Viskas Genetikos Egzui

Genetikos egzaminas 2016 1. Autosominis dominantinis paveldėjimas Autosominis dominantinis paveldėjimas: (KRITERIJAI) ● kiekvienoje kartoje yra sergančių (vertikalus perdavimas) ● serga abiejų lyčių atstovai ● jei vienas iš tėvų serga, tai rizika vaikui sirgti nepriklausomai nuo lyties yra 50 proc. (rizika neturi atminties, rizika ta pati kiekvieno nėštumo metu) ● galimas tėvo perdavimas sūnui ● geno produktas dažniausia yra nefermentinis baltymas PVZ: ● achondroplazija (ja sergant yra būdingas žemas ūgis, suaugusio vyro ūgis yra 1.30-1.40 m, sutrumpėjusios rankos ir kojos, padidėjusi galvos padėtis - makrocefalija, atsikišusi kakta, specifinė trumpų pirštų padėtis, intelektas – normalus), ● Aperto sindromas (kaukolės deformacija dėl ankstyvo kaukolės sukaulėjimo, todėl yra pastebimos keistos jos formos, suaugę visi tiek plaštakų, tiek pėdų pirštai, kai kuriems pacientas būna ir intelektinė negalia) ● Marfano sindromas – autosominė dominantinė liga (ilgi pirštai, ilgas nykštys, padidėjęs lankstumas, lęšiuko panirimas), liga turi keletą sunkumo laipsnių, pasireiškiančių skirtingiems individams. (YPATUMAI): ● spontaninė mutacija (de novo) – giminėje prieš tai nebuvo sergančių autosominio dominantinio paveldėjimo liga. Ji įvyko vieno iš tėvų lytinėje ląstelėje prieš joms susijungiant. Mutacijos priežastys dažniausiai nenustatomos. Padidėjusi rizika tik vyresnio amžiaus tėvams (jei moteris vyresnė nei 35m. didėja chromosominių mutacijų rizika), o šiuo atveju viskas priklauso nuo tėvo amžiaus (rizika padidėja jei tėvas vyresnis nei 42m.). Rizika, kad kitas vaikas dėl mutacijos sirgs genetine liga yra labai nedidelė, nes mažai tikėtina, kad ta pati mutacija įvyks yra artima 0, o sergančiojo vaikams, rizika vaikui – 50 proc. nepriklausomai nuo jo lyties. ● Homozigotų atsiradimo tikimybė – dažniausiai sergantys yra heterozigotiniai, tačiau gali pasitaikyti ir homozigotinių dominantinių (tikimybė 25 proc., žmonių populiacijoje tai pasitaiko jei yra asortatyvios santuokuos, t. y. partneris pasirenkamas dėl tam tikro genotipo ar fenotipo, pvz: du aklieji, abu sergantys achondroplazija), jei pvz abu tėvai serga ta pačia autosominio dominantinio paveldėjimo liga ir yra heterozigotiniai. 25 proc., kad gims visiškai sveikas vaikas. Individai turintys homozigotinį genotipą priklausomai nuo ligos kartais sergama sunkesne jos forma nei heterozigotiniai sergantieji. ● Biologinė tėvystė – tikrasis biologinis tėvas serga ta pačia liga kaip ir vaikas. ● Fenokopija – variantas kada individas išoriškai panašus į sergantį monogeninę liga asmenį, tačiau jo genotipas normalus. Tai atsitinka dėl žalingų aplinkos veiksnių iki gimimo. Pvz.: Kutislaksija – kai dukra atrodo vyresnė nei jos motina, liga susijusi su jungiamojo audinio pažeidimas, pvz.: jei iki gimimo veikė penicilaminas (sutrikdo normalią

1

●

●

● ● ●

●

● ● ● ● ●

jungiamojo audinio bei odos raidą), tai vaikas bus panašus į sergantį kutislaksija. Asmens palikuoniams rizikos nėra, o sibsų rizika priklauso ar motiną veikia tuokie patys veiksniai kito nėštumo metu. Penetrancija – tikimybė, kad „dominantinės mutacijos“ nešiotojui bus ligos požymiai. Gali būti visiška ir dalinė, dažniausiai nurodoma procentais. Jai būdingas „vienos kartos peršokimas“, nuo lyties priklausanti penetrancija (BRCA1 arba krūties vėžys, tai pvz. kai nuo lyties priklauso turimos mutacijos pasireiškimas, toks genas yra autosomoje, o ne lytinėje chromosomoje), nuo amžiaus priklausoma penetrancija (Hantington`o chorėja – klasikinis pavyzdys, tai yrea progresuojantis, neurodegeneracinis susirgimas, atsiranda nevalingi raumenų trukčiojimai, besivystanti silpnaprotystė, žmosu turi mutaciją, tačiau ligos požymiai pradeda ryškėti tik apie 45m.). Pvz.: prenetrancija 75 proc. ( tai reiškia 25 proc. žmonių turintys ligą lemiantį genotipą neturi požymio ir ta liga neserga, o 75 proc. - serga). Kai kurie turi mutaciją, tačiau ji nepasireiškia, jei yra dalinė penetrancija, tačiau jis vistiek perduoda pakitusį geną ir tada jo palikuonys sirgs. Jei penetrancija yra visiška – sergamumas 100 proc. ekspresija – nurodo paciento simptomų įvairovę (ligos sunkumą). Visiška ir dalinė. Visiška – visi būdingi ligai simptomai, o jei dalinė – tai sergantis žmogus gali turėti tik vieną ar du simptomus. Pvz. Vandervudo sindromas – nesuaugęs gomurys ir lūpa, duobutės apatinėje lūpoje, jei dalinė – gali turėti tik duobutes apatinėje lūpoje, jokių kitų sutrikimų nėra. premutacijos nešiotojas - susijusios su tripletų skaičiaus pokyčiais ( tėvas neserga, tik nešioja požymį, o vaikui tripletas išsiplėčia ir jis jau serga). anticipacija – susijusios su tripletų skaičiaus pokyčiais, iš kartos į kartą tam tikras triplėtų skaičius plečiasi ir liga vis sunkėja ir jos pasireiškimas ankstyvėja. pleotropija – vieno geno mutacija gali lemti dviejų ar daugiau nesusijusių defektų (sutrikimų) pasireiškimą. Vieno geno mutacija gali lemti skirtingą fenotipinę išraišką. Pvz.: Marfano sindromas – sergant šia liga būdinga krūtinkaulio deformacija (bendri griaučių sistemos pokyčiai), ilgi, ploni pirštai – rachnodaktilija, lęšiuko panirimas, aortos išsiplėtimas ir jos plyšimo rizika. lokuso heterogeniškumas – genai, esantys daugiau nei viename lokuse, gali lemti kliniškai panašią ligą. Pvz.: kolagenas a-1 (I) ir kolagenas a-2 (I) yra atitinkamai koduojami COL1A1 ir COL1A2 genų (du skirtingi genai esantys skirtingose chromosomose). Mutacija bet kuriame gene lemia osteogenesis imperfecta (lūžta kaulai, pvz.: užkritus knygai – lūžta blauzdikaulis) kodominavimas – kraujo grupių paveldėjimas germinalinis mozaikiškumas – tėvai sveiki, o du vaikai serga pvz. Variantas, kai vieno iš tėvų lytinėse liaukose yra klonas ląstelių, turinčių patogeninį geną. Chimera- dvieju ar daugiau kloniniu lasteliu susidarymas is skirtingu zigotu. Susiformuoja genetine chimera. Reciprokinė translokacija – nehomologinių chromosome fragmentų apsikeitimas. Heteromorfizmas – chromosomu strukturos pakitimas, kuris nedaro jokio neigiamo poveikio.

