загрузка...
загрузка...
На головну

Організація геному еукаріот.

  1. I. ОРГАНІЗАЦІЯ ТЕХНІЧНОГО НАГЛЯДУ
  2. I.5. Організація освітньої діяльності. Форми організації навчальної діяльності
  3. II. Організація діяльності психолога
  4. II.6.2.) Організація і правоздатність корпорацій.
  5. III. Організація бухгалтерської служби
  6. III. Організація роботи
  7. IV. організація дискусії

Організменний рівень генетичної інформації представлений геномом і генотипом. Геном видоспецифичен і представляє той необхідний набір генів, який забезпечує формування видових характеристик організмів в онтогенезі.

При статевому розмноженні в процесі запліднення об'єднуються геноми двох батьківських гамет, утворюючи генотип нового організму. Всі соматичні клітини такого організму мають подвійний набір генів, отриманих від обох батьків.

Генотип людини сформувався еволюційно. Загальна еволюція генотипу еукаріот пов'язана з прогресивним збільшенням кількості ДНК. Серед можливих механізмів збільшення геному виділяють поліплоїдизація і амплификацию.

Полиплоидия (збільшення кількості ДНК і хромосом, кратне гаплоїдному набору) збільшує дозу всіх генів і утворює надлишок генетичного матеріалу, який потім змінюється в результаті ті мутацій і відбору. В процесі еволюції полиплоидизация супроводжувалася переходом в гаплоидное стан.

Другий механізм - ампліфікація (освіта копій ділянок ДНК). Певне значення у збільшенні та перетворенні генома мали хромосомні перебудови (делеції, дуплікації, транслокації).

Сучасні уявлення про геном людини. Організація генома кожного еукаріотичного виду являє собою послідовну ієрархію елементів: нуклеотидів, кодонів, доменів, генів з міжгенних ділянками, складних генів, плечей хромосом, хромосом, гаплоидного набору разом з позахромосомних і внеядерная ДНК. В еволюційному перетворенні генома кожен з цих ієрархічних рівнів міг вести себе абсолютно дискретно (змінюючись, комбінуючи з іншими і т.д.).

Наші уявлення про геном людини - велика область генетики людини, що включає, щонайменше, поняття «інвентаризації» генів, груп зчеплення, картування генів (локалізація), секвенування всієї ДНК (генів, їх мутацій і хромосом в цілому), мейотіческіх перетворень, функціонування окремих генів і їх взаємодій, інтеграції структури і функції генома в цілому. На вирішенні всіх цих питань була зосереджена велика багаторічна міжнародна програма «Геном людини» (з 1990 по 2003 р). Головним напрямком робіт були послідовне секвенування ділянок геному і їх «стикування». Успішні розробки в цій області надали програмі клініко-генетичний аспект (табл.9).

Табл.9. Клінічні додатки відомостей про геном людини

 Етапи вивчення спадкової лезни  Клінічні додатки
 Реєстрація хвороби як спадкової формиЛокалізація гена в хромосомеВиделеніе генаОпределеніе дефекту генаОбнаруженіе первинного продукту гена  Медико-генетичне консультірованіеДіфференціальная діагностика на основі аналізу зчеплення геновГенотерапияДиагностика(ДНК-специфическая)Диагностика (Біохімічна). Поліпшення лікування на основі розуміння патогенезу

Систематичне вивчення генома людини фактично почалося з застосування менделевского аналізу спадкових ознак людини (початок XX століття). Генеалогічний метод увійшов тоді в широку практику, і крок за кроком став накопичуватися матеріал по «інвентаризації» дискретних спадкових ознак людини, але цей процес поступово сповільнювався (за 50 років було відкрито не більше 400 менделирующих ознак і 4 групи зчеплення), можливості клініко-генеалогічного методу в чистому вигляді були вичерпані.

Бурхливий прогрес цитогенетики людини, біохімічної генетики і особливо генетики соматичних клітин в 60-х роках в комплексі з генеалогічним підходом поставив вивчення генома людини на нові теоретичні основи і високий методичний рівень. Виявлення нових менделирующих ознак людини стало швидко просуватися, особливо на біохімічні та імунологічні рівні, з'явилися можливості вивчення зчеплення і локалізації генів.

Особливий імпульс вивчення геному людини надали молекулярно-генетичні методи, або технологія генної інженерії (70-ті роки). Процес пізнання геному заглибився до виділення гена в чистому вигляді і його секвенування.

На відміну від класичної, в новій генетиці змінився підхід до аналізу генів. У класичній генетиці послідовність була такою: ідентифікація менделируюших ознаки - локалізація гена в хромосомі (або групі зчеплення) - первинний продукт гена - ген. У сучасній генетиці став можливим і зворотний підхід: виділення гена - секвенування - первинний продукт, в зв'язку з чим був введений новий термін для визначення такого напрямку досліджень: «зворотна генетика» або «генетика навпаки».

Тривають вдосконалення молекулярно-генетичних методів і, що не менш важливо, їх автоматизація. У США і Великобританії були розроблені і впроваджені автоматичні прилади з секвенування геномів. Їх назвали геномотронамі. У них здійснюється до 100 000 полімеразної реакцій на годину. Це означає, що протягом тижня може бути просеквенірован ділянку (або ділянки) довжиною в кілька мільйонів пар нуклеотидів.

Велику роль в розшифровці генома людини відіграють обчислювальна техніка та інформаційні системи. Завдяки їм вирішуються питання накопичення інформації (бази даних) з різних джерел, зберігання її та оперативного використання дослідниками з різних країн.

Характеристика генома людини. Структура геному.Геномом (від слів ген + хромосома) називається сукупність всієї спадкової інформації організму (всіх генів і міжгенних послідовностей нуклеотидів). Розмір геному людини становить 3 мільярди пар основ. Кожна з 23 пар хромосом містить окрему лінійну двунітевой молекулу ДНК. Розмір ДНК в найбільшій хромосомі 1 (хромосоми нумерують за розміром) - 250 мільйонів пар нуклеотидів, а в найменшій - 47 мільйонів.

У кожній клітині людини близько 22-25 тисяч пар генів, але точне їх число поки не відомо. У генах записана інформація про структуру молекул РНК: матричної (кодує білки), рибосомной, транспортної та деяких інших видів так званої некодирующей РНК.

Середній розмір гена в хромосомі становить близько 50 тисяч пар нуклеотидів. Найкоротші гени містять всього два десятка букв-нуклеотидів, наприклад, гени ендорфінів - білків, що викликають відчуття задоволення. Гени інтерферонів - білків, які захищають людину від вірусних інфекцій, мають розмір близько 700 нуклеотидів. Найдовший ген, який кодує один з білків м'язів - міодістрофін, містить 2,5 мільйона букв.

У примітивних організмів, таких як бактерії, гени займають близько 80-90% всієї ДНК. У людини на гени доводиться, мабуть, не більше 5% нуклеотиднихпослідовностей. Іншу ДНК раніше називали надлишкової, але з часом стало ясно, що вона виконує важливі функції, в тому числі містить інформацію про те, як, в якому порядку повинні включатися гени. Близько третини генома припадає на повторювані послідовності різної довжини.

