Генетична інформація на організменому рівні. Взаємодія генів Слайд-лекція

1. Генетична інформація на організменому рівні. Взаємодія генівСлайд-лекція Кафедра медичної біології ХНМУ-2010 Проф., д. мед. н. В.В. М’ясоєдов

2. Питаннялекції: • Медична генетика як розділ генетики людини • Взаємодія генів і класичні типи успадкування у людини

3. Генетика людиниімедичнагенетика: предмет ізадачі • Медична генетика – це наука про закономірності успадкування і мінливості патологічних ознак людини

4. Ізгенетичної точки зоруусізахворювання у залежностівідвідносноїзначущостіспадковихісередовищнихфакторівуїхньомурозвиткуможнаподілити на 3 групи: • спадковізахворювання, • захворюванняізспадковоюсхильністю, • неспадковізахворювання

5. Відносна роль генетичних (G) ісередовищних (Е) факторів у розвитку хвороб людини: 1 — спадковізахворювання; 2 — захворюванняізспадковоюсхильністю; 3 — неспадковізахворювання

6. Основнізадачімедгенетики: • захистлюдинивідушкодженняспадковогоматеріалуірозвиткуспадкових хвороб • вивченняспадковихзахворюваньісиндромів, розробкаметодівїхньоїпрофілактики, діагностикиілікування • вивченняроліспадковостіісередовища у розвиткунеспадковоїпатології

7. Медична генетика єрозділомгенетики людиниі на даний час поділяється на багатогалузей: • імуногенетика • нейрогенетика • генетика соматичнихклітин • екологічна генетика • радіаційна генетика та ін.

8. Особливості генетики людини • Неможливість експериментальних шлюбів, довільного схрещування • Мала кількість дітей у родинах • Відносно тривалий період життя (лікар може спостерігати лише 2-3 покоління) • Велика генетична різноманітність людей • Велике число хромосом • Відсутність гомозиготних ліній …

9. У генетицілюдини широко використовуютьсятакіметоди: • популяційно-статистичний • генеалогічний • метод тканинних культур • цитогенетичний • біохімічний • близнюковий • дерматогліфічний

10. Історія генетики людини • Успіхи генетики людинищільнопов’язаніізрозвиткомусіхрозділів генетики • Першідані про передачу спадковоїпатології у людинимістяться в Талмуді(4 сторіччя до н.е.), у якомувказано на небезпечністьобрізаннякрайньоїплотіу новонароджениххлопчиків, старшібратиякихабо дядьки по материнськійлініїстраждають на кровотечу

11. ГЕНОТИП ФЕНОТИП Середовище Генотип і фенотип (традиційнийпогляд) • Генотип - сукупністьгенівданогоорганізму. Часто під генотипом розуміють одну абодекілька пар алельнихгенів, яківідповідають за одну й ту ж ознаку • Фенотип- сукупністьознакданогоорганізму; фенотипформуєтьсявнаслідоквзаємодії генотипа іззовнішнімсередовищем

12. Взаємодіягенівікласичнітипиуспадкування у людини

13. До Менделя природа спадковостібула загадкою • Основні закономірності успадкування були відкриті Г. Менделем і сформульовані ним у 1865 р. у роботі «Досліди над рослинними гібридами» • Ці закони було перевідкрито у 1900 р. Г. де Фризом, К. Корренсом і Е. Чермаком. Грегор Мендель (1822-1884)

14. Метод гібридологічного аналізу • Сутність методу:схрещуванняособиніаналізотриманихгібридів • Особливостігібридологічнихекспериментів Г. Менделя: • схрещувавчистілінії • аналізував лише одну або дві ознаки • простежував успадкування ознаки протягом декількох поколінь • проводив точний кількісний облік успадкування кожної ознаки

15. Щотакеменделюючіознаки? • Менделюючіознаки– цеознаки, для якихсправедливіосновнізакониуспадкування, встановлені Г. Менделем • Усімеукаріотичниморганізмампритаманнівідкриті Г. Менделем загальнізакономірностіуспадкуванняознак

16. Алельнігени Алельнігени Основніпоняттяітерміни генетики • Головний постулат Менделя: кожна ознака визначається парою спадкових задатків (алельних генів) • Алельні гени містяться в однакових локусах гомологічних хромосом і кодують одну й ту ж ознаку Гомологічна пара

17. А А а а А а АА аа Аа Особинизоднаковимиалельнимигенами гомозиготні за даноюознакою Особина, яка маєрізніалельнігени – гетерозигота

18. Домінантніірецесивніознаки (гени) • Г. Мендель увів поняття домінантних і рецесивних ознак (генів) • Алель, що визначає фенотип гетерозиготи - домінантний. Наприклад, ген Ау гетерозиготі Аа. • Інший алель, що не проявляє себе у гетерозиготи – рецесивний (а).

