Основы генетики человека

Генетика

Лекция 5.

Генотип. Геном. Кариотип. Геномные мутации. Генный баланс. Компенсация доз генов. Эволюция генома.

Геном

– набор генов, характерный для данного биологического вида (в гаплоидном наборе). Например, геном человека. Генотип – набор генов (аллелей) данного организма (в диплоидном наборе). Например, генотип пациента. Кариотип – набор хромосом (в диплоидном наборе). Используется как для вида, так и для организма.

Митоз oрганизмов

Механизмы поддержания постоянства кариотипа в ряду поколений.

Клеток – митоз oрганизмов – мейоз и последующее оплодотворение

2n2c

2n2c

2n2c

2n2c

n2c

n2c

nc

nc

nc

nc

nc

2n2c

Генеративная мутация

Нерасхождение хромосом в мейозе дает нарушение во всех клетках потомка (генеративная мутация). Нерасхождение при митозе дает нарушение только в потомстве данной клетки (соматическая мутация). Такой организм называется «мозаик».

Нарушения расхождения хромосом в анафазе митоза или мейоза

Нарушения количества хромосом в кариотипе называют геномными мутациями

Геномные мутации

.

Полиплоидия k n – кратное n увеличение или уменьшение числа хромосом k = 1 - гаплоидия k = 2 – норма k = 3 - триплоидия k = 4 - тетраплоидия и так далее

Анеуплоидия (гетероплоидии) 2n+k, где k=n – некратное n изменение числа хромосом 2n + 1 - трисомия 2n + 2 - тетрасомия 2n – 1- моносомия 2n – 2 - нулисомия

_

Полиплоидия

У растений приводит к увеличению размеров всех частей тела

Полиплоидия.

У растений приводит к увеличению размеров всех частей тела

У животных и человека приводит к гибели плода

Пузырный занос

При триплоидии (3n) характер нарушения зависит от того, чьих хромосомных набора два, а чьих один.

2 от матери + 1 от отца – плод выглядит нормально, но плацента недоразвита

2 набора от отца + 1 от матери – маленький плод, но очень большая плацента, возможен пузырный занос

Пузырный занос

Анеуплоидия

Изменение количества отдельных хромосом

Анеуплоидии – изменение количества отдельных хромосом.

Абсолютное большинство эмбрионов с анеуплоидией погибает на ранних сроках беременности. Чем меньше генов в хромосоме, тем вероятнее, что плод с анеуплоидией доживет до рождения. Нарушения развития всегда затрагивают многие органы и ткани

Примерное количество генов в хромосомах человека

Есть связь между частотой анеуплоидии и возрастом матери

Риск рождения ребенка с синдромом Дауна %

Возраст матери, годы

Синдром Дауна

трисомия 21.

Жером Лежен

Объяснил синдром Дауна как хромосомную аномалию. Также описал синдром кошачьего крика — иногда его называют «синдромом Лежена».

Жером Лежен

Жером Лежен

Фр. J?r?me jean louis marie lejeune

Фр. J?r?me jean louis marie lejeune

Французский детский врач, генетик

Французский детский врач, генетик

Дата рождения:

26 июня 1926

Место рождения:

пригород Парижа под названием Монтруж

Дата смерти:

3 апреля 1994

Место смерти:

Париж

Рекомендую

Синдром Патау

трисомия 13.

Трисомия

13 – синдром Патау.

Синдром Эдвардса

Трисомия 18 – синдром Эдвардса.

Кисты в головном мозге

Синдром Эдвардса, трисомия 18.

Кисты в головном мозге

Стопа-качалка

Тельце Барра

Анеуплоидии по половым хромосомам не приводят к тяжелым нарушениям развития благодаря способности Х хромосомы образовывать тельце Барра.

Синдром Клайнфелтера

Женщины ХХХ или мужчины ХYY здоровы и не отличаются от обычных людей. Х0 – синдром Шерешевского-Тернера ХХY – синдром Клайнфелтера.

Синдром Шерешевского-Тернера

45,ХО.

Плод с синдромом Шерешевского-Тёрнера

Женский тип оволосения

Синдром Клайнфелтера (более одной Х при наличии У).