На початку і в кінці гена знаходяться регуляторні послідовності, які визначають, в яких тканинах, на яких етапах розвитку і за яких зовнішніх або внутрішніх (наприклад, гормональних) сигналах буде працювати даний ген.

Регуляторні послідовності знаходяться не тільки поруч з генами, але і в ділянках, що містять так звану реторовірусную ДНК - залишки ретровірусних геномів, які колись прилаштувалися в геном людини і переходять в його складі з покоління в покоління. Ретровіруси належать до широкої групи генетичних елементів, реплицирующихся за допомогою зворотної транскрипції. Деякі ретровіруси не пов'язані з якоюсь хворобою, тоді як інші дуже патогенні, такі як вірус гепатиту В і вірус імунодефіциту людини. Ретровіруси інфікують різноманітні види хребетних, від риб до людини.

Під час реплікації ретровірус копіює свій РНК-геном в ДНК, використовуючи кодується вірусним геномом фермент - зворотну транкріптазу (ревертазу). Вірусна ДНК вбудовується в хазяйські хромосоми за допомогою іншого вірусного ферменту - інтеграли. Якщо вірусний геном вбудовується в хазяйські гени, це блокує роботу гена. Якщо ділянку вбудовування знаходиться поруч з геном, то регуляторні елементи вірусу можуть впливати на роботу клітинних генів. Вбудовування «чужих» регуляторних послідовностей поруч з генами, які відповідають за чергування фаз поділу і росту клітини, призводить до переродження клітини в ракову.

При встановленні генома вірусу в зародкову лінію клітин вірусна ДНК успадковується як менделирующий ознака. Більшість вірусних послідовностей прилаштувалися в геном предків людини десятки мільйонів років тому. За минулий час в них накопичилося безліч мутацій і вони втратили свою патогенність. Частина з них зберегла здатність «стрибати» по геному, переносячи регуляторні елементи. Ендогенні ретровіруси становлять близько 3% ДНК людини.

Гени людини (також як і інших еукаріотичних організмів) мають складну структуру. Після синтезу РНК деякі її ділянки (їх називають вставними послідовностями або интронами) вирізаються, а що залишилися (їх називають екзонами) зшиваються в єдину ланцюг, що містить білок-послідовність, що кодує і сигнали регулювання трансляції. Інтрон-екзон структура генів досить складна.

Екзонів можуть з'єднуватися в різних поєднаннях, завдяки чому один ген може визначати синтез кількох десятків розрізняються своєю амінокислотною послідовністю білків. Відмінності інтрон-екзон структури зрілої мРНК можуть визначати інтенсивність синтезу одного і того ж білка в різних тканинах або на різних етапах онтогенезу.

Більшість генів в кожній клітині «мовчить». Набір активних генів різниться в залежності від типу тканини, періоду розвитку організму, отриманих зовнішніх або внутрішніх сигналів. Можна сказати, що в кожній клітині «звучить» свій акорд генів, визначаючи спектр синтезованих мРНК, кодованих ними білків і, відповідно, властивості клітини.

У кожній клітині (крім еритроцитів, у яких відсутній ядро) працюють гени, що кодують ферменти реплікації і репарації ДНК, транскрипції, компоненти апарату трансляції (рибосомні білки, рРНК, тРНК, аміноацілсінтетази і ін. Ферменти), ферменти синтезу АТФ та інші компоненти, необхідні для ведення «домашнього господарства» клітини. Завідують «домашнім господарством» близько однієї п'ятої всіх генів.

ДНК-рівень. Загальна кількість ДНК в соматичній клітині становить 6,4 х109 пар нуклеотидів, отже, гаплоїдний набір складається з 3,2х109 пар нуклеотидів. Основна кількість ДНК локалізовано в хромосомах (95%). Позахромосомна частина генома людини - ДНК мітохондрій (5%). Зовсім невелика кількість становлять окремі кільцеві молекули ДНК в ядрі і цитоплазмі.

За способами організації нуклеотидів і функцій сегментів ДНК можна виділити наступні фрагменти (рис.29): 1) гени мРНК (структурні гени); 2) гени рРНК; 3) гени тРНК; 4) сателітна ДНК; 5) спейсерная ДНК.

Рис.29. Структурна організація нуклеотиднихпослідовностей (генів) в ДНК

Структурні гени (тисячі різновидів) несуть інформацію про структуру певних поліпептидів. З цих ділянок ДНК транскрибується мРНК, яка направляє синтез білків. Гени рРНК (кілька різновидів) містять інформацію про структуру рибосомальних РНК і обумовлюють їх синтез. Гени тРНК (більше 30 різновидів) несуть інформацію про транспортних РНК. Сателітна ДНК представлена ??великим числом повторюваних груп нуклеотидів в різних ділянках ДНК, які не мають сенсу і не транскрибуються. Значення сателітної ДНК повністю поки не відомо. Спейсерная ДНК розділяє між собою гени, вона не транскрибується. Роль цих ділянок до кінця не з'ясована.

Різні структурні гени мають особливості організації (рис.29 Б). Наприклад, повторювані гени - один і той же ген багаторазово повторюється (багато сотень раз), що не відділяючись один від одного, утворюючи тандеми (наприклад, гени рРНК). Кластери генів - це групи різних структурних генів на певній ділянці хромосоми, об'єднаних спільними функціями.

Наприклад, кластери п'яти різних гістонів повторюються по 10-20 разів. Поодинокі гени серед сателітної ДНК зазвичай мають регуляторний або підсилює дію на структурні гени, наприклад, енхансери.

Позахромосомних і кільцеві молекули ДНК виявляються в цитоплазмі і ядрі. У людини вони вивчені ще недостатньо. У строгому сенсі вони є не складовими елементами генома, а його продуктом. Їх розмір коливається від 150 до 20 000 пар нуклеотидів. Є ці молекули продуктом фрагментації хромосомної ДНК в клітині або утворюються за рахунок інших генетичних процесів (гомологічних рекомбінація, зворотна транскрипція), поки неясно. Досліджені до теперішнього часу у ссавців великі кільцеві молекули ДНК розміром від 150 до 900 000 пар нуклеотидів, локалізовані тільки в ядрах, є ампліфіковані ділянки онкогенов або генів стійкості до отрути і антиметаболітів. З цими молекулами імовірно пов'язують стійкість клітин до ліків і здатність клітин до необмеженого росту. Їх походження пояснюють делеціями відповідних областей хромосом.

хромосомна ДНК підрозділяється на дві групи ділянок: з унікальною послідовністю пар нуклеотидів і з повторюваними послідовностями. Із загальної маси ДНК в клітині приблизно 50% ДНК з унікальними послідовностями і 50% - з повторюваними.

Частина ДНК, що кодує білки становить всього 3-5%. Що робить «спочиває» частина генома, невідомо. Однак важко припустити, що вона не має функцій.