19. Основнізакониуспадкуванняознак за Менделем • Закон подібностігібридівпершогопокоління

20. Закон розщеплення на фенотиповікласигібридів другого покоління. При схрещуваннігібридівпершогопоколінняміж собою (тобтогетерозиготнихособин) настаєнаступний результат Розщеплення за генотипом: 1АА:2Аа:1аа за фенотипом: 3:1

21. Гіпотеза «чистоти гамет» • Для поясненнярезультатівсхрещування, проведеного Г. Менделем, УільямБетсон(1902 р.) запропонувавгіпотезу «чистоти гамет»: • пара алельнихгенів, щовизначає ту абоіншуознаку: а) ніколи не змішується; б) у процесі гаметогенезу розходиться до різних гамет, тобто до кожноїз них потрапляє один ген ізалельної пари • Цитологічноцезабезпечується мейозом: алельнігени лежать у гомологічних хромосомах, які в анафазі мейозу розходяться до різнихполюсівіпотрапляютьдорізних гамет

22. Закон незалежногокомбінуваннягенів. При дигібридномусхрещуваннікожна пара ознак у потомствідаєрозщепленнянезалежновідіншої пари. 9:3:3:1 = (3:1)2 Дигібриднесхрещування

23. Передаються не ознаки, а спадковіфактори – гени • Результатом поєднаннядвохстатевихклітин при заплідненнієформуванняорганізмаіз генотипом – якийєне простою сумою, а складною системою взаємодіючихгенів

24. Механізмвзаємодіїгенів • Взаємодіягенівмаєбіохімічну основу • Генибезпосередньо не взаємодіють один із одним (за виняткомвипадків кон’югаціїікросинговеру) • Взаємодіягенів – цевзаємодіяпродуктівгенів у цитоплазмі. Самецевизначаєформуванняознаки.

25. ГЕН 1 ГЕН 2 іРНК іРНК Білок 2 Білок 1 Взаємодія О З Н А К А

26. Ізчасів Менделя буловиявленобагатоновихгенетичнихзакономірностейуспадкуванняознак • Цізакономерності належать до неменделевської генетики, оскількибагатофактів не може бути пояснено лише на підставізаконів Менделя • Однакбагатоособливостейуспадкуванняможе бути пояснено взаємодієюгенів, тобтоодночасноюдією на різніознакидекількохгенів.

27. Типивзаємодіїгенів • Усітипиуспадкування – це результат взаємодіїгенів • Генибувають: • алельними(знаходяться в однакових локусах гомологічних хромосом) • неалельні(знаходяться в різних локусах гомологічних хромосом або в різних хромосомах)

28. А а Алельнігени Неалельнігени

29. Взаємодія генів Алельних генів Неалельних генів 1.ПовнедомінуванняАа→2.Неповнедомінування Аа→ 3.КодомінуванняIAIB→AB 4.НаддомінуванняАа> АА 5. Алельневиключення 1. КомплементарністьА + В → Ознака 2. ЕпістазВ абоА → Ознакаb 3. Полімерія А + В + С →Ознака 4. Ефектположення

30. Аа • Повнедомінування -один алель гена в гетерозиготіповністюприховуєприсутністьіншогоалеля(один іздвохферментів, щовзаємодіють, єзначноактивнішим). Саме тому усігібридипершогопоколінняподібніі за фенотипом і за генотипом.

31. Неповне домінування АА Аа ! аа • Неповнедомінуванняпов’язаноізпроміжнимпроявомознаки при гетерозиготному станіалелів(Аа). • За неповнимдомінуванням у людиниуспадковуються • величина носа • випуклість губ • розміри рота і очей • відстаньміжочима… • Неповнедомінуваннявиявляється у багатьохознакахі тих випадках, коли ферменти, щовзаємодіють, незначновідрізняються за своєюактивністю

32. Кодомінування • Кодомінування— цетакавзаємодіяалельнихгенів, за якої в гетерозиготному станіопиняютьсяіпрацюють разом два домінантнихгениодночасно, тобтокожнийалельдетермінує свою ознаку

33. IA → А I → IB →В I0 → Групи крові в системі АВ0 А > 0 = В > 0 IA IB А В Алельнігени, щовизначаютьгрупикрові за системою АВ0, знаходятьсяв дев’ятійпарі хромосом людини IVгрупакрові Люди із четвертою групоюкрові - приклад кодомінування

34. ГрупикровісистемиMN • Ізрозвиткомметодівгенетичногоаналізу на рівнібілків у людинибуловідкритобагатоприкладівкодомінування • ГрупикровісистемиMN – ще один приклад

35. ММ ММ NNNN MMNN ММ ММ NNNN MNMN У родинах, де батьки маютьгрупикровіМіN, в усіхдітейгрупакрові — MN, причомуобидвадомінантнихалеляМіNфункціонують разом

36. Множиннийалелізм • Успадкування за типом кодомінування пов’язано із проблемою множинного алелізму • Фенотиповий прояв кожної менделюючої ознаки базується на взаємодії в генотипі двох алельних генів. Однак кількість алелів у людських популяціях далеко не завжди дорівнює двом