2. Autosominis recesyvus paveldėjimas KRITERIJAI: ● horizontalus perdavimas(sergantys individai vyrauja toje pačioje kartoje),

2

vienodai dažnai serga vyrai ir moterys(paveldėjimo dažnumas nepriklauso nuo individo lyties), ● sergančio vaiko tėvai yra defektyvios chromosomos nešiotojai(jei tėvai susilaukia sergančio vaiko, jie būtinai turi būti nešiotojai, nes šiam paveldėjimui reikalingi du recesyviniai genai – vienas iš tėvo ir kitas iš motinos), ● esant heterozigotų santuokai rizika susilaukti sergančio vaiko nepriklausomai nuo lyties yra 25% kiekvieno nėštumo metu(pagal Peneto gardele, sukryžminus dvi heterozigotas susidaro homozigotinis dominantinis, du heterozigotiniai ir homozigotinis recesyvinis genotipai, kur homozigotinis recesyvinis genotipas lemia ligą, kurio pasireiškimas yra ¼ t.y 25%), ● ligos dažniau pasireiškia esant giminių santuokai(tarp giminių yra panašesnis genotipas, ir jeigu giminėje daug heterozigotų, padidėja tikimybė susitikti būtent joms, dėl ko padidėja autosominio recesyvinio paveldėjimo rizika), ● geno produktas dažniausiai yra fermentas(pagal defektyvų geną, yra sintetinamas neveiklus, defektyvus, ar viena aminorūgštis vietoj kitos, dėl kurio pasireiškia liga), ● sergančių tėvų vaikai 100% bus sergantys(tėvai, kurie serga autosominiu recesyviniu būdu paveldimomis ligomis, turi tik homozigotinį recesyvinį genotipą, kadangi recesyviniai ligai pasireikšti reikalingi du recesyviniai genai, tėvai negali perduoti kitokių genų, kaip recesyvinių) . YPATUMAI: 1)Spontaninė mutacija 2)Pseudodominavimas - esant autosominiam recesyviniam paveldėjimui. Atrodo jog požymis dominuoja, tačiau tik dėl dažnų giminių santuokų. 3) Fenokopija 4) Penetrancija 5) Ekspresija 6) Giminių santuoka 7) Pleotropija 8) Lokuso heterogeniškumas ●

PAVYZDŽIAI: albinizmas (pigmento melanino nebuvimas odoje, plaukuose, rainelėje), palmoplantarinė keratoderma(delnų ir padų oda sustorėjusi ir sukietėjusi).

3. Su X chromosoma susijęs recesyvus paveldėjimas KRITERIJAI: ● Serga vyrai ● kai motina nešiotoja (Aa), tikimybė sūnui sirgti 50%, dukrai būti nešiotoja 50 % ● Sergančio vyro dukteriai tikimybė būti nešiotoja 100% ● Sergančio vyro sūnums rizikos nėra YPATUMAI:

3

· · ·

Homozigotė moteris-serganti Heterozigotė moteris su klinikiniais požymiais – dalinė ekspresija germinalinis mozaikiškumas

PAVYZDŽIAI: ● ektodermos displazija (plaukų, nagų, prakaito liaukų, dantų sutrikimai). X recesyvinio paveldėjimo liga. Nešiotojai gali slinkti plaukai, turėti dantų sutrikimų. ● Diušeno raumenų distrofija – progresuojantis raumeninių ląstelių nykimas, jos pakeičiamos jungiamuoju audiniu. Motina taip pat gali turėti keletą požymių (blauzdos raumenų hipertrofija). Letali liga, neišgydoma. Dažnis 1:4000-5000 berniukų. Dažnis lieka toks pats dėl spontaninės mutacijos ir moterų-nešiotojų (genas keliauja mot.linija). ● Hemofilija A (recesyvi) ● Lešo ir Naiheno sindromas (recesyvi) ● Spinobulbarinė raumenų atrofija (recesyvi) ● Testikulinė feminizacija (recesyvi)

4. Su X chromosoma susijęs dominantinis paveldėjimas KRITERIJAI ● Jei serga motina, tai 50% tikimybė sirgti vaikam ● Sergančio tėvo sūnūs sveiki, dukros serga ● Daugiau sergančių moterų, nes vyrai žūsta embriono stadijoje (Letalus poveikis vyriškos lyties individams) ● Heterozigotėms moterims ligos ekspresija labai įvairi (priklauso nuo X chromosomos inaktyvacijos) ● Homozigotėms (dviguba dozė) moterims ligos ekspresija visiška. Ypatumai: ·

Vertikalus perdavimas

·

sūnus iš tėvo niekada nepaveldi

·

sergančio tėvo visos dukros sirgs

·

sergančios motinos vaikams rizika sirgti 50 %

·

Sergančių moterų dvigubai daugiau nei vyrų

PAVYZDŽIAI: ● ●

4

Rett sindromas (pilkosios smegenų masės formavimosi sutrikimai). Juo serga praktiškai tik moterys, nes vyrai žūsta negimę. Goltz’o sindromas – odos hipoplazija (neišsivystymo ploteliai), galūnių defektai, akių patologija.

5. Ekspresija, penetrancija, spontaninė mutacija, fenokopija, mozaikiškumas, anticipacija, pleotropija, homozigota, lokuso heterogeniškumas, premutacjos nešiotojas, biologinė tėvystė, pseudodominavimas, giminių santuoka Genealoginis medis iliustruoja vienos kartos peršokimą Du veiksniai (penetracija ir ekspresija) gali prislopinti požymio pasireiškimą, todėl net ir turėdamas geną (šiuo atveju vyras antroje kartoje), individas nebus priskirtas prie turinčių požymį.

Penetrancija Geno pasireiškimo tikimybė Gali būt visiška ir dalinė Priklauso nuo lyties arba žmogaus amžiaus: 1. Nuo lyties priklausanti BRCA1 genas didina krūties vėžio riziką, vyrui ši rizika labai maža 2. Priklausanti nuo amžiaus Ligos pasireiškiančios tam tikrame amžiuje (pvz. Hantingtono liga)

· · ·

Ekspresija Ligos sunkumo laipsnis (kartais liga gali būti net nepastebėta)Kiek požymių pasireiškia PAVYZDŽIAI: ● Marfano sindromas – autosominė dominantinė liga (ilgi pirštai, ilgas nykštys, padidėjęs lankstumas, lęšiuko panirimas), liga turi keletą sunkumo laipsnių, pasireiškiančių skirtingiems individams. ● Hantingtono liga ● Miotoninė distrofija ● Kaulų trapumo liga (osteogenesis imperfecta) ● Šeiminė hipercholesterolemija ● Retinoblastoma ● Anksti prasidedantis krūtų ir kiaušidžių vėžys ● Šeiminis storosios žarnos vėžys ● Neurofibromatozė

Fenokopija ● Paveldimos ligos simptomai, atsirandantys dėl egzogeninių reiškinių, o ne genų. ● Fenokopija nėra perduodama palikuonims su genetine medžiaga. PAVYZDYS: Cutis laxa (pagreitėjęs senėjimas) požymiai gali būti sukelti dėl penicilamino vartojimo.

5

Pleotropija Reiškinys, kai vienas genas lemia kelis organizmo požymius.