Женский тип оволосения и гинекомастия

Проявление синдромов

может быть связано с:

полной трисомией/моносомией во всех клетках. Пример записи кариотипа: 47,ХY, +13 (синдром Патау); мозаичной формой. Например, 50% 46,ХХ: 25%47,ХХХ 25%:25%45,Х0 транслокационной формой. Например, 46, ХХ, rob14/21 (транслокационная форма синдрома Дауна)

15 15/21

Понятие о геноме и генном балансе

Размеры генома разных видов

Кишечная палочка (бактерия)

Дрожжи

Дрозофила

Курица

Лягушка

Человек

3,3 109 пар нуклеотидов в гаплоидном наборе

Классификация последовательностей и генов в геноме

Последовательности ДНК Уникальные – одна копия на геном Умеренно повторяющиеся – десятки – сотни копий. 20% генома (в основном, некодирующие повторы, но и некоторые гены) Высокоповторяющиеся – тысячи – сотни тысяч копий (сателлитная ДНК) – более 10% генома (генов не содержит)

Гены Уникальные («гены роскоши») – одна копия на геном. Например, ген группы крови АВО и все прочие (см. задачи на законы Менделя.) Повторяющиеся («гены домашнего хозяйства») –Например, гены т-, рРНК, гены гистонов, тубулинов.

Виды повторов

а. тандемные б. диспергированные.

Роль повторов не вполне ясна – возможно, структурная. Они обычно локализуются в центромерных и теломерных районах хромосом. Выявляются при С-окраске (на структурный гетерохроматин)

А

Б

Повторяющиеся гены

на примере генов рРНК.

Организация кластера рибосомальных генов и синтез рРНК, видимый в электронный микроскоп

Транскрибируемые гены Спейсер

Доза гена

– число копий в геноме или генотипе. Одно из свойств гена – дозированность действия: признак выражен тем сильнее, чем больше генов в генотипе.

Так, кожа тем темнее, чем больше доза аллеля А

А1а1а2а2

А1а1а2а2

А1А1а2а2

А1А1А2а2

А1а1а2а2

Генный баланс

– наличие в генотипе строго определенного числа доз каждого гена. (Особенно важен для уникальных генов – «генов роскоши»). Это можно сравнить с.

Отсутствием или сразу тремя начальниками (регуляторными генами)

Еще парой роялей в маленькой квартире

Нарушение генного баланса

Поэтому нарушение генного баланса приводит к порокам развития, которые мы видим при несбалансированных хромосомных и геномных мутациях, а также при точковых мутациях важных уникальных генов.

Пример компенсации нарушений генного баланса

Однако анеуплоидии по Х или У хромосомам не приводят к грубым нарушениям. Y– слишком мала, а Х способна выключаться, образуя тельце Барра. Это пример компенсации нарушений генного баланса.

Схема мозаичной инактивации Х-хромосомы

у самок млекопитающих.

Зигота

Бластоциста

инактивация одной из Х-хромосом на 16 сутки развития –случайная и необратимая

Аллельное исключение на примере генов Х хромосомы

Распределение потовых желез у монозиготных близнецов, гетерозиготных по гену эктодермальной дисплазии

Х-сцепленная рецессивная мутация – ангидротическая эктодермальная дисплазия OMIM 305100, Xq12-q13

Эволюция генома

В основе - генные, хромосомные и геномные мутации

Новые гены возникают в результате мутаций исходного гена

Появление новых генов

А. Появление новых генов путем дупликации предкового гена и последующих точковых мутаций.

Б. Появление новых генов путем перетасовки экзонов

Ген А1 с исходной функцией Неработающий псевдоген Ген А2 с другой, но близкой функцией

Предковый ген

Дупликация

Часть гена 2

Часть гена 3

Часть гена 1

Ген с новыми функциями

Ген с новыми функциями

Эволюция глобиновых генов

шла путем дупликаций, транслокаций и точковых мутаций.

Хромосома 22

Хромосома 11 Хромосома 16

Генные семейства

В результате возникли генные семейства (кластеры) на разных хромосомах.

Хромосома 16

Хромосома 11

Миоглобин хромосома 22

Эволюция генов

отвечающих за синтез зрительных пигментов шла также путем дупликаций и точковых мутаций, приведших к замене аминокислот в белках-ферментах.

Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов

Черным показаны различия по аминокислотам

Различные формы дальтонизма

На предыдущем слайде было видно, что красный и зеленый гены дивергировали совсем недавно, поэтому красно-зеленая слепота встречается часто.

Нормальные варианты числа копий генов на Х хромосоме

Неравный кроссинговер как внутри, так и между генами

Различные формы дальтонизма

Эволюция хромосом приматов

– видны робертсоновская транслокация и инверсия.

Конец

Спасибо за внимание!