поліморфізм. Будь-які зміни в структурі ДНК (в хромосомах або мітохондріях) ведуть до генетичного поліморфізму. Ці зміни можуть бути якісними, якщо вони обумовлені заміною або втратою нуклеотидів, або кількісними, якщо в певному локусі варіює число нуклеотидних повторів різної протяжності. І ті й інші варіанти генетичного поліморфізму зустрічаються як в смислових (внутріекзонних), так і в несмислового (внегенних або інтронних) послідовності молекули ДНК.

Головною формою генетичного поліморфізму є однонуклеотидний поліморфізм (ОНП). Під цим терміном розуміють варіанти послідовностей ДНК у різних людей із залученням однієї пари нуклеотидів (рис.30).

 індивід  послідовність
 AG-A-GTT-C-TGC-T-CGAG-G-GTT-A-TGC-G-G
 CGTT-C-GG-G-ATC-СCGTT-A-GG-A-ATC-T
 TCTT-T-GA-C-ACTCTCTT-A-GA-G-ACTC

Рис.30. Приклади нуклеотидного поліморфізму у двох індивідів

На даному малюнку представлені три фрагмента послідовностей від двох індивідів. У прямокутниках виділені однонуклеотидні відмінності в геномних послідовностях. ОНП - найбільш загальний джерело варіацій між людьми. Ці варіації зустрічаються протягом всієї ДНК (в екзонах, інтрони, міжгенних проміжках, повторах) і відображають минулі мутації.

Секвенуванням геномів або їх частин різних людей встановлено, що однонуклеотидні відмінності виявляються протягом 1000-2000 нуклеотидной довжини. Це означає, що на всю довжину генома (3,2 млрд пар нуклеотидів) має бути 1,6-3,2 млн ОНП. ДО 2001 р ідентифіковано і картіровано 1,42 млн ОНП. Розрахунки показують, що дві людини на 99,9% ідентичні по нуклеотидним послідовностям, тобто тільки 0,1% відмінностей по одному нуклеотиду створює такі величезні індивідуальні фенотипічні варіації, які легко бачити в будь-якій групі індивідів.

Припускають, що відмінності за однією підставою між певними відрізками геномів лежать не тільки в основі генних хвороб (міссенс-мутації), але і в основі чутливості до збудників або захисту від них, в основі пристосувальних реакцій і спадкового нахилу до мультифакторіальних хвороб. До початку 2001 р ідентифіковано 60 000 ОНП в генах (їх називають кодують ОНП). Це означає, що в генних послідовностей один кодує ОНП зустрічається в межах 1080 пар нуклеотидів. Хоча інформація про ОНП ще не повна (основні відомості отримані в останні 2 роки), вже відомо, що 93% генів містять ОНП. Головне використання карти ОНП - з'ясування вкладу індивідуальних генів в хвороби комплексної (багатофакторної) і полігенною природи. Порівняння частот певних типів ОНП у пацієнтів і в контрольних групах дозволяє ідентифікувати ОНП, з якими асоціюється захворювання. Незважаючи на великі перспективи, які відкриваються для пояснення захворювань людини з розумінням природи і розмаху ОНП, необхідно пам'ятати про небезпеку геномоманіі. Гени і геноми діють не у вакуумі. Середовище не менш важлива для біології людини, ніж гени. Карти ОНП при правильному використанні дозволяють краще зрозуміти роль природи (генотипу) і середовища в широкому розумінні в розвитку людини в цілому і патології зокрема.

генетичні карти. Складовою частиною відомостей про геном людини поряд з нуклеотидної послідовністю є генетичні карти хромосом, тобто схеми, що описують порядок розташування генів і інших генетичних елементів на хромосомі із зазначенням відстані між ними. Генетична відстань вимірюється по частоті рекомбінації між гомологічними хромосомами і виражається в сантіморганідах (сМ). Одна сМ відповідає частоті рекомбінації, яка дорівнює 1%. Довжина всього генома людини дорівнює приблизно 3000-3500 сМ.

 Вивчення груп зчеплення і складання карт хромосом спочатку ґрунтувалися на аналізі «розщеплення» фенотипів у потомстві формально-генетичними методами. Застосування молекулярно-генетичних методів значно прискорило картування генів, а секвенування генома дозволяє скласти повні генетичні карти для всіх хромосом. На рис.31 представлена ??в якості прикладу карта хромосоми 3 по генам, патологічні мутації в яких ведуть до спадкових хвороб. Такі карти називають патологічною анатомією генома людини. Слід зазначити, що це далеко не повна карта, вона постійно уточнюється.

Рис.31. Патологічна анатомія хромосоми 3

 
 


Знання генетичних карт необхідно в різних розділах медичної генетики: для діагностики хвороб методом зчеплення; оцінки патологічних ефектів хромосомних транслокацій; вирішення питань еволюційної та популяційної генетики.

Гени, що кодують поліпептиди, РНК. Гени, що кодують білки, як правило, містять кодують області (екзонів), перериваються одним або більше нітроном. Однак деякі гени (наприклад, гістонові або кодують інтерферони) не мають вставних послідовностей. Число таких послідовностей сильно варіює від гена до гену, а кількість ДНК, що припадає на частку інтронів, у багато разів перевищує кількість ДНК кодують областей - у деяких організмів в десятки разів. Як правило, нуклеотидні послідовності аналогічних екзонів, що відносяться до паралогічное генам в даному геномі або до ортологічним генам в геномі різних видів, більш консервативні, ніж нуклеотидні послідовності відповідних интронов. Положення интронов, як правило, фіксована, а по довжині і складом вони варіюють.

Всі відомі гени, що кодують білки, транскрибируются РНК-полімераза II і тому часто мають подібні промотори і сигнали поліаденілювання. Але багато такі гени пов'язані з більш специфічними регуляторними послідовностями, які опосередковують дію гормональних, середовищних або онтогенетичних факторів.

На відміну від генів, що кодують РНК, поліпептидні гени представлені в геномі в однині, проте при цьому геном часто містить сегменти, гомологічні даному специфічного гену. Таким чином, однокопійний ген може входити до складу сімейства близькоспоріднених послідовностей (наприклад, в сімейство генів гормону росту). Члени такого сімейства можуть кодувати незначно розрізняються білки (наприклад, ізозімов). Однак вони можуть мати різні регуляторні сигнали, відповідальні за експресію генів в різних тканинах або на різних стадіях розвитку (як у випадку генів гормону росту або плацентарного лактогену). Так само членами сімейства можуть бути і псевдогени. Домовилися, що два неалельних гена вважаються ідентичними, якщо вони кодують фактично однакові білки і знаходяться під загальним контролем.

Мультігенних сімейства. Сімейства генів зазвичай кодують білки, багато представлені в клітці. У своїй більшості гени активні. За критерієм відповідності послідовностей специфічного зонду виявляються багато генів кодують синтез інтерферону, актину, тубуліна ... Усередині сімейства генів деякі його члени можуть повторюватися частіше, ніж інші. Наприклад: існує 8 генів для а-типу інтерферону людини, і тільки один ?-типу.

Багато генів можуть бути об'єднані в кластери або розсіяні по геному. Загальний план будови глобінових генів консервативний. Гени-інтерферони мають схожу структуру, для якої характерна відсутність інтронів. Гени актину мають переривчасту структуру. У цих генів ділянки, що кодують білок, мають високий ступінь гомології. Таким чином, якщо активні гени походять від загального гена-предка, розташування екзонів і інтронів зазнало істотних змін. Функціонуючі гени можуть мати переривчастий і безперервне будова і зміни в розташуванні интронов не обов'язково впливають на активність генів. Гени, що кодують однакові або близькі білки, необов'язково повинні бути організовані у вигляді тандему, але можуть бути розсіяні по геному у вигляді окремих індивідуальних генів або малих кластерів. Повторення послідовностей призводить до збільшення кількості ДНК, що кодує певну функцію. Можливо існування декількох активних генів, що кодують або один і той же білок, або несподівані його варіанти.

Коли копії генів об'єднані в кластери, відстань між ними може бути значним, що може збільшувати загальну кількість ДНК, відповідальна за здійснення даної функції: основна частина функції кодується кількома генами, а не унікальним геном; значна кількість ДНК не несе кодує функції.

Однокопійние гени можуть також належати великого сімейства віддалено споріднених послідовностей. Незважаючи на структурну подібність, гени такого надсемейства кодують абсолютно різні білки (як, наприклад, вже згадані гени пролактину і гормону росту). Розподіл окремих генів по надсімейств не завжди вдається провести цілком чітко. Часто схожість нуклеотиднихпослідовностей членів варіює від 95% і більше до 50% і менше. У жорстких умовах відпалу дуплекси утворюють тільки сегменти ДНК з гомологією не менше 80%, тому неблізкородственние сімейства можна порівнювати, лише знаючи їх нуклеотидну послідовність. Більш того, схожість між двома білками чи не знаходиться в простої залежності від процентного подібності між відповідними генами. Внаслідок вирожденність генетичного коду значні зміни в третій позиції кодонів мало впливають на тип кодируемой амінокислоти, а такі ж зміни в першій або в другій позиціях призводять до суттєвих змін в структурі білка.

Крім генів, що належать мультігенних родин або надсімейств, є і унікальні гени (наприклад, ген тиреоглобуліну людини і ген актину дріжджів). Кожному мультігенних сімейства генів, що кодують білки, властиві особливі властивості, характерні для даного виду.

Актинові гени: мул'тігенное консервативне сімейство. Актин бере участь в самих різних типах клітинного руху, зокрема він забезпечує клітинну рухливість і м'язові скорочення. Відповідно еукаріоти мають кілька різних типів актину і кодують їх генів. Одні з цих генів організовані в кластери, інші дисперговані. В ході еволюції актінових генів в них убудовувалися нові інтрони. Кожне таке подія призводило б до зміщення сусідніх послідовностей і до зрушення рамки зчитування. Можна припустити протилежне: більшість актінових генів містили інтрони у всіх тих положеннях, де вони знаходяться і в сучасних генах, але при еволюції різних таксонів втрачалися різні інтрони.

Актинові гени в основному розсіяні по хромосомах. У миші, наприклад, гени а-актину скелетних м'язів і серцевого м'яза локалізовані в хромосомах 3 і 17 відповідно, а гени цитоплазматического ?-актину ~ в хромосомі 5.

У більшості вивчених організмів число Актинові генів, мабуть, перевищує число відомих актінових білків. Хоча не виключено, що якісь із цих «екстра» - послідовностей кодують не виявлення поки форми актину, більшість з них, ймовірно, є псевдогенами, в тому числі процессірованной. У людини щонайменше дві з двадцяти актіноподобних послідовностей є процессірованной псевдогени ?-актину; вони не містять інтронів і несуть в кодують областях різні мутації.

Тубулінових гени: мультігенное сімейство, яке включає гени двох різних субодиниць гетеродімерного білка. Мікротрубочки беруть участь у багатьох процесах, що протікають у всіх клітині: мейозе, митозе, клітинному русі і секреції. Тому не дивно, що структура тубуліна-білка, з якого складаються мікротрубочки, так само як і нуклеотидних послідовність гена, що кодує тубулін, однакові у всіх еукаріот. кДНК, синтезовані на тубулінових мРНК курки, гибрідизуючою з тубулінових генами таких віддалених організмів, як дріжджі і ссавці.

Тубулін - це гетеродімер, що складається з двох поліпептидів: а і ?. а- і ?-субодиниці містять 450-451 і 445 амінокислотних залишку відповідно і гомологични приблизно на 40%. Гени обох субодиниць відносяться до одного мультігенних суперсімейство, хоча досить сильно розрізняються і не гибрідизуючою. Як правило, сімейства тубулінових генів у кожного виду еукаріот кодують різні ізотипи а- і ?-субодиниць. Амінокислотні послідовності різних а- або ?-субодиниць, що кодуються цими генами, зазвичай відрізняються лише незначно (менше ніж на 10%), і відмінності стосуються в основному карбоксильних кінців молекул. Мабуть, варіації в структурі тубулінів пов'язані з тим, що трохи розрізняються ті мікротрубочки, які вони утворюють. Останні в свою чергу специфічні щодо клітинних процесів, типів клітин і стадій розвитку. Таким чином, різні а- і ?-ізотипи можуть відповідати різним типам микротрубочек, що виконують певні функції, хоча така спеціалізація і не абсолютна. Подальші зміни в структурі тубуліна відбуваються вже після транскрипції і теж сприяють функціональної спеціалізації микротрубочек. Про таку спеціалізації свідчить висока консервативність специфічних ізотипів у хребетних. Наприклад, у різних хребетних переважаючий в нервової тканини ?-тубулін має на карбоксильних кінці абсолютно однакові послідовності.

Суперсімейства генів і їх продукти. Суперсімейство глобінових генів. Гемоглобіни хребетних - це гетеротетрамери, що містять по два а- і ?-поліпептиду. У геномі всіх хребетних міститься безліч генів і псевдогенов а- і ?-цепей- членів суперсімейства, яке включає кодують послідовності генів глобинов безхребетних, міоглобіну хребетних і леггемоглобін рослин. Всі ці білки містять гем і зворотно зв'язуються з киснем. Глобінових мРНК і відповідні гени були серед перших об'єктів, які досліджувалися методами рекомбінантних ДНК. На частку гемоглобіну припадає понад 90% всіх розчинних білків еритроцитів, а на частку глобінової мРНК - велика частина мРНК ретикулоцитів і ядерних еритроцитів. Ні в яких інших клітинах глобінових гени в помітному кількості не транскрибуються. Можливість отримання відносно чистої глобінової мРНК, наявність величезного числа вже відомих мутацій в генах глобина людини, а також великі дані про властивості глобінових білків послужили стимулом до молекулярних досліджень цих генів. Вдалося отримати перші дані про інтрони в клітинних генах і про властивості промоторів для РНК-полімерази II. Була встановлена ??нуклеотидная послідовність різних алелей глобінових генів у людини та інших видів, що послужило основою для створення численних теорій еволюції глобинов.