Mozaikiškumas · · · ·

· · · ·

Individas ar organizmo tam tikras audinys gali būti iš daugiau nei vienos ląstelių tipo ar linijos dėl klaidos mitozės metu bet kokioje raidos stadijoje po apvaisinimo. Tai yra mozaikiškumas. Ląstelių linijos skiriasi genetine konstitucija, bet jos atsiradusios iš vienos zigotos, t.y. jos turi tą pačią genetinę kilmę Mozaikiškumas: somatinis ir gonadinis. Chimerizmas: individas turi dvi ar daugiau skirtingas ląstelių linijas, atsiradusias iš daugiau nei vienos zigotos, t.y. jos turi skirtingą genetinę kilmę (žodis chimera – mitologinė graikų būtybė, kuri turėjo liūto galvą, ožkos kūną ir drakono uodegą). Žmogaus chimeros: disperminės chimeros ir kraujo chimeros Disperminės chimeros: dviguba fertilizacija, kai du genetiškai skirtingi spermatozoidai apvaisina dvi kiaušialąstes ir dvi zigotos susilieja suformuodamos vieną embrioną. Jei dvi zigotos yra skirtingų lyčių, tai iš tokio chimerinio embriono išsivystys individas su tikruoju hermafroditizmu ir XX/XY kariotipu Kraujo chimeros: ląstelių pasikeitimas per placentą tarp neidentiškų dvynių. Pvz., 90% vieno dvynio ląstelių turi XY kariotipą su B kraujo grupės eritrocitais, o kitas dvynys turi 90% ląstelių su XX kariotipu ir A kraujo grupės eritrocitais

Anticipacija Tripletų skaičius didėja iš kartos į kartą, tad naujoje kartoje liga susergama vis anksčiau.

Sporadinė (spontaninė) mutacija ● ● ● ●

Kodėl gali taip atsitikti? Dėl sporadinės mutacijos (arba tėvas ne tas) Galimybė ir kitam turėt šį požymį artima nuliui Sporadinių mutacijų rizika didėja dėl tėvų amžiaus. Motinos amžius nuo 35m., tėvo nuo 42m.

PAVYZDYS: Aperto sindromas (sutraukta kaukolė, pirštų suaugimas), kurio dauguma atvejų yra dėl sporadinių mutacijų Homozigotinis organizmas (AA, aa)– kai vienoje homologinių chromosomų poroje turi tuos pačius alelinius genus.

Nevisiškasis (tarpinis) dominavimas, kai heterozigotiniai organiz­mai Aa skiriasi nuo abiejų homozigotinių, t. y. ne tik nuo aa, bet ir nuo AA. Todėl F2 individų pasiskirstymas pagal fenotipinius požymius atitinka genotipų pasiskirstymą. Pavyzdys - juodų ir baltų vištų kryžminimas. Taigi individų pasiskirstymo pagal fenotipinius požymius santykis yra toks pat kaip ir genotipų -1:2:1.

6

Biologinė tėvystė – individai – motina ir tėvas, iš kurių gametų užsimezgė vaisius. Mutacijos nešiotojas – genotipas: organizmas, kuris paveldėjęs recesyvinį mutacijos alelį, tačiau jokie mutacijos bruožai nepasireiškia. Nešiotojas gali perduoti geną palikuonims, kuriems yra tikimybė pasireikšti mutacijai (jei abu iš tėvų gauti genai bus recesyviniai). Giminių santuoka – santuoka tarp individų, turinčių bendrą giminaitį. Pasireiškia didesnė recesyvinių požymių paveldėjimo tikimybė. Lokuso heterogeniškumas – genai, esantys daugiau nei viename lokuse, gali lemti kliniškai panašią ligą. Pvz.: kolagenas a-1 (I) ir kolagenas a-2 (I) yra atitinkamai koduojami COL1A1 ir COL1A2 genų (du skirtingi genai esantys skirtingose chromosomose). Mutacija bet kuriame gene lemia osteogenesis imperfecta (lūžta kaulai, pvz.: užkritus knygai – lūžta blauzdikaulis) Lokusas – vieta, kurią chromosomoje užima vienas genas.

6. Holandrinis paveldėjimas (su Y chromosoma susijęs) ● ● ● ● ● ● ●

7

Serga vyrai Perduodamas tik iš tėvo sūnui Kai kurios būklės susijusios su vyrų nevaisingumu Y chromosoma neturi daug genų, todėl tokios ligos gana retos DAZ geno mutacijos lemia spermos gamybos pakitimus Dauguma šių ligų sukelia vyrų nevaisingumą Hipertrichozė – padidėjęs ausies kaušelio plaukuotumas. Šis požymis būdingas tik vyrams ir pasireiškia apie 30 gyvenimo metus.

7. Raidos genetika

8. Lyties raidos genetika Aukštesniųjų eukariotų lytį lemia zigotos genetinės savybės – tai vadinama singamija. Pagal tai kaip chromosomos lemia lytį skiriama daug tipų [pvz.: Diploidai (mot) – Haploidai (vyr); XX (mot) – XO (vyr); XX (mot) – XY (vyr) ir pan.], tačiau principas panašus: lyčių paveldėjimo santykis 1:1, viena lytis yra homogametinė, kita – heterogametinė (susidaro 2 tipų gametos).

Žmogaus lyties raidą galima suskirstyti į keletą diferenciacijos ir determinacijos lygių:

8

Genetinis – chromosomų rinkinys. Gonadinis – lytinės liaukos. Anatominis – išoriniai lytiniai organai. Psichologinis – asmeninis požiūris. Socialinis – susijęs su psichologiniu.

1. 2. 3. 4. 5.

Susiliejus gametoms, zigota gauna arba vyrišką 44XY arba moterišką 44XX. Formaliai lytį lemia lytinės chromosomos: esant Y chromosomai individas bus vyriškos lyties (net jei ir turės kelias X chromosomas, pvz.: XXY – klainfelterio sindromo atveju), jai neesant bus moteriškosios lyties, vėl gi, nepriklausomai nuo to kiek X chromosomų turės (vieną X turintys individai yra moteriškosios lyties – Ternerio liga); kita vertus chromosomų balanso pokyčiai lemia nebūdingus normai fenotipo pokyčius. Bazinė žmogaus lytis yra moteriška. Vyriškos lyties formavimasis yra kaip variantas; jos formavimasis ilgesnis ir sudėtingesnis. o

Iki 6 raidos savaitės gemalas turi vienodus lyties organus – yra ambiseksualus. Jo bendrą raidą lemia autosomose esantys SF1, WT1, LHX9 genai. o

Vyr: § 7 raidos savaitę SRY genas (TDF – testis determining factor), esantis Y chromosomoje, lemia nediferencijuotų gonadų vystymąsi į sėklides (taip pat veikia ir kiti genai: SOX9, GATA4, FOG2, ATRX). § Sėklidėse atsiranda sertoli ląstelės, kurios išskiria AMH (antimiulerinį hormoną), skatinantį Miulerio latakų regresiją. Tuo pačiu Leidigo ląstelės ima gaminti testosteroną, reikalingą tolesnei Volfo latakų raidai į sėklinį lataką, sėklidės prielipą, sėklines pūsleles, priešinę liauką. § Iš testosterono gaminama DHT (dihidrotestosteronas), kuris lemia būdingą vyrui išorinių lytinių organų raidą.

Mot: § Kadangi nėra SRY (TDF), vystosi kiaušidės. Volfo latakai sunyksta savaime, nes nėra testosterono. § Kiaušidės ima gaminti estrogenus, reikalingus tolesnei Miulerio latakų raidai ir vystymuisi į moters vidinius lyties organus (gimdą, kiaušintakius, makštį). § Kadangi nėra testosterono, nėra ir DHT (dihidrotestosterono) ir išoriniai lytiniai organai vystosi bazine linkme – formuojasi moteriai būdingi išoriniai lytiniai organai. *Lyties raidą lemia ne tik lytinėse chromosomose, bet ir autosomose esantys genai. Naujagimio lytis nurodoma remiantis išoriniais lyties organais. Apie 10-15 metus pasireiškia lytinių (gonadotropinių) hormonų poveikis, vystosi būdingas fenotipas – antriniai lytiniai požymiai ir individas galutinai priskiriamas prie tam tikros lyties. Sutrikimai vėlesniuose lygmenyse (psichologiniame) neturi rimto anatominio ar biocheminio pagrindo ir yra psichologinės kilmės.