37. Скільки б алелів не існувало в популяції, ознака в конкретному організмі визначається сполученням лише двох із них • Явище множинного алелізму визначає фенотипову гетерогенність людських популяцій, це одна з основ різноманіття генофонду людини • В основі цієї множинності полягають генні мутації (корисні, нейтральні, шкідливі), які змінюють послідовність азотистих основ молекули ДНК у ділянці, що відповідає даному гену

38. Наддомінування • Наддомінування— проявляється в тому випадку, коли домінантний алель у гетерозиготному стані проявляється сильніше, ніж у гомозиготному(Аа > АА) • Цепоняттякорелюєізефектом гетерозису іпов’язанеіз такими складнимиознаками, як життєздатність, загальнатривалістьжиттята ін.

39. Алельне виключення • Алельневиключення - це результат виключення одного залеліввнаслідокінактиваціїоднієїзгомологічних хромосом • Приклад - інактиваціяоднієїз Х-хромосом у жіночомуорганізмі, що приводить у відповідністьвмісталелів Х-хромосом у чоловіків та жінок • ІнактиваціяХ-хромосомивідбувається на ранніхстадіяхембріогенезужіночоїособиниі при цьомуінактивуютьсярізніхромосоми (або батька, абоматері) у різнихчастинахембріона • Цепризводить до того, що у різних органах і тканинах дорослогоорганізмаактивнимиєрізніалелі Х-хромосом. Тому жінкиємозаїками, тобторізнічастинитіламожутьматирізніваріантипроявутієї ж ознаки, щопередається через Х-хромосому ХХ ХХ ♀ ♂ ♀ ♂

40. Таким чином, у людини, як і у інших еукаріот, відомі усі типи взаємодії алельних генів і велика кількість менделюючих ознак, що визначаються цими взаємодіями. • Використовуючи менделевські закони успадкування, можна розрахувати імовірність народження дітей із тими або іншими менделюючими ознаками

41. Типиуспадкування • Для людини, як і для інших еукаріот, притаманні усі типи успадкування: • аутосомне, • успадкування ознак, зчеплених із статевими хромосомами (гоносомне), • успадкування при взаємодії неалельних генів

42. Успадкування Моногенне Полігенне Аутосомне Гоносомне Домінан- Рецесив- Х-зчепленеY-зчепленетне не (голандричне) Домінантне Рецесивне

43. Основнісимволиродоводів Найбільш зручним методичним підходом до аналізу успадкування ознак у декількох поколіннях є генеалогічний метод, оснований на побудуванні родоводів

44. Аутосомно-домінантнеуспадкуванняАутосомно-домінантнеуспадкування • Перше описанняаутосомно-домінантногоуспадкуванняаномалій у людинибуло дано в 1905 р. Фарабі. Родовідбулоскладено для родиниізкороткопалістю (брахідактилією). У хворихукороченіічастковоредуковані фаланги пальців рук ініг, крім того, в результатіукороченнякінцівок, для них характернийнизькийзріст.

45. Ознакиаутосомно-домінантногоуспадкування:Ознакиаутосомно-домінантногоуспадкування: • Ураженалюдинамає, по меншіймірі, одного ураженогозбатьків • Уражаютьсянащадкиобох статей • Передається особою будь-якоїстаті • Імовірністьдитини бути ураженоюскладає 50% (якщоураженийзбатьківєгетерозиготою)

46. Аутосомно-домінантніознаки у людини • Нормальніознаки: • темнийколір очей • волосся, що в’ється • переніссяз горбинкою • прямийніс (кінець носа дивиться прямо) • ямочка на підборідді • раннєоблисіння у чоловіків • праворукість • здатністьскручуватиязик у трубочку • білий локон зверхулоба… • Патологічні ознаки • полідактилія або багатопалість (на руці або нозі є від 6 до 9 пальців) • синдактилія (зрощення м’яких або кісткових тканин фаланг двох і більше пальців) • брахідактилія • арахнодактилія («павуччі пальці», один із симптомів синдрома Марфана) • деякі форми короткозорості…

47. Полідактилія На картиніРафаеля «Сикстинська мадонна» видно, що у ПапиРимськогоСикста II на правійруцішістьпальців

48. Синдактилія

49. Більшість носіїв аутосомно-домінантної аномалії є гетерозиготами • Багато випадків із медичної практики вказують на те, що гомозиготи за домінантними аномаліями уражені важче, ніж гетерозиготи

50. Аутосомно-рецесивнеуспадкуванняАутосомно-рецесивнеуспадкування • P: ♀ Aax ♂ Aa G: A,a A,aF1: AA, Aa, Aa, aa 25% • P: ♀ aax ♂ aa G: aaF1: aa 100% • P: ♀ Aax ♂ aaG: A,aaF1: Aa, aa 50% Частішеза усе при захворю- ваннях!