Як правило, у ссавців є безліч глобінових генів і псевдогенов. У людини ?-глобінових гени об'єднані в кластер довжиною 65 т. П. Н., Розташований в хромосомі II, а а-глобінових гени - в кластер довжиною 25 т. П.М. в хромосомі 16. Кластер ?-глобінових генів містить п'ять генів, а ?-глобінових кластер - три. Обидва кластера включають також по кілька псевдогенов.

У людини та інших ссавців різні глобінових гени експресуються на різних стадіях розвитку організму. У багатьох видів, в тому числі і у людини, розташування генів в а- і ?-кластерах відповідає тому порядку, в якому вони експресуються під час розвитку організму.

Інтерферонову гени. У відповідь на різноманітні зовнішні впливи клітини багатьох хребетних секретують поліпептиди, звані интерферонами. Наприклад, в результаті вірусної інфекції та потрапляння в клітку двухцепочечной РНК в лейкоцитах індукується синтез інтерферонів групи ?, а в фібробластах-інтерферонів групи ? (IFN-а, I IFN-?, 1 IFN-?).

Кожна група містить різні структурні родинні білки. Зовсім інший білок, унікальний lFM-y, синтезується в лімфоцитах при реплікації ДНК, індукованої митогенами. Всі ці інтерферони в свою чергу викликають різні клітинні ответи- пригнічення вірусної інфекції, імунні реакції, протипухлинну активність.

Потенційна значимість інтерферонів як терапевтичних засобів для лікування вірусних інфекцій і ракових захворювань стимулювала їх дослідження.

Серед клонованих сегментів ДНК людини, містять lFN-a-гени, деякі несли більше одного IFN-a-гена. Ці дані, а також виявлення методом гібридизації in situ єдиного IFN-a-локусу в геномі людини говорять про те, що гени, що кодують інтерферони групи, утворюють одиничний кластер. Генетичний аналіз показує, що найближчими сусідами генів IPN-a на хромосомі 9 є гени IPN-fi. Єдиний ген IFN-y розташований на іншій хромосомі. Сусідні гени подібні за своєю структурою.

Псевдогени. Їх називають так тому, що вони містять нуклеотидні послідовності, подібні до послідовностями функціонально активних генів, але не можуть експресувати з утворенням фунціональном - активного білка. Деякі псевдогени мають в цілому таку ж структуру, як і функціонально-активні гени, зі звичайним розташуванням послідовностей відповідних екзонів і інтронів.

Вони становяться неактивними в результаті мутації, що порушують одну або всі стадії експресії гена. Ці зміни можуть проявлятися у вигляді ініціювання транскрипції, перешкоджати здійсненню сплайсингу на кордонах екзон-інтрон або приводити до передчасного терминированию трансляції. Зазвичай псевдоген несе кілька тимчасових мутацій, тому що ген одного разу переставши бути активним став об'єктом для подальшого накопичення мутацій. Такі псевдогени виявлені в багатьох системах генів, включаючи гени глобинов, іммуноглобінов, антигенів гістосумісності і т.д. Наприклад: псевдоген кролика зі звичайною організацією екзонів і інтронів за будовою близький до функціонально активному гену, але в кодоні 20 псевдогена є делеція однієї пари нуклеотидних підстав, що викликає зсув рамки зчитування, через якого трансляція терминирующего незабаром після її початку. В результаті точкових мутацій виявилися зміненими кілька розташованих правіше кодонів, що кодують амінокислоти, які є в усіх Глобине, але один з 2-х интронов псевдогена Незбереженість прикордонні послідовності, які відповідають правилу. Тому інтрони не можуть бути видалені при сплайсинге навіть якби ген і транскібіровался.

Загальний висновок, виходячи зі структури таких псевдогенов - це незалежний характер еволюції кожного з них в процесі еволюції кластера глобина генів кожного виду організмів. Таким чином, виникнення нових генів, за якими слід їх закріплення в геномі як функціональних копій, їх зміна приводить до утворення нових функціонально-активних генів, або інактивація з утворенням псевдогенов - процеси відбуваються в кластері постійно. Псевдогени, які мають схожість з РНК-транскриптом, називаються Процесування псевдогенами.

Псевдогени являються членами здебільшого сімейства генів. Зазвичай псевдогени складають дуже невелику частину від загального числа генів. Але є винятки: рибосомні білок миші кодується одним активним геном, мають близько 15 подібних до нього процессірованной псевдогенов.

Псевдогени- це тупик еволюції, просто небажаний побічний ефект перебудов функціонально активних генів. Механізми, відповідальні за дуплікації, делеції і перебудови генів, впливають на всі послідовності, які стосуються членам кластеру, незалежно від того, є вони функціонально - активними чи ні.

Область, що включає псевдогени - це повтор послідовностей, навколишнього початок активного гена (від -73 до +101 П.М.). Дивна особливість кластера в цілому полягає в тому, що він, таким чином, повинен містити однакову кількість генів і псевдогенов.

Наприклад, промотор транскрипції псевдогена 5S РНК цілком розташований усередині гена. Цей псевдоген преобрел відмінності від гена в результаті всього лише дев'яти точкових мутацій. Таким чином, до складу псевдогена входить ділянка, що містить злегка змінений внутрішній промотор гена. Необхідно розобраться є ці зміни достатніми для того, що б псевдоген втратив здатність до транскрипції з утворенням РНК - продукту in vivo.

У клітці могли проходити РНК залежні транспозиції, що призводять до утворення псевдогенов. Деякі псевдогени - виявляють такі зовнішні і внутрішні ознаки які свідчать про можливість їх походження з послідовності РНК.

Початок псевдогена відповідає точці еквівалентної 5'-кінця РНК, і саме це свідчить про походження його ДНК з РНК. Кілька псевдогенов складається з зчленованих послідовностей екзонів, що доводить посередництво РНК при утворенні псевдогена. Псевдоген може закінчуватися короткою областю з А-Т пар основ. Від обох його сторін є короткі прямі повтори.

Якщо псевдоген стався з послідовності м-РНК його гомология в 5'-кінці не може поширюватися на послідовності розташовані вище сайту ініціації.

Транспозони. Потенційна можливість для зміни прокариотических і еукаріотичних геномів забезпечується здатністю певних послідовностей переміщатися з одного сайту в інший - ці послідовності отримали назву транспозони.

Транспозиція не базується на якомусь родинному зв'язку між послідовностями в донорних і реципієнтних сайтах, і це відрізняє його від інших механізмів, що беруть участь в перебудовах ДНК. Кожен транспозон несе гени, необхідні для його власної транспозиції, хоча для цього необхідні і функції генома, в яких знаходяться транспозони. Транспозони можуть створювати в клітинних системах часткові області гомології, оскільки їх копії в різних місцях (різні хромосоми) забезпечують можливість реципрокною рекомбінації. Такі обміни можуть призводити до делеции, Інсерція, інверсія або транслокаціях.