Sutrikus molekuliniams mechanizmams gali pasireikšti lyties raidos sutrikimai – interseksualinės būklės: 1. Moteriškasis pseudohermafroditizmas (kiaušidės – išoriniai įv.)

9

2. Vyriškasis pseudohermafroditizmas (sėklidės; išoriniai – įv.) 3. Tikrasis hermafroditizmas (ir kiaušidės ir sėklidės) 4. Mišrioji gonadų disgenezė (yra kiaušidė ir strija) 5. Tikroji gonadų disgenezė (yra tik strija)

Raidos anomalijos Įgimtas raidos defektas - morfologinis defektas Deformacija – anomali kūno dalies forma ar pozicija Disrupcija – morfologinis defektas Sekvencija – ydų yda Sindromas – dauginių raidos defektų kompleksas, turintis bendrą patogenezę ir apibūdina tam tikrą organizmo patologinę būklę Displazija – sutrikusi ląstelių organizacija ar funkcija organo ar audinio lygmenyje Anomalijų tipai 1. Įgimtas raidos defektas (2 – 3% naujagimių) · Nevisiška (nepilna) morfogenezė: ● Raidos stoka [inkstų agenezė] ● nepilnas suaugimas [gomurio nesuaugimas] ● hipoplazija ● nepilnas atsiskyrimas [sindaktilija] ● nepilna septacija ● nevisiška migracija ● nepilna rotacija [nepasisukęs žarnynas] ● persistencija ankstyvų struktūrų [žemai ausų kaušeliai] ● nepilnas ankstyvų struktūrų sunykimas [choanų atrezija] · Perteklinė morfogenezė (polidaktilija) · Aberantinė morfogenezė (skydliaukė tarpuplautyje) 2. Deformacija (1 – 2% naujagimių): mechaninės, funkcinės priežastys, įgimtas raidos defektas 3. Disrupcija (1 – 2% naujagimių): kraujagysliniai, mechaniniai veiksniai, anoksija, teratogenai Raidos defektų klasifikacija 1.Izoliuotas raidos defektas (daugiaveiksnė etiologija): lūpos nesuaugimas, širdies yda 2.Dauginiai raidos defektai: du ar daugiau defektų skirtingose sistemose (monogeniniai, chromosominiai, teratogeniniai sindromai) 3.Sekvencijos 4.Asociacijos: tam tikri raidos defektai kartu būna dažniau (VATER asociacija: slankstelių anomalijos, išeinamosios angos atrezija, tracheoezofaginė fistulė, radius defektas; VACTERL asociacija: papilodomai širdies, inkstų, galūnių defektai; MURCS asociacija: Miulerio latakų aplazija, inkstų aplazija, cervikotorakalinių somitų displazija) 5.Kompleksai: raidos lauko anomalijos (Polando sindromas, Goldenharo sindromas)

10

Biologiniai sindromų tipai 1. Dismetaboliniai sindromai 2. Audinių pažeidimai – displazijos 3. Dauginiai raidos defektai 4. Deformaciniai sindromai

Mikroanomalijų reikšmė 1.90% naujagimių, kuriems yra trys ar daugiau mikroanomalijų, yra vidaus organų defektų tikimybė 2.Mikroanomalijos randamos dauginių raidos defektų sindromų atvejais 3.42% idiopatinio protinio atsilikimo atvejais randamos trys ir daugiau anomalijų, iš kurių 80% yra mikroanomalijos Mikroanomalijos Mažos įgimtos anomalijos, informatyvūs morfogenetiniai variantai, fenogenezės defektai 15% naujagimių viena mikroanomalija 1% naujagimių trys ar daugiau mikroanomalijų. Pvz.: 1. Kaukolės – veido sritis - Akių plyšio pokyčiai - Trumpas akių plyšys - Epikantas - Nataliniai dantys - Dvigubas liežuvėlis - Atvira metopinė siūlė - Akių heterochromija - Filtro pokyčiai, Ausų kaušelio anomalijos 2.Kitos vietos - Neįprasta bambos vieta - Stora sprando odos raukšlė - Bambos žiedo išvarža - Skersinė lenkiamoji raukšlė delne - Dviguba kardinė atauga 3. Oda - Hipopigmentuotos odos plotai - Odinė sindaktilija - Kiti odos pigmentacijos pokyčiai - Įvairūs apgamai

9. Kodominavimas ir ABO grupių paveldėjimas Kodominavimas yra toks dominavimo atvejis, kai abu aleliniai genai, kurie yra dominantiniai 3-iojo alelinio geno atžvilgiu, atsidūrę individo genotipe kartu, formuoja ne kokį nors tarpinį požymį (kaip tarpinio paveldėjimo atveju), bet abu genai yra veiklūs ir kiekvienas reiškiasi savaip. Ir šio paveldėjimo pavyzdys yra ABO kraujo

11

grupės. Heterozigotinis organizmas (AB kraujo grupė) gamina abu antikūnus - ir anti-A, ir anti-B. A kraujo grupės asmenys gamina tik anti-B an­tikūnus, o B kraujo grupės asmenys - tik anti-A antikūnus. Taigi AB kraujo grupėje išreikšti abu kodominantiniai aleliai. Kai kuriais kodominavimo atvejais iš viso nėra normalaus recesyvinio alelio (nors recesyviniai aleliai gali atsirasti dėl mutacijų. Tada pagal fenotipą galima tiksliai apibūdinti genotipą. Tokio kodo­minavimo pavyzdys yra žmogaus MN kraujo grupės (3.2 lentelė). Taigi šioje sistemoje yra tik du aleliniai genai, kurie homozigotinėje padėtyje nulemia arba M, arba N kraujo grupes, o heterozigotinėje padėtyje veikia kodo-minantiškai ir nulemia MN kraujo grupę. Susituokus dviem asmenims, kurių kraujo grupė yra MN (MN x MN), gali gimti visų trijų kraujo grupių vaikai, o jų fenotipi-nio pasiskirstymo santykis atitiks genotipinį pasiskirstymą: MM : MN : NN = 1/4 : 1/2 : 1/4 = 1 : 2 : 1. Žinoma, tokį santykį gautume, jei šeima būtų daugiavaikė. Polialelizmas. Ligi šiol visi mūsų nagrinėti pavyzdžiai buvo pagrįsti dviejų ale­linių genų raiška. Tam tikro individo konkrečioje homologinių (porinių) chromo­somų genetinėje srityje galimi tik du aleliniai genai. Tačiau analizuojant daugybę individų kartais toje pačioje homologinių chromosomų vietoje alelinių genų (to paties geno struktūrinių atmainų) būna ir daugiau. Pavyzdžiui, ABO sistemos kraujo grupės. Jas lemia trys pagrindiniai aleliniai genai lA, lB ir l°, tačiau konkre­tus individas gali turėti tik du iš jų. Trys aleliniai genai gali sudaryti šešis skirtingus genotipus, kurie lemia atitinkamus fenotipus, t. y. kraujo grupes (3.1 lentelė). Taigi galiausiai yra keturios kraujo grupės, nes aleliniai genai lA ir lByra dominantiniai recesyvinio l° alelinio geno atžvilgiu, o tarpusavyje veikia kodominantiškai. Įsidėmėtina ir tai, kad ABO kraujo grupių sistemoje jau žinoma ir daugiau pagrindinių grupių atmainų, kurias lemia kiti aleliniai genai 3.1 lentelė. Žmogaus ABO sistemos genotipai ir jų sąlygojamos kraujo grupės Genotipas

Kraujo grupė (fenotipas)

|A|A

A

|A|0

A

IBIB

B

IBIO

B

IAIB

AB

I0I0

0

10. Populiacijų genetika. Hardžio ir Vainbergo dėsnis Alelinių genų dažnumo pusiausvyra. Esant pastoviam mutavimo dažniui alelinių genų dažnumas lytiškai besidauginančioje populiacijoje kartų sekoje nekinta, kai populiacijos individai atsitiktinai poruojasi, individų skaičius didelis, populiacijos neveikia migracija bei gamtinė tam tikrų genotipų atranka.

12

Sąlygos Atsitiktinis poravimasis – partneris nesirenkamas atsižvelgiant į genotipą ar fenotipą (sutrikdyti gali asortatyvios ir giminių santuokos) Nėra selekcijos (nėra tam tikrų genotipų atrankos) Nevyksta mutacijos Nėra genų dreifo, nes populiacija labai didelė Nėra populiacijos individų migracijos

Formulė Populiacijoje, tenkinančioje minėtas sąlygas, dviejų genų alelių genotipo pasiskirstymas aprašomas daugianariu:

2

p + 2pq + q2 = 1 P - A alelinio geno dažnumas populiacijoje. Q – a alelinio geno dažnumas populiacijoje. AA genotipo dažnumas yra p2 Aa genotipo dažnumas yra 2pq aa genotipo dažnumas yra q2

Taip pat: p + q = 1 Jei populiacijoje kažkoks genas turi daugiau alelių, tai visų jų dažnumų suma lygi 1: p + q + …+ n = 1 Keičiantis kartoms genotipų ir juos formuojančių alelinių genų dažnumas nekinta.

Praktinis pritaikymas Apskaičiuoti dažnumą alelinio geno, lemiančio kokią nors autosominio recesyvaus paveldėjimo ligą populiacijoje (nešiotojų dažnumo apskaičiavimas) 2. Apskaičiuoti potencialių retų kraujo grupių donorų skaičių. 3. Nustatyti sumažėjusį tam tikrų genotipų išgyvenamumą. 4. Įvertinti tikimybę rasti specifinį audinio antigeno atitikmenį bendroje populiacijoje. 1.

11. Poligeninis paveldėjimas. Daugiaveiksmis paveldėjimas . Poligeniniai požymiai – tokie, kuriuos lemia keli vienodai veikiantys nealeniniai genai. Dauguma kūno požymių yra poligeniniai (pvz.: ūgis, odos ir plaukų spalva).Tokie požymiai tarp individų būna labai

13

įvairūs, o statistiškai aprašomi normaliuoju skirstiniu, pagal kurį vidutiniai požymiai bus dažniausi, o kiti – retesni. Poligeninių požymių pasireiškimui daug įtakos daro ir aplinka. Genai, lemiantys poligeninius požymius taip pat paklūsta Mendelio dėsniams, o tokių genų poveikis fenotipui sumuojasi (adityvus poveikis). Kuo daugiau genų lemia vieną požymį, tuo vieno geno įtaka mažesnė. Medicinos genetikoje toks paveldėjimas vadinamas daugiaveiksniu. Teigiama, jog visų visų požymį veikiančių alelių įtaka yra vienoda, o liga pasireiškia tokiu atveju, kai suminis poveikis peržengia tam tikrą slenkstį. Poligeninių ligų pavyzdžiai: epilepsija, hipertenzija, depresija, intelektiniai sutrikimai. Tokioms ligoms išskirti taikomi homozigotinių dvynių tyrimai. Monogeninėms ligomis visada sirgs abu dvyniai, o poligeninėmis – ne (dėl aplinkos įtakos). Kuo dažniau liga sirgs abu dvyniai, tuo mažiau genų lems ligą bei tuo mažesnė bus aplinkos įtaka ir atvirkščiai.

12. Modifikacinis kintamumas. Teratogenai. Teratogenezės principai Modifikacinis kintamumas Modifikacinis kintamumas – kintamumo forma, susijusi su fenotipo pokyčiu. Modifikacinis kintamumas pasireiškia konkrečiais pokyčiais, vadinamais modifikacijomis. Modifikacijos – tai nepaveldimi fenotipo pokyčiai, kuriuos sukelia aplinkos veiksniai. Reakcijos norma – požymio modifikacinio kintamumo ribos. Skirtingų rūšių organizmų modifikacinio kintamumo atsakas į tą patį aplinkos veiksnį gali įvairuoti. Modifikacijos dažniausiai būna trumpalaikės ir pasireiškia toje kartoje, kuroje veikia jas sukeliantis veiksnys. Žinomos ir ilgalaikės modifikacijos. Skirtingų požymių reakcijos norma yra skirtinga. Variacinė eilė – požymio kintamumo eilė. Variantas – požymio raidos pasireiškimo vienetas. Variacinė kreivė – požymio kintamumo grafinė išraiška, atspindinti variacijos užmojį ir atskirų variantų pasikartojimo dažnį. Normalus pasiskirstymas – pasiskirstymas pagal Gauso kreivę. Teratogenas – tai bet koks egzogeninis veiksnys (cheminis, fizikinis ar biologinis), kuris gali nulemti embriono ar vaisiaus raidos, ar diferenciacijos sutrikimus. (teratogenai: tikrieji, galimi, abejotini)

Teratogenai Tikrieji teratogenai (radiacija, infekcijos, vaistai) Galimi teratogenai (rūkymas, išgertuvės, švinas) Abejotini teratogenai (LSD, marihuana, elektromagnetinės bangos)

Teratogenezės principai:

14

1. Genetinė ir aplinkos tarpusavio sąveika Jautrumas teratogenams priklauso nuo embriono/vaisiaus ir (ar) motinos genotipo ir aplinkos veiksnio bei to genotipo tarpusavio sąveikos. Pvz.: Žiurkių embrionams vystymosi sutrikimai atsiranda tik esant iki kelių šimtų kartų didesnei talidomido ekvivalentinai dozei nei reikėtų žmogaus embriono vystymosi sutrikimams sukelti. T.y. nors teratogenas tas pats, nuo genotipo gali priklausyti kokio jo stiprumo reikia norint sukelti tam tikrus pakitimus. 2. Priklausomybė nuo raidos stadijos Jautrumas teratogeniniams agentams keičiasi priklausomai nuo embriono/vaisiaus raidos stadijos. Kiekviena sistema ar organas turi laikotarpį kai jo raida yra intensyviausia; būtent tuo laikotarpiu teratogeno poveikis bus didžiausias. (žr. toliau). [pvz.: valproinė rūgštis vartojama nėštumo 2-4sav. dažnai sukelia vaisiaus nugaros smegenų išvaržą; 16-18sav. vartojant tą patį vaistą rizika maža] 3. Teratogeniniai agentai veikia besivystančias ląsteles ir audinius specifiniais būdais, sukeldami anomalią embriogenezę (patogenezę). Būdai (mechanizmai): · Molekulinis mechanizmas (DNR ar RNR pokyčiai; anomali molekulės funkcija) Teratogenas gali paveikti tam tikrų molekulių funkcijas, todėl sutrinka organo raida. - Pakitusios molekulių funkcijos gali nulemti raidos defektų atsiradimą (varfarinas inhibuoja vit. K epoksireduktazę – tai nulemia vit. K stoką, o ši – kaulų ir kremzlių raidos sutrikimą; kaulinio ir kremzlinio audinio pažeidimas būdingas varfarino embriopatijai) - DNR ir RNR pokyčiai teoriškai gali nulemti įgimtų raidos anomalijų atsiradimą, tačiau dar nėra praktiškai įrodytų tokių teratogenezės mechanizmo pavyzdžių. · Ląstelinis mechanizmas (ląstelių žūtis, ląstelių tarpusavio sąveikos ir indukcijos/diferenciacijos sutrikimai) - Apoptozė – svarbus normalios raidos veiksnys. Padažnėjusi arba sulėtėjusi ląstelių žūtis gali nulemti įvairių raidos defektų atsiradimą. - Indukcijos ir diferenciacijos sutrikimai gali turėti įtakos lyties diferenciacijos sutrikimams. · Fiziologiniai mechanizmai (ląstelių migracijos sutrikimai; susiliejimo visiškas ar dalinis sutrikimai) Ląstelių migracijos sutrikimai yra dažna raidos defektų atsiradimo priežastis [pvz.: nervinės keteros ląstelių migracijos sutrikimas, atsiradęs dėl retinolio r. poveikio, lemia kai kurių širdies struktūrų, veido, ausų kaušelių, užkrūčio liaukos raidos anomalijas; Nervinio vamzdelio defektai, lūpos ir gomurio nesuaugimas, pilvo sienos defektas – tai raidos defektai, atsiradę dėl nepakankamo pirminių struktūrų susiliejimo]. 4. Galutinis anomalios raidos rezultatas gali būti: mirtis, įgimti raidos defektai, augimo atsilikimas, funkciniai sutrikimai, vėlyva kancerogenezė 5. Agento patekimas

15

Ar pasieks nepalankus aplinkos veiksnys besivystantį embriono/vaisiaus audinį, priklauso nuo veikiančio agento pobūdžio: a)Tiesioginis poveikis – agentas patenka tiesiogiai į vaisiaus audinius/ląsteles juos veikia (jonizuojanti spinduliuotė). b)Netiesioginis poveikis – agentas patenka į motinos organizmą ir tik tuomet į vaisių; dalis gali nepasiekti vaisiaus. (vaistai). 6. Dozės ir atsako ryšys Sutrikusios raidos pasireiškimas tiesiogiai priklauso nuo teratogeninio agento dozės: a)Slenkstinė dozė – teratogeninio veiksnio stiprumas, kuris jau sukelia tam tikrą raidos defektą; iki jos poveikio nėra. b)Karnofsky taisyklė: kiekvienas veiksnys gali pasižymėti teratogeninėmis savybėmis, jei duodamas (veikia) tam tikra doze, tam tikrai gyvūnų rūšiai ir tam tikru laiku.

13. Žmogaus embriono įvairių organų ir sistemų formavimosi periodai, kritiniai teratogenų poveikiai

16

1) 0-15 dienos –pirmas 2 savaites nuo pastojimo veikia principas “viskas arba nieko” t.y. atsiradus tam tikroms anomalijoms įvyks savaiminis persileidimas t.y. embriono mirtis. 2) 15-60 dienos – gresia: Mirtis, ĮRA, augimo atsilikimas, protinės raidos sutrikimas 3) 60 – 80 dienos - Mirtis, kraujagyslių disrupcijos defektai dėl hipoksijos, hemoragijų 4) II – III nėštumo trimestrai - Negyvagimis, augimo atsilikimas, protinės raidos sutrikimas

14.Tikrai teratogeniniai veiksniai Pagal T. H. Shepard teratogenai gali būti: 1.Tikrieji teratogenai – neabejotinai sukeliantys tam tikras įgimtas raidos anomalijas. 2.Galimi teratogenai – galimai sukeliantys tam tikras įgimtas raidos anomalijas t.y. ryšys žinomas, tačiau visiškai neįrodytas ir ginčytinas tam tikrais atvejais? 3.Abejotini teratogenai – ryšys tarp ĮRA ir teratogenino veiksnio neįrodytas. Tikrai teratogeniniai veiksniai: · Fizinių veiksnių poveikis nėščiajai - Radiacija (jonizuojanti spinduliuotė). · Infekcinės ligos per nėštumą: o Virusai Raudonukės virusas – mikrocefalija Pūslelinės virusas – mikrocefalija Žmogaus imunodeficito virusas (ŽIV) – Mikrocefalija ir kūdikio mirtis o Bakterijos Sifilio sukėlėjas- smegenų vandeninė o Parazitai Tokoplazmozės sukėlėjas- smegenų vandeninė

·

Vaistai ir cheminės medžiagos motinos vartoti per nėštumą

Alkoholis - širdies ydos, mikrocefalija. Kokainas - placentos plyčiai, įgimtos raidos anomalijos. Tetraciklinas - dantų emalio defektai. Ličio druskos – įgimtos širdies ydos. Motinos metabolizmo sutrikimai Priklausomybė nuo alkoholio, ankstyva chorionbiopsija ir amniocentezė, endeminis kretinizmas, CD, folio r. stoka, hipertermija, FKU, reumatinės ligos, virilizuojantys augliai

17

15. Paveldėjimas ne pagal Mendelio dėsnius: Genomo įspaudas (imprintingas). Vientėvė disomija Genomo įspaudas – reiškinys, kai geno raiška vyksta tik vienoje iš homologinių chromosomų ir priklauso nuo to iš kurio tėvo ta chromosoma gauta. (Tai būdinga nedideliam skaičiui genų, esančių 6,7,11,14 ir 15 chromosomose). Genominis įspaudas atsiranda kada viena iš dviejų identiškų alelių pažymima (įspaudžiama) gametogenezės metu (tampa V vyro organizme arba M - moters) – tokiu būdu palikuonys visad paveldi po V ir M chromosomą. Reiškiasi tik įspaustas genas, tuo tarpu kitas yra blokuojamas. Genomo įspaudo mechanizmai (sutrikdoma geno funkcija ar transkripcija): metilinimas, chromatino struktūros konfigūracija ar replikacijos laiko pakeitimas.

Genomo įspaudo fenomenas nurodo vienodą tėvų įtaką zigotai. Genomo įspaudo mechanizmai (sutrikdoma geno funkcija ar transkripcija): metilinimas, chromatino struktūros konfigūracija ar replikacijos laiko pakeitimas Genomo įspaudas būna moterims X-inaktyvacijos atvejais, somatinių ląstelių autosomose, taip pat gali būti įgytas genomo įspaudas. Genomo įspaudas reikalingas kritinėse ląstelės dalijimosi stadijose, kuomet yra svarbu turėti tik vieną specifinio reguliacinio geno kopiją (pasidalijimas vidinių ląstelės dalių ir trofoblasto). Galbūt inaktyvuojant vieną geną ar genų rinkinį yra sukuriamas mechanizmas, kuris užkerta kelią painiavai ir konkurencijai tarp genų. Pvz., motinos genomas kontroliuoja embriono raidą, o tėvo – placentos raidą. Taip pat gali būti, jog genomo įspaudas yra naudingas trumpalaikei adaptacijai (dvi-dešimt kartų) dėl stresinių situacijų. Genomo įspaudo sindromai: Prader-Willi sindromas (PWS) ir Angelman sindromas (AS) yra fenotipiškai skirtingi sindromai, kurių genai yra tame pačiame lokuse: 15q11-13. Šių sindromų genai esantys vienas šalia kito koduojami atskirai ir skirtingai įspausti Tėvinės 15 chromosomos delecija ar motininė VD lemia PWS Motininė 15 chromosomos delecija ar tėvinė VD lemia AS Vientėvė disomija (VD) atsiranda kada abi tam tikros chromosomų poros yra paveldimos iš vieno tėvo. Visos kitos likusios chromosomų poros paveldėtos lygiai, po vieną chromosomą iš kiekvieno tėvo. VD visos chromosomos ne visuomet turi poveikį fenotipui ir tik vieno ar kelių genų VD lemia klinikinį fenotipą.

16. Trijų nukleotidų pasikartojančios sekos Trijų DNR bazių pasikartojanti seka yra vadinama trinukleotidų ar tripletų pasikartojimu. Tripletų pasikartojimo ligos dažniausiai paveldimos AD. Sveikiems žmonėms tripletų pasikartojimo skaičius mažas ir nėra klinikinio poveikio. Peržengus tam tikrą lygį galima premutacija (tam tikri požymiai), peržengus kritinį lygį pasireiškia patogeninis poveikis, kurio rezultatas yra fenotipinė ligos išraiška.

18

Paveldėjimui yra būdinga anticipacija - tripletų skaičius didėja iš kartos į kartą. Tripletų skaičiaus pasikeitimai iš kartos į kartą – dinaminės mutacijos, kurios gali atsirasti dėl netaisyklingos replikacijos: polimerazė (fermentas) kopijuoja ilgesnį tripleto pasikartojimo skaičių dėl DNR grandinių netaisyklingo poravimosi ar atsilikimo (vėlavimo). § Jei tripleto pasikartojimas yra koduojančiame geno regione, tai transkribuojamas išilgai unikalios sekvencijos ir yra apribotas ekspansijos dydžiu. Pvz., Huntingtono ligos atveju max CAG tripleto pasikartojimas yra 121 § Jei tripleto pasikartojimas yra nekoduojančiame geno regione, tai išsiplėsti gali iki 2000 pasikartojimų ir galima didelė tripletų pasikartojimų variacija vienoje kartoje. Išsiplėtę pasikartojimai arba neturi poveikio transkripcijai, arba sutrikdo geno funkcijas jį metilinant.

17.Mitochondrinis paveldėjimas ·

Mitochondrija – energijos gamintoja lą stelė je, sudaryta iš dviejų žiedinių grandinių (L ir H) ir reprodukuojasi pasidalindama į dvi .Kadangi spermatozoidas apvaisinimo metu neperduoda mitochondrijų, jos ir jose esanti DNR yra paveldima tik iš motinos. Mitochondrijos tripleto kodas šiek tiek skiriasi nuo branduolio tripleto kodo. Daug baltymų naudojamų mitochondrijoje yra koduojami 


·

·

mtDNR mutacijos lemia sunkias nervų sistemos ligas, aklumą, kurtumą, siejamos su žmogaus senėjimu ir degeneracinėmis ligomis. CNS: raidos sutrikimas/regresija, generalizuoti traukuliai. Raumenys: silpnumas/nuovargis/hipotonija. Akys: pigmentinė retinopatija, katarakta. Ausys: sensoneuralinis kurtumas. Širdis: kardiomiopatija, laidumo sutrikimai. Kasa: cukrinis diabetas. Inkstai: inkstų tubulinė disfunkcija su generalizuota aminoacidurija ir gliukozurija. Kaulų čiulpai: pancitopenija, sideroblastinė anemija. Mutacijų dažnumas 10-20 kartų didesnis nei branduolio DNR 


·

Mitochondrijos neturi mitozė s verpstė s aparato ir replikuota žiedinė DNR segreguoja atsitiktinai skylant mitochondrijai per pusę . Lą stelė s citoplazmoje esančios mitochondrijos segreguoja atsitiktinai į dukterines lą steles.

·

Kiaušialą stė turi apie 100 000 mitochondrijų , o spermatozoidas – mažiau 100 mitochondrijų .

·

Mitochondrijų energijos produkcijos ligos gali būti paveldimos: o

o ·

19

AR (branduolio kilmės)nes dauguma baltymų naudojamų mitochondrijose yra čia atnešami jau susintetinti (nuo branduolio DNR) Motininis (mitochondrinės kilmės)

Homoplazmija: ląstelė, audinys ar individas turi tik vieno tipo mtDNR, pvz., mitochondrijoje yra mtDNR su A1555G mutacija, kuri lemia kurtumą.

·

Heteroplazmija: ląstelė, audinys ar individas turi daugiau nei vieno tipo mtDNR, pvz., mitochondrijoje yra mtDNR su MELAS 3243 taškine mutacija ir laukinio tipo mtDNR.

18. DNR sandara ir struktūra DNR pirminė struktūra – tai deoksiribonukleotidų, sujungtų 3’→5’ fosfodiesteriniais ryšiais seka (nuoseklus monomerų išsidėstymas polinukleotidinėje grandinėje) DNR molekulę sudaro dvi antiparaleliai išsidėsčiusios polinukleotidinės grandinės DNR antrinė struktūra – dviejų komplementarių polinukleotidinių grandinių išsidėstymas erdvėje, susisukimas į spiralę (A, B, Z DNR formos)

DNR sandara DNR-molekulė yra milžiniškas polimeras, kurio struktūriniai vienetai (monomerai) yra deoksiribonukleotidai (dažniausiai vadinami tiesiog nukleotidais), susijungę į ilgas grandines. Kiekvienas deoksiribonukleotidas sudarytas iš trijų rūšių molekulių (tiksliau jų liekanų): azoto turinčios bazės, monosacharido deoksiribozės (pentozės) ir fosfato (fosforo rūgšties liekanos) Azoto turinčios bazės DNR molekulėse yra keturių rūšių: dvi iš jų - citozinas (C) ir timinas (T) yra pirimidinai, sudarytį iš vieno anglies ir azoto atomų žiedo, o kitos dvi - adeninas (A) ir guaninas (G) yra purinai, sudaryti iš dviejų žiedų. DNR molekulė purino bazių (A+G) visuomet turi tiek pat kiek ir pirimidino bazių (T+C). Tai Čargafo taisyklė. Taigi DNR sudaro keturių rūšių nukleotidai, sujungti kovalentinėrnis fosfodiesterinėmis jungtimis. Šių DNR molekulės nukleotidų seka vadinama pirmine. Ji užrašoma kaip keturių raidžių A, T, G, C derinys. DNR struktūra DNR yra linijinis polimeras, sudarytas iš dviejų lygiagrečių, bet priešingos krypties polinukleotidinų grandinių, susivijusių viena apie kitą ir sudarančių dviviję spiralę. Vijas vienas prie kito laiko vandenilinės jungtys, atsirandančios tarp priešingos krypties purino ir pirimidino bazių, šios bazės yra komplementarios. Žvelgiant išilgai kopėtėlių nukleotidų grandinės bazių seka gali būti bet kokia. Tačiau kiekviename skersinyje turi būti tik šios poros: (T) – (A) arba (C) - (G). Tokios bazių poros yra komplementarios (papildančiosios). DNR molekulės gali būti linijinės ir žiedo formos

20

21

19. Transkripcija ir transliacija

22

DNR nurašymas (transkripcija) – RNR biosintezė, kurios metu kopijuojama DNR nukleotidų seka. Prokariotų nurašymo (transkripcijos) vienetas (vienu metu nurašomas RNR segmentas) yra operonas o eukariotų – genas. Operoną sudaro promotorius (trumpa DNR nukleotidų seka, prie kurios jungiasi RNR polimerazė ir nuo kurios pradedami kopijuoti struktūriniai genai); operatorius (trumpa DNR nukleotidų seka, valdanti struktūrinių genų raišką); struktūriniai genai (vienas ar keli genai, koduojantys to paties apykaitos proceso fermentus ir perrašomi kartu). Eukariotų RNR sintezės metu informacija nurašoma nuo tam tikro struktūrinio geno, kuris dažniausiai vadinamas tiesiog genu. Žinduolių genai yra didesni ir sudėtingesni už prokariotų. Koduojančios jų nukleotidų sekos – egzonai (E) – kaitaliojasi su nekoduojančiomis sekomis – intronais (I). Todėl naujai sintetinama RNR molekulė (pre-RNR) turi informatyvias ir neinformatyvias sritis. Neinformatyvios sritys RNR molekulei nereikalingos. Intronai iš pirminio sekoskaičio pašalinami pre m-RNR brendimo metu. Intronų pašalinimas ir egzonų sujungimas vadinamas splaisingu. Visą RNR biosintezės (transkripcijos) mechanizmą galima suskirstyti į tris etapus: pradėtį (iniciaciją), ilginimą (elongaciją) ir baigmę (terminaciją). Prokariotų ir eukariotų RNR biosintezės (transkripcijos) procesai šiek tiek skiriasi. Eukariotų RNR biosintezės (transkripcijos) mechanizmas yra sudėtingesnis nei bakterijų, nes yra sudėtingesni patys eukariotų genai. Prokariotai turi vieną RNR polimerazę, o eukariotų ląstelės – keletą, ir jos visos atlieka tam tikras funkcijas.

20. Genų ekspresija ir epigenetika Genų ekspresijos principai Prokariotų ir eukariotų genų raiškos reguliavimo pagrindiniai principai: 1. Genų nurašymui būtinas promotorius, kad RNR polimerazė pradėtų iRNR sintezę. Jis turi būti ties 5` galu, nes sintezė vyksta 5`→ 3` 2. Promotorius tam tikrų nukleotidų sekų rinkinys, skirtingi deriniai sustiprina arba susilpnina RNR polimerazės ir promotorių sąveiką, taigi ir genų nurašymo intensyvumą. 3. RNR polimerazės sąveiką su promotoriumi veikia reguliavimo veiksniai. Reguliuojami prokariotų genai, dalyvaujantys operonų veikloje, tarp promotoriaus ir struktūrinio genų turi operatorių, kuriam prisijungus prie represoriaus molekulės geno nurašymas nevyksta, eukariotai turi tik kitų reguliuojančių sekų. Pagrindinės grupės: o Gretimieji reguliuojantys elementai, greta promotorių, jie veikia greta esančio geno nurašymą, padėdami polimerazei sąveikauti su promotorium arba trukdydami. o Tolimieji reguliuojantys elementai nutolę nuo geno per kelis šimtus tūkstančių nukleotidų porų. Jie trukdo (slopintuvai )ar padeda (stiprintuvai) nurašymui arba stabdo gretimųjų reguliacinų elementų poveikį (ribiniai elementai) 4. Genų veiklą galima suaktyvinti (indukcija) arba slopinti ( represija) Prokariotų operono genas: · Aktyvinamas, kai induktorius inaktyvuoja represorių · Slopinamas, kai korepresoriaus molekulė aktyvina represorių. Eukariotų genas: · Aktyvinamas , kai prie DNR reguliuojančių elementų prisijungia aktyvatorius arba pašalinamas represorius. · Slopinamas, kai prie DNR reguliuojančių elementų prisijungia represorius ar pašalinamas aktyvatorius.

23

* Ir gretimieji ir tolimieji reguliuojantys DNR elementai valdo RNR polimerazės bei promotoriaus sąveiką, patys sąveikaudami su įvairių baltymų molekulėmis. * Eukariotų genas nurašomas tik tuo atveju, jeigu ir pats genas, ir jo nurašymą lemiantys veiksniai yra paveikūs ( reaguoja į ) polimerazei, reguliavimo baltymams ir įvairiems nurašymo veiksniams. Nurašymą gali lemti veiksniai, nuo kurių priklauso chromatino struktūra – epigenetinis poveikis.

Epigenetika studijuoja paveldimus genų funkcijos pokyčius nesusijusius su branduolio DNR nukleotidų sekų pokyčiais. Epigenetinis efektas reguliuoja genų veikimą ir yra susijęs su paveldimais, tačiau potencialiai grįžtamais, genų raiškos, bet ne pačios DNR sekos pokyčiais. Pavyzdžiui, kad genas būtų aktyvus, t.y. vyktų geno transkripcija (nuskaitymas), reikia atlaisvinti DNR grandinę nuo histonų oktamerų nukleosomoje. Epigenetiniai pokyčiai gali kontroliuoti histonų ir DNR sąveiką nukleosomoje. Be to, ilgalaikis geno užtildymas ar aktyvacija (individo prisitaikymo prie aplinkos padidinimas) gali būti tariami žymenys tolesnei DNR mutacijai DNR replikacijos ląstelės dalijimosi metu. Tai reiškia, kad epigenetika yra ne pačių genų veikla, o tam tikrų baltymų aktyvatorių ir slopintojų bendras darbas, dėl kurių veiklos su genais gaunami tam tikri individo bruožai – kaip jau minėti – ūgis, svoris, veido forma ar odos spalva.

21. Genų mutacijos Mutacijos - būna tik tada, kai atsiradęs pakitimas paveldimas, perduodamas kitoms organizmų kartoms. H. de Fryso mutacinė teorija: 1. Pakitimai atsiranda staiga, šuoliškai, tėvų genotipas tokių pakitimų neturėjo arba to paties individo dalis kūno ląstelių yra naujai pakitę.

24

2. Mutacijos yra griežtai apriboti pakitimai. Nesusidaro nepertraukiamų kintamumo eilių, kurios būdingos variaciniam kintamumui (modifikacijoms). 3. Mutacijų kryptis įvairi. Jos gali būti naudingos ir žalingos. 4. Naujos formos yra konstantinės. 5. Dėl mutacijos pakitusiame organizme (mutante) mutacijos gali pasikartoti, tarp jų gali būti grįžtamosios mutacijos. 6. Sėkmė aptikti mutaciją priklauso nuo ištirtų individų skaičiaus. De Fryso klaidos: Mutacijos yra tik stambūs pakitimai ir rūšys atsiranda iš karto, šuoliškai. Neteisinga, nes: Rūšis yra sistema, visuma organizmų, kurie tam tikru būdu sąveikauja su kitais organizmais ir aplinka, užima tam tikrą nišą bendroje ekologinėje sistemoje. Dėl vienos mutacijos negali atsirasti nauja rūšis. Dažnesnės yra smulkios mutacijos

Klasifikacija ●

Generatyvinėse ląstelėse vykstančios mutacijos vadinamos generatyvinėmis. ○ Jei pakitusi lytinė ląstelė dalyvauja apvaisinime, mutaciją paveldi palikuonis. ○ Tolesnis mutacijos likimas fenotipe priklausys nuo to, kokio pobūdžio yra mutacija – dominuojanti ar recesyvi, kaip mutantinį geną veikia atranka ir kt. ● Somatinėse ląstelėse vykstančios mutacijos vadinamos somatinėmis. ○ Iš somatinių ląstelių nesivysto lytinės ląstelės, mutacija kitoms kartoms nepersiduoda. ○ Dirbtinai galima somatinę mutaciją paversti generatyvine, regeneruojant visą organizmą iš vienos somatinės ląstelės (GMO). ○ Organizmai, kuriuose įvykusios somatinės mutacijos, fenotipiškai yra mozaikos. ○ Vėžinės ląstelės - somatinės mutacijos. Tiesioginės ir grįžtamosios ● Grįžtamosios mutacijos arba reversijos (revertantas), būdingos mutantams. ● Dažniausiai taip pakinta genai (geninės mutacijos). ● Mutacija į pradinį tipą grįžta retai. ● Mutacijos iš pradinio tipo į mutantą vadinamos tiesioginėmis. ●

Misens mutacijos o Tai geno pakitimai, kai viena nukleotidų pora kodone pakeista kita pora, ir kodonas koduoja kitą aminorūgštį.

●

Nonsense mutacijos o Tokio tipo mutacijos inaktyvuoja geną. o

o o

Baltymo sintezė nutrūksta, nes polipeptidinė grandinė sintetinama tik iki pirmo nonsenso. Pasigamina didesnės arba mažesnės neveiklios polipeptidinės atkarpos. Priklausomai nuo to, koks nonsens-kodonas susidaro, šios mutacijos turi pavadinimus: UAA – ochre; UAG – amber; UGA - opal

●

Rėmelio poslinkio mutacijos o Kodo skaitymas geno ribose pasislenka viena nukleotidų pora.

Branduolinės ir nebranduolinės

25

·

·

Genominės mutacijos – pakitęs chromosomų skaičius o

Poliploidