx3cT1RU&NR=1
przykłady mutacji zmieniających protoonkogen w onkogen
• ras: pojedyncza mutacja punktowa; rak pęcherza
• her-2/neu/erbb2: amplifikacja genu; rak piersi
• abl, bcr: wzajemna translokacja (chromosom
Philadelphia); chroniczna białaczka szpikowa
http://www.youtube.com/watch?v=2wIVwZksIt4
geny, których mutacje prowadzą do nowotworzenia
ONKOGENY - geny, które promują nowotworzenie;
zmutowane protoonkogeny (dominujące mutacje typu
nabycie funkcji, często nadekspresja); protoonkogeny
kodują białka zaangażowane w przenoszenie sygnałów lub
kontrolę cyklu komórkowego
GENY SUPRESOROWE NOWOTWORÓW - geny,
które supresują nowotworzenie, kodują białka hamujące
wzrost komórek lub regulujące komórkowe szlaki
przekazywania sygnałów; recesywne mutacje typu utrata
funkcji prowadzą do nowotworzenia; np. Rb, p53
http://www.youtube.com/watch?v=eoWRZbtqB_s&NR=1
GENY BIAŁEK SYSTEMÓW NAPRAWY DNA
(naprawy niedopasowanych nukleotydów, naprawy przez wycinanie
uszkodzonych nukleotydów - NER)
ludzka wrodzona letalna choroba xeroderma pigmentosum (XP)
wynik mutacji genów należących do 8 grup komplementacyjnych,
produkty 7 genów (XPA-XPG) uczestniczą w naprawie przez wycinanie
uszkodzonych nukleotydów (NER), XPV koduje pol η DNA (wstawiającą AA
naprzeciw dimeru T=T)
NER (nucleotide excision repair)
* całego genomu
* preferencyjna naprawa sekwencji transkrybowanych
lub polII RNA
XPB i XPD (helikazy) są
podjednostkami TFIIH
(czynnika pol II RNA)
preferencyjna naprawa wymaga
też CSA i CSB (Cockayn’s
syndrom), CSB i XPG asocjują
z pol II RNA
http://www.youtube.com/watch?v=bgUH9NfO2QM
Weawer RH Molecular biology