Транспозіціонние механізми беруть участь в цілому ряді подій, від з'єднання негомологічних послідовностей ДНК до забезпечення специфічних рекомбінаційних процесів. Будь-яке транспозіціонное подія може забезпечити селективні переваги. Наприклад: генетичні перебудови обумовлює переважну виживаність генома, що несе активний транспозон.

Транспозірующіеся елементи були відкриті при виявленні вставок (инсерций) нового матеріалу в межах бактеріальних оперонов.

Транспозиція пов'язана з утворенням додаткової копії транспозона в реципієнтную сайті. Більшість транспозони мають кілька сайтів впровадження.

Транспозон - автономна одиниця, яка кодує білки, необхідні для транспозиції. Реакція включає впізнавання решт транспозірующегося елемента. Найкоротші транспозони кодують тільки білки, учавствующие в транспозиції. Більші транспозони несуть додаткові генетичні маркери. Транспозони мають регуляторні сигнали, які належать до їх власним генам, ці сигнали іноді можуть впливати на події в оперон. У деяких транспозони поблизу їх кордонів містяться промотори, в яких ініціюється транскрипція фланкирующего матеріалу: активуються при цьому гени, суміжні з елементом. Транспозони мають інвентірованного кінцеві повтори. Впровадження транспозони викликає утворення в сайті-мішені прямих повторів фланкирующей ДНК.

Інсерційні послідовності - Це найпростіші транспозони. Перша група виділених транспозони отримала назву Інсерційні послідовності. IS-елемент являє собою найпростіший клас транспозони, їх генетичні функції пов'язані тільки зі здатністю до транспозиції незважаючи на те, що кожен IS-елемент має притаманну тільки йому послідовність. Форма організації у них спільна. Кожен елемент має короткими інвертованими кінцевими повторами. Зазвичай їх протяжність коливається від 15 до 25 нуклеотидних пар. При транспозиції IS-елемент послідовність ДНК господаря в сайті впровадження дупліціруется. У ДНК IS-елементи завжди фланковані дуже короткими прямими повторами. Сайт-мішень містить послідовність тільки одного з цих повторів. Для більшості транспозони послідовність прямого повтору в кожному окремому подію транспозиції відрізняється, але довжина її постійна (часто дорівнює 5-9 пар основ). Транспозон характеризується певною структурою, його кінці є інвертовані кінцеві повтори, а примикають кінці фланкують ДНК господаря є короткими прямими повторами. Транспозиція завжди пов'язана з впровадженням НЕ пермутірованной лінійної послідовності. В результаті всі копії даного транспозона мають однакові інвертовані термінальні повтори в місцях з'єднання з хазяйської ДНК. Важливість кінцевих структур підтверджується термінальній локалізацією мутацій, які запобігають транспозицию елемента. Ці мутації діють в цис-положенні, отже, кінці впізнаються білками, відповідальними за транспозицию.

Деякі транспозони несуть маркери лікарської стійкості. Такі транспозони позначаються Тп з добовлением відповідного номера. Один клас більших транспозони представлений складними елементами, состоящемі з центральної області, що несе маркер лікарської стійкості і фланкують з кожного боку споріднених послідовностей (плечей) їх називають довгими кінцевими повторами LTR.

Інвертовані модулі ТП5 служать дивним прикладом, того, як невеликі мутаційні зміни викликають важливі функціональні ефекти. Модуль 185Ж-функціональний; 185ОЬ-нефункціональний щодо транспозиції.

IS-подібні елементи, так само як і IS-елементи отримують номер того транспозона в якому були виявлені. Оскільки плечі являють собою частину складного траспозона і в той же час нагадують IS або IS-подібні модулі. У деяких випадках модулі складних транспозони ідентичні.

Bce модулі мають кінцеві інвертовані повтори, тому складний транспозон також закінчується короткими інвертовані повторами. Якщо модулі складних транспозони ідентичні, будь-який з них може забезпечувати переміщення. Якщо модулі різні, транспозиція буде залежати від одного з них. Складні транспозони утворюються шляхом об'єднання двох спочатку незалежних модулів з центральною областю. Наприклад, в разі коли IS-елементи транспозіруются в реципієнтную сайт вони знаходяться поблизу донорного сайту. Будучи початково ідентичними, ці модулі можуть зберігати свою ідентичність або дивергентность.

ТП10 незвичайний елемент, що має специфічну послідовність в сайті-мішені. Для цього гена характерно цис-дію білка. Але білок ефективно функціонує тільки на тій ДНК-матриці, з якої він був транскрибувати і трансльований. Це загальна властивість білків беруть участь в IS-опосередкованої транспозиції.

Процес транспозиції включає дуплікацію транспозона, при цьому одна копія зберігається в початковому сайті, а другий виявляється в новому. Отже, транспозиція супроводжується збільшенням кількості копій транспозона. Транспозиція включає дві реакції: реплікація транспозона без реплікації прилеглих хромосомних послідовностей; розрив послідовності ДНК-мішені, що приводить до утворення сайту, в який впроваджується транспозон. Відстань між розрізами в 2-х ланцюгах визначає довжину прямих повторів.

Існують два основних типи транспозиції поряд з простою міжмолекулярної транспозицией: одна веде до впровадження додаткової копії в новий сайт, а інша - сприяє новим типам перебудов в ДНК.

Перебудови в хазяйської ДНК можуть виникати в тих випадках, коли 2 копія транспозона впроваджується в інший сайт поблизу вихідного. Рекомбінація між будь-якою парою прямих повторів буде приводити до делетірованію матеріалу між ними. Делегування послідовності, що прилягає до транспозони, може відбуватися в результаті 2-х ступеневого процесу - спочатку в результаті транспозиції виник прямий повтор послідовності транспозона, потім між повторами відбувається рекомбінація.

У списку подій, що відбуваються з транспозони важливе місце займає процес його виключення. Втрату транспозона можна визначити по відновленню функції в сайті впровадження. Однією з найважливіших реакцій, опосередкованих транспозонами, є злиття репліконов з утворенням коінтегрірованной структури. Реплікон містить транспозон, може зливатися з репліконом що не несе елемента, тобто транспозиція може вести до злиття донорного і реципієнтного репліконов з утворенням коінтегранта. Донорная молекула розрізається в кожному кінці транспозона за допомогою сайтспеціфічного ферменту, який дізнається його кінець. Молекула мішені розрізається в сайтах, розташованих ступінчасто, на відстані 5 або 9 підстав один від одного.

Розсіяні і тандемні повтори. Міні- і Микросателлитная ДНК.Ділянки з повторюваними послідовностями розрізняються по довжині кожного повтору і кількості повторів (їх називають тандемними). Якщо повтори складаються з 2-8 пар нуклеотидів, то їх називають мікросателіти. Інша група повторів варіює від 10 до 100 000 пар нуклеотидів, іноді і більше. Ці повтори називають міні-сателітами.

Що стосується числа повторів, то розрізняють помірно повторювані послідовності (до 1000 повторів в одному локусі) і високоповторяющіеся (понад 1000 повторів). Повтори можуть бути локалізовані в одному локусі або в багатьох локусах однієї або різних хромосом. Одна і та ж послідовність може повторюватися в різних локусах різне число раз. Такі повтори називають гіперваріабельний тандемними.

Міні- і мікросателітних тандемні повтори розкидані по всьому геному і є унікальною для кожної людини комбінацію за кількістю тандемних повторів в різних локусах і по числу таких локусів. Виявлення їх характеризує генетичний поліморфізм кожної людини, оцінка якого використовується в медико-генетичних та судово-медичних цілях (см.3.1).

Наявність повторів створює величезний потенціал для генетичної мінливості. Виникає «мобільність» генома призводить до стрибків в молекулярної еволюції ДНК, а можливо, і в еволюції видів.

ДНК в клітинах не в ізольованому стані. Вона утворює комплекс з гістонові і негістонових білками. Цей надмолекулярних комплекс називається хроматином і являє собою генетичний апарат еукаріот.

Тільки в хроматині сперми замість гістонів присутні білки протаміни. Вони з'являються на стадії сперматід.

гістони - Основні (по кислотно-лужним властивостям) білки, які беруть участь у формуванні нуклеосомної структури хроматину. Кожен з п'яти видів цих білків (Н1, Н2А, Н2В, Н3 і Н4) кодується відповідним геном.

Ось характерні риси організації цих генів:

а) всі п'ять гістонових генів згруповані в єдиний кластер довжиною приблизно 6900 н. п .;

б) такі кластери повторюються в геномі багаторазово: у людини - приблизно 35 разів (в гаплоїдному наборі хромосом), а у морського їжака - 300- 1000 разів. Це прискорює швидкість синтезу в S-фазі клітинного циклу. У хромосомі кластери йдуть тандемно один за одним.

в) в різних кластерах однотипні гістонові гени, мабуть, не завжди повністю ідентичні. Тому і самі гистони (Н1, Н2А, Н2В) - це групи дуже схожих, але все ж різних білків. Їх гени не містять інтрони.

Внеядерная спадковість. Більшість генетичної інформації зосереджено в ядрі, де відбуваються описані вище процеси. Однак відома так звана внеядерная спадковість. В першу чергу вона пов'язана з наявністю ДНК в мітохондріях, а також в пластидах рослин.

Мітохондрії - органели, які беруть участь у клітинному диханні - володіють власною ДНК. Власну ДНК мають і хлоропласти - субклітинні частки, в яких відбувається фотосинтез. Така ДНК за розмірами виявляється набагато менше ядерної (10 - 100 • 103 н.п. в порівнянні з 106 н.п.). Самі органели володіють власною системою транскрипції і трансляції хоча і не синтезують всіх необхідних для себе білків. Їм доводиться отримувати з цитоплазми ряд ферментів (або їх субодиниць), чиї гени розташовуються в клітинному ядрі. Подібна кооперація органел з ядром поширюється навіть на систему регуляції деяких генів: регуляторний елемент експресії мітохондріального гена може, наприклад, виявитися в ядрі.

Гени, які містяться в ДНК органел, називають плазмагенов. Кількість ДНК цитоплазми невелика, порівняно з ДНК ядер. У різних видів клітин вона становить від 0,5 до 20% від ядерної ДНК. Наприклад, у людини мітохондріальна ДНК становить менше 5%. Незважаючи на невеликий вміст мітохондріальної ДНК в клітинах тварин, мітохондріальний геном визначає цілий ряд дуже важливих ознак, без яких неможлива трансформація енергії клітиною. Цитоплазматические гени, як і ядерні, здатні до реплікації і мутацій. Молекули ДНК пластид і мітохондрій зазвичай замкнуті в кільце. Особливістю цитоплазматических генів є поліцістронной організація. Інтронів мало, в межах десятка, а у інших генів вони зовсім відсутні. Це говорить про подібність організації плазмагенов і генів прокаріотів. Плазмагени в сумі з генами ядра складають цілісний геном клітини. Гени цитоплазми у організмів, що розмножуються статевим способом, успадковуються по материнській лінії, так як в зиготі переважно знаходяться мітохондрії жіночої статевої клітини. З чоловічими статевими клітинами в зиготу, і то не завжди, потрапляє лише незначна частина цитоплазми. Крім органел цитоплазми, спадкові структури прокаріотичних клітин можуть бути представлені у вигляді плазмід.

Мітохондріальний геном. Мітохондріальна ДНК була відкрита в 1963 році. Мітохондрії стали симбионтами еукаріотів понад 1,5-2 мільярдів років тому і передали більшу частину своїх генів клітинного ядра. Вони є «енергетичними субстанціями» клітин, оскільки беруть участь в перетворенні енергії, і напівавтономними органеллами, т. К. Здатні частково синтезувати свої білки, регулювати метаболізм і ділитися. Геноми мітохондрій різних тварин виявляють значну варіабельність по набору генів, порядку їх розташування та експресії. Переважна більшість описаних мітохондріальних ДНК (mtДНК) представляють собою кільцеві суперспіралізірованние дволанцюжкові молекули, локалізовані всередині мітохондріального матриксу. Різні клітини людини містять від декількох десятків до тисяч мітохондрій. Кожна мітохондрія може мати кілька копій mtДНК.

Висока концентрація активних форм кисню в мітохондріях і слабка система репарації призводять до збільшення на порядок частоти мутацій mtДНК в порівнянні з ядерної (nДНК). Радикали кисню є причиною специфічних замін цитозину на тимін і гуаніну на тимін, тому mtДНК займає особливе місце серед високополіморфних інформативних генетичних систем. Така цікава особливість, а також відсутність кросинговеру дозволяє проводити «генетичну археологію», тобто дослідження генетичної різноманітності людської популяції за допомогою аналізу варіацій mtДНК, і встановлювати кореляційний залежність між еволюційними групами і певними мітохондріальними захворюваннями, викликаними мутаціями mtДНК. Строго материнський характер успадкування і відсутність рекомбінації mt ДНК людини забезпечує еволюцію мітохондріального геному шляхом послідовного накопичення мутацій.

Мітохондрії містять кільцеву двухцепочечную ДНК, яку позначили 25-ю хромосомою людини (рис.32). У кожній соматичній клітині в середньому міститься близько 1000 мітохондрій. Сумарно ДНК мітохондрій становить 5% загальної кількості ДНК в організмі. ДНК мітохондрій реплицируется (транскрибується) напівавтономних від ядерної ДНК.

Геном мітохондрій людини був повністю секвенирован ще в 1981 р Він містить 16 569 пар нуклеотидів і кодує 2 Хвороби (12S і 16S), 22 транспортні РНК і 13 поліпептидів. Поліпептиди є субодиницями ферментних комплексів окисного фосфорилювання. Інші 66 субодиниць дихального ланцюга кодуються в ядрі.

Мітохондріальний геном як ціле відрізняється від ядерного геному декількома ознаками.

мтДНК успадковується по материнській типу. Частка батьківській мтДНК в зиготі становить від 0 до 4 мітохондрій, а материнських - 2500. До того ж не виключається, що після запліднення реплікація батьківських мітохондрій взагалі блокується.

Комбинативная мінливість мтДНК (мейоз) відсутній. Нуклеотидная послідовність змінюється в поколіннях тільки за рахунок мутацій.

Мітохондріальний геном неперервний, тобто не містить інтронів. У ньому є всього лише кілька міжгенних пар нуклеотидів або їх взагалі немає. Відомо тільки одне виключення - близько 1000 пар нуклеотидів - інтрон в області промоторів (Д-петля). У мтДНК немає захисних гістонів і системи репарації ДНК. Така організація визначає приблизно в 10 разів більшу швидкість мутації в порівнянні з ядерної ДНК.

Більшість генів мтДНК чергуються з одним геном транспортної РНК або більше, які служать розділяють сигналами для подальшого про- цессінга первинних транскриптів.

Всередині однієї клітини можуть функціонувати мітохондрії з різними типами мтДНК. Цей стан називають гетероплазмії. Присутність в клітинах мітохондрій з одним типом мтДНК називається гомоплазміей.

У мтДНК транскрибируются або транслюються обидві ланцюга. Код мтДНК злегка відрізняється від універсального (UGA кодує триптофан, AUA кодує метіонін, AGA і AGG є стоп-кодонами).

Мутації генів мтДНК лежать в основі мітохондріальних хвороб, що відрізняються від моногенних хвороб не тільки особливостями передачі з покоління в покоління по материнській лінії, а й своєрідними загальними рисами клінічної картини. Патологічні мутації мтДНК відкриті в кожному типі мітохондріальних генів.

Рис.32. Структура мітохондріального геному і приклади мітохондріальних хвороб: ADPD - Хвороба Альцгеймера / хвороба Паркінсона; DEAF - нейросенсорна втрата слуху; LHON -Спадкові нейроофтальмопатія Лебера; LDYT- LHON і дистонія MELAS (мітохондріальна міопатія, енцефалопатія, молочнокислий ацидоз і напади судом); MERRF - міоклональная епілепсія в поєднанні з незвично червоними м'язовими волокнами; NARP - нейропатія, атаксія і пігментний ретиніт; РЕМ - летальна прогресуюча енцефаломіопатія.

Як встановлено, мітохондріальний геном успадковується по материнській лінії. Тому mtДНК є дуже зручним об'єктом для вивчення родинних зв'язків по материнській лінії, еволюції людини, міграції населення, а також для ідентифікації людей. mtДНК має два гіперваріабельних регіону подібним STR - локусам, званих HVR-1 і HVR-2. При аналізі mtДНК в лабораторії визначають структуру одного з гіперваріабельних регіонів - HVR-1 з можливих родичів і потім порівнюють її з загальноприйнятим стандартом - Кембриджської Стандартної Послідовністю. На підставі цього порівняння можна зробити достовірний висновок: чи є тестовані особи родичами, членами однієї етнічної популяції, представниками однієї національності або однієї материнської генеалогічної групи (тобто бабуся, її брати і сестри, мати, її брати і сестри; дитина, його брати і сестри).

Останні 10 років інтенсивного розвитку геноміки і особливо геноміки людини забезпечили новий етап в розвитку медицини і її перехід на молекулярний рівень. Геноміка людини є основою молекулярної медицини. Різке збільшення геномної інформації стало стартовою точкою для переосмислення процесів розвитку людини і його хвороб. Розвиток патологічних процесів простежується на молекулярному рівні від первинного продукту гена до результату захворювання.

Повні дані по нуклеотидної послідовності генома прискорюють генетичний аналіз людини. У зв'язку з цим змінюється фокус напрямків в біомедичних дослідженнях.

У попередні роки основна увага у вивченні спадковості людини було зосереджено на структурній геноміки (секвенування генома). Тепер фокус досліджень спрямований на функціональну геноміку (міжгенних мережі, протеоміка).

З середини 80-х років XX століття виявлення генів (їх ідентифікація аж до нуклеотидної послідовності) здійснювалося головним чином через картування генів (метод позиційного клонування). Відомості по геному людини дозволяють виявляти гени на рівні нуклеотиднихпослідовностей швидше і точніше.

До останнього часу акцент у вивченні спадкової патології був на моногенних хворобах і на аналізі одного гена. Тепер він зсувається в бік мультифакторіальних хвороб, аналізу множинних генів і моніторингу схильності.

Вивчення дії гена (первинних продуктів) завжди вважалося «вищим пілотажем» у генетиці, але тепер дослідження повинні більше концентруватися на механізмах регуляції дії гена.

З точки зору загальної патології досягнення геноміки змінюють напрямок від вивчення етіології спадкових хвороб (специфічні мутації) до їх патогенезу (механізми формування патологічного фенотипу).

Під час обговорення значимості секвенування генома людини нерідко лунають необгрунтовані обіцянки. У науці не раз бувало так (наприклад, в онкології), що цілком об'єктивно прогнозовані результати розробок не збуваються, тому що проблема (явище, хвороба) виявлялася складніше, і пряма екстраполяція прогресу не виправдовувалася. Знання генома людини, безсумнівно, призведе до прогресу в багатьох (якщо не в усіх) розділах  медицини, але малоймовірно, що це єдиний напрямок, в якому буде розвиватися медицина.

Виходячи з уже реалізованих в практичній охороні здоров'я досягнень генетики, можна прогнозувати наступні перспективи використання результатів геномних досліджень:

· Широке застосування генодиагностики спадкових хвороб, в тому числі пренатальної;

· Технічна доступність преимплантационной діагностики в основних медико-генетичних центрах;

· Генетичне тестування на хвороби з спадковою схильністю і вживання профілактичних заходів;

· Нові підходи і методи лікування, в тому числі генна терапія окремих захворювань;

· Створення нових типів ліків на основі геномної інформації (фармакогеноміка).

Накопичення генетичної інформації в широкому плані буде перевірятися медициною і використовуватися охороною здоров'я для різних контингентів населення. Новонароджених дітей обстежуватимуть на наявність хвороби, вагітних - на наявність патології плоду. Вже є передумови для виявлення дітей з високим ризиком раннього атеросклерозу з метою раннього початку лікування, щоб попередити зміни в судинах в дорослому стані. Подружжя можуть отримати відомості про їх генетичну статус щодо спадкової хвороби у дитини до планування народження дітей. Населення середнього і старшого віку може бути обстежено на предмет ризику багатьох хвороб, які можуть бути попереджені (або полегшені) шляхом дієтичного або лікарського підходу. Перевірка індивідуальної чутливості до ліків молекулярно-генетичними методами повинна стати стандартною процедурою перед лікуванням.





Реплікація теломерна відділів ДНК. | Молекулярна організація генів. | РНК і її роль в збереженні і реалізації спадкової інформації. | Лікарські засоби, що впливають на синтез нуклеїнових кислот і білків. | Експресія генів і її регуляція | Регуляція експресії генів. | Контроль на рівні трансляції та посттрансляційних процесів. | Організація геномів неклітинних і клітинних організмів | ДНК-геноми | геном бактерій |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати