1 / 65

Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto Žmogaus ir Medicininės Genetikos Katedra;

LIETUVIŲ GENOMAI: PRAEITYJE IR DABAR. LMA n.e., prof. hab il . dr. Vaidutis Kučinskas. Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto Žmogaus ir Medicininės Genetikos Katedra; VUL SK Medicininės genetikos centras. 2010 m. spalio 20 d. ŽMOGAUS GENOMO TYRIMŲ ISTORIJA. 1865.

berit
Download Presentation

Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto Žmogaus ir Medicininės Genetikos Katedra;

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. LIETUVIŲ GENOMAI: PRAEITYJEIR DABAR LMA n.e.,prof.habil. dr. Vaidutis Kučinskas Vilniaus universiteto Medicinos fakulteto Žmogaus ir Medicininės Genetikos Katedra; VUL SK Medicininės genetikos centras 2010 m. spalio 20 d.

  2. ŽMOGAUS GENOMO TYRIMŲ ISTORIJA

  3. 1865 Gregor Mendel nustatė, kad paveldimumas perduodamas diskrečiais vienetais. Suformuluoti paveldimumo principai.

  4. Ryšys tarp šiuolaikinės genetikos ir Gregoro Mendelio atliktų bandymų

  5. 1865 Paveldimumo vienetai 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Frederick Miescher Iš ląstelių išskirta DNR

  6. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Genas Genotipas Fenotipas Danų biologas Wilhelm Johannsen pasiūlo pagrindinius genetikos terminus: – geną, kaip paveldimumo vienetą, – genotipą kaip organizmo genetinę konstituciją, – fenotipąkaip organizmo paveldėtų charakteristikųvisumą.

  7. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1911 1909 Geno sąvoka Thomas Hunt Morgan su bendrad., tirdami drozofilą, nustatė, kad genai yra chromosomose ir atrado genetinę sankibą.

  8. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1944 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty nustatė, kad paveldimumo medžiaga yra DNR, o ne baltymai.

  9. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1953 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga James Watson, Francis CricknustatėDNR molekulės struktūrą

  10. 1865 Paveldimumo vienetai 1956 1869 Išskirta DNR Žmogaus chromosomos metafazėje, iš originalaus Tjio ir Levan straipsnio, kur rodomos 46 chromosomos. 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1953 DNR molekulės struktūra Joe Hin Tjio, A. Levan ir kt. nustatė, kad žmogus turi 46 chromosomas,o ne 48 kaip buvo manyta anksčiau

  11. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1959 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1953 DNR molekulės struktūra 1956 Žmogaus chromosomos – 46 Jerome Lejeune su bendrad. nustatė pirmąją žmogaus chromosmų anomaliją: Dauno liga yra 21-mos chromosomos trisomija

  12. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1966 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1953 DNR molekulės struktūra 1956 Žmogaus chromosomos 46 Marshall Nirenberg,Har Khorana, Severo Ochoa su bendradarbiais iššifravo genetinį kodą. 1959 Pirmoji chromosmų anomalija

  13. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1953 DNR molekulės struktūra 1956 Žmogaus chromosomos 46 1959 Pirmoji chromosmų anomalija 1966 Iššifruotas genetinis kodas 1967 Somatinių ląstelių hibridizacija HindII 1970 DNR Hamilton O. Smith HindII Atrasta pirmoji specifinė restrikcijos endonukleazė(Hind II)‏

  14. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1953 DNR molekulės struktūra 1956 Žmogaus chromosomos 46 1959 Pirmoji chromosmų anomalija 1966 Iššifruotas genetinis kodas 1967 Somatinių ląstelių hibridizacija 1970 Pirmoji restrtiktazė 1972 Paul Berg su bendraradarbiais sukuria pirmąsias rekombinantinės DNR molekules

  15. 1865 Paveldimumo vienetai 1869 Išskirta DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1909 Geno sąvoka 1911 Genai yra chromosomose 1920 Genomo sąvoka 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1953 DNR molekulės struktūra 1956 Žmogaus chromosomos 46 1959 Pirmoji chromosmų anomalija 1966 Iššifruotas genetinis kodas 1967 Somatinių ląstelių hibridizacija 1968 Pirmoji restriktazė 1972 Pirmoji rekombinantinė DNR 1973 Klonuotas gyvūno genas 1975 Sekvenuotas MS2 genomas 1977 DNR sekvenavimas 1981 Fred Sanger su bendradarbiais sekvenavo žmogaus mitochondrijų genomą (16 569 np)‏

  16. Kas yra genomas? Genomasyra gyvybės kodas. Kiekvienas organizmas, įskaitant žmones, turi genomą kuris saugo visą reikiamą biologinę informaciją, reikalingą suformuoti ir palaikyti to organizmo gyvybines funkcijas. Turima biologinė informacija genome yra užkoduotadeoksiribonukleorūgšties (DNR) grandinėje ir yra suskirstyta į diskrečius vienetus vadinamus genais. Genai turi visą reikalingą informaciją baltymų, baltymus nekoduojančių RNR (ncRNR), rRNR ir kitų tipų RNR sintezei, kurie yra būtini normaliam organizmo funkcijų palaikymui. Baltymai lemia pagrindines organizmų fizines savybes (ūgį, plaukų arba akių spalvą ir kitas), o taip patligas ar netgi charakterio bruožus.

  17. Mokslininkai tiria ne tik žmogaus genomą, bet taip pat ir visų kitų rūšių genomus, nuo mikrobų iki gyvūnų kaip pvz., pelės ar kiaulės. Kuo daugiau sužinome apie kitų rūšių genomus, tuo daugiau mes sužinosime apie mūsų pačių genomą.

  18. 1990 Žmogaus Genomo Projekto pradžia

  19. 1967 Somatinių ląstelių hibridizacija 1865 Paveldimumo vienetai 1968 Pirmoji restriktazė 1869 Išskirta DNR 1972 Pirmoji rekombinantinė DNR 1902 Chromosominė paveld. teorija 1973 Klonuotas gyvūno genas 1909 Geno sąvoka 1975 Sekvenuotas MS2 genomas 1911 Genai yra chromosomose 1977 DNR sekvenavimas 1920 Genomo sąvoka 1981 Sekvenuota žmogaus mtDNR 1944 DNR – paveldimumo medžiaga 1983 PGR 1953 DNR molekulės struktūra 1983 Kartografuota Hantingtono liga 1956 Žmogaus chromosomos 46 1986 Automatiz. DNR sekvenatorius 1959 Pirmoji chromosmų anomalija 1987 Pirmasis žmogaus genolapis 1966 Iššifruotas genetinis kodas J. Craig VenterPresident Clinton Francis Collins 2002 2002-06-26: paskelbiama, kad baigta “juodraštinė” žmogaus genomo seka

  20. Ką sužinojome iš Žmogaus Genomo Projekto? • Žmogaus genomą sudaro 3164,7 milijonai nukleotidų porų (A, C, T ir G); • Žmogaus genome yra apie 30 000 genų, daugiau nei pusės genų funkcijos yra nežinomos; • Žmogaus genome genai sudaro apie 2% viso genomo; • Bet kurių dviejų individų genomai daugiau negu 99,9% yra identiški. Genetiniai skirtumai tarp žmonių sudaro tik 0,1%.

  21. BRANDUOLYS MITOCHONDRIJOS LĄSTELĖ ŽMOGAUSGENOMAS

  22. BRANDUOLYS MITOCHONDRIJOS LĄSTELĖ ŽMOGAUS GENOMO ORGANIZACIJA Y chromosoma BRANDUOLIO GENOMAS 3100 Mb >26 000 genų Chromosomos ŽMOGAUSGENOMAS MITOCHONDRIJŲ GENOMAS mtDNR 16,6 kb 37 genai

  23. ŽMOGAUS GENOMO ORGANIZACIJA Mitochondrijų genomas Branduolio genomas itin konservatyvios sekos mažai konservatyvios sekos Baltymus koduojantys genai transpozonų kartotinės sekos RNR genai, reguliacinės sekos heterochromatinas kitos sekos

  24. Branduolio genomas Mitochondrijų genomas Dydis 3,1 Gb 16,6kb Skirtingų DNR molekulių skaičius 23 (XX ląstelėse) ar 24 (XY ląstelėse)‏ 1 žiedinė DNR molekulė Bendras DNR molekulių skaičius ląstelėje 46 diploidinėse ląstelėse (įvairuoja priklausomai nuo ploidiškumo)‏ Dažniausiai keletas tūkstančių kopijų (kopijų skaičius varijuoja skirtingų ląstelių tipuose Asocijuoti baltymai Keletas histoninių ir nehistoninių baltymų klasių Dažniausiai neasocijuotas su baltymais Genų skaičius ~ 26 000 37 Genų tankis ~1/120 kb 1/0,45 kb Kartotinė DNR > 50% genomo Labai mažai Transkripcija Monocistroniai transkripcijos vienetai Policistroniniai transkripcijos vienetai Intronai Būdingi daugumai genų Nebūdingi Koduojanti DNR (%)‏ ~1,1 % ~ 66 % Rekombinacija Kiekvienoje homologų poroje bent vienas rekombinacijos atvejis mejozės metu Neįrodyta Paveldimumas X ir autosomų sekų mendelinis; Y sekų – tėvinis Išimtinai motininis Mitochondrijų ir branduolio genomų palyginimas

  25. Duomenų Bazės (Birželio 2009)‏ Baltymus koduojantys genai RNR koduojantys genai Genų skaičius Transkriptų skaičius Egzonų skaičius Egzonų vidurkis viename gene Transkriptų vid. skaičius vienam genui CCDS 17052 45428 2,7 Ensembl 21 416 5732 27148 62877 297252 10,9 2,3 UCSC 23008 9155 32163 66802 246775 7,7 2,1 RefSeq 20366 2044 22410 31957 211546 9,4 1,4 Žmogaus genų, egzonų, transkriptų skaičiusiš įvairių duomenų bazių Genų dydis ir egzonų skaičius labai kinta. Vidutinis genų dydis genome yra 27 kb. Maži genai gali užimti mažiau nei 1 kb, o dideli genai – daugiau nei 2 400 kb genomo. • Vidutinis transkriptų skaičius,tenkantis 1 genui – 2,0 (ENCODE nustatė, kad 1 genui tenka 5.7 transkripto) Neatitikimas tarp skirtingų duomenų bazių atspindi tebevykstančią ir nebaigtą genomo anotaciją.

  26. Baltymus koduojančių genų histograma ( 2009 m. Liepos 5 d.) skirtingose rūšyse iš Ensembl naršyklės Šie skaičiai gali keistis

  27. Genų skaičius / Mb CpG salelių skaičius / Mb Genų tankis chromosomoje ir koreliacija su CpG turtingomis genomo dalimis Chromosomos 22, 17 ir 19 turi daug genų, o chromosomos 13, 18 ir X turi paliginti mažą genų skaičių.

  28. Nustatytų genomo segmentų tarp žmogaus ir pelės genomų reprezentacija Žmogaus chromosomų spalvų kodas atitinka skirtingas pelės chromosomas parodytas apačioje. Pavyzdžiui, žmogaus 20 chromosoma yra homologiška pelės 2 chromosomai; žmogaus 21 chromosoma yra homologiška pelės 16, 17 ir 10 chromosomoms. Centromerinės ir heterochromatininės sritys bei akrocentriniai p-pečiai yra pažymėti juodai.

  29. ŽMOGAUS GENOMO SEKŲ CHARAKTERISTIKA

  30. 1-as, 2-as, 3-ias egzonai Stiprintuvas Promotorius 5’reguliuojančiosios sritys 5’ geno galas 3’ geno galas 5’ NTS Dvigrandė DNR 1-as, 2-as intronai 3’ NTS Stiprintuvas Slopintuvas Eukariotams būdinga: – egzoninė-introninė daugumos genų struktūra

  31. 0 ~3,1 × 109 np …ACCGTAAATGGGCTGATCATGCTTAAACCCTGTGCCCCGGTTTATAGCACTTAAATCCTACTG… Referentinė žmogaus genomo nukleotidų seka

  32. Referentinė žmogaus genomo nukleotidų seka 0 ~3,1 × 109 np …ACCGTAAATGGGCTGATCATGCTTAAACCCTGTGCCCCGGTTTATAGCACTTAAATCCTACTG… C G A T 0% 41% 100% 53% 0% 100% Pasikartojančios sekos Unikalios sekos 45% 90,5% 53% 100% 0% 66,5% 21% 34% 42% 48% 92% 850 000 1 500 000 LINEs SINEs Kitossekos Hetero-chroma-tinas GENAI DNR transpo-zonų „iškase-nos“ Išsibarstę pasikartojimai Intronai Polipeptidus koduojančios sritys(egzonai)‏ Ypač konservatyviosnekoduojančios sekos Į retrovirusus panašūs elementai Segmentų padvigu-bėjimai Nuoseklūstrumpipasikartojimai

  33. Mitochondrijų genomas OHOL replikacijos pradžia ir sintezės kryptis H ir L grandinių Promotoriai ir transkripcijos kryptis H ir L grandinių rRNR genai baltymus koduojantys genai tRNR genai

  34. PS OS Phe Pro 16024 16383 00057 00372 HVI HVII PL D kilpa CYB Val Pro ND6 mtDNR D kilpa

  35. Dažniausiai tiriamos Y chromosomos mikrosatelitinės sritys Yp Žinomų alelių skaičius Kartotinis motyvas Pasikartojimų skaičius (n)‏ Sritis cen DYS19 (GATA)n 10–19 10 DYS389I* (GATA)n(GACA)n 9–17 9 DYS389II* (GATA)n(GACA)n 25–35 11 DYS390 (GATA)n(GACA)n 17–28 12 DYS391 (GATA)n 7–14 8 DYS392 (ATT)n 6–16 11 Yq DYS393 (GATA)n 9–17 9 DYS385 (GAAA)n 7–23 85 YCAII (CA)n 11–25 37 * Daugumos populiacijų DYS389I ir DYS389II (GATA)n blokas yra monomorfiškas, n = 3 Žmogaus Y chromosoma

  36. Genų raiškos reguliacija DNR RNR Baltymas Epigenetinis paveldimumas 2 3 4 5 1 1 Genų raiškos kontrolė chromatino ir genomo sandaros lygyje; Genų raiškos kontrolė nurašymo (transkripcijos) lygyje; 2 Genų raiškos kontrolė potranskripcijos pradžioje įskaitant nurašymo ilgėjimą (elongaciją), iRNR stabilumą ir alternatyvų sukirpimą (splaisingą); 3 4 Genų raiškos kontrolė transliacijos lygyje; 5 Genų raiškos kontrolė potransliacijos lygyje.

  37. Viso Genomo Raiška Vieno geno Citozinas Metilinimas RNR Reguliacija Endogeninė (miRNR) Metilcitozinas Egzogeninė (siRNR) Genų raiškos reguliacija

  38. DNR metilinimas metilo grupės, prisijungusios prie tam tikrų bazių, slopina genų veiklą histonų uodegos Histonų modifikacija įvairios molekulės gali prisijungti prie histonų uodegų, taip įtakodamos DNR aktyvumą histonai chromosoma Pagrindiniai epigenetinių pokyčių mechanizmai • DNR metilinimas • Chromatino struktūros pokyčiai dėl histonų modifikacijos • Mažosios RNR

  39. LIETUVOS POPULIACIJOS GENŲ FONDO TYRIMAI

  40. 0% 100% EUROPOS GENŲ DAŽNIŲ ŽEMĖLAPIS, APIBENDRINTAS PAGAL PIRMĄJĄ PAGRINDINĘ KOMPONENTĘ

  41. EUROPOS GENŲ DAŽNIŲ ŽEMĖLAPIAI, APIBENDRINTI PAGAL PAGRINDINES KOMPONENTES 0% 100% 1PK 2PK 3PK

  42. LIETUVOS GYVENTOJAI

  43. a) Dažnis Baltijos jūros regione b) Dažnis kitose populiacijose: SUOMIAI 2,5 – 0,1 – 0,0 Šveicarai Belgai ŠVEDAI(žemynas)‏ 0,3 ESTAI Japonai Afrikiečiai – 0,0 – 0,0 ŠVEDAI(Gotlandosala)‏ 4,0 RUSAI 1,0 2,0 LATVIAI 6,0 LIETUVIAI 5,7 LENKAI 2,0 LWb ALELIS(Landsteiner–Wiener kraujo grupių sistema)‏

  44. TRANSFERINO TF*DCHI ALELIS SUOMIJA ŠVEDIJA 90 Dažnis(10000 gyventojų) Baltijos jūros regione 0 ESTIJA 70 51 0 LATVIJA 0 57 LIETUVA 0

  45. TRANSFERINO TF*FIN ALELIS SUOMIJA ŠVEDIJA 5 Dažnis(10000 gyventojų) Baltijos jūros regione 0 ESTIJA 0 13 0 19 0 LATVIJA 22 0 32 LIETUVA 0

  46. 7,5 6,6 6,0 5,5 5,1 2,7 LWb ALELIS(Landsteiner–Wiener kraujo grupių sistema)‏ Dažnis (%) Lietuvoje Šiaurės Dažnis (%) Lietuvoje Rytų ŽEMAIČIAI Vakarų Pietų A U K Š T A I Č I A I Vakarų Pietų Vidurkis:5,7%

  47. IVS12+1G>A Y414C R408W A403V E390G IVS10- 11G>A PAH GENO MUTACIJŲ DAŽNIS, BŪDINGAS LIETUVOS, PIETŲ IR VAKARŲ EUROPOS SERGANTIESIEMS FKU A300S IVS7+ 1G>A PAH geno mutacijos P281L E280K G272X R261X R261Q R252W R158Q A104D IVS2-13T>G F55fs L48S 0% 10% 20% 70% 80% Dažnis

  48. PAH GENO R408W MUTACIJOS, SUSIJUSIOS SU RFIP 2 HAPLOTIPU IR VNTR 3 ALELIU, DAŽNIO GRADIENTAS EUROPOJE R408W-2,3 dalis R408W mutacijų, susijusių su kitais PAH haplotipais, dalis

  49. CFTR geno mutacijos 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (%)‏ F508del CFTRdele2,3(21kb)‏ R553X (1789C>T)‏ N1303K (4041C>G)‏ 3849+10kbC>T W1282X (3978G>A)‏ G542X (1756G>T)‏ 394delTT G551D 1717-1G>A 0 1 2 3 4 5 6 (%)‏ Dažnis CFTR GENO MUTACIJŲ DAŽNIS, BŪDINGAS EUROPOS SERGANTIESIEMS CISTINE FIBROZE

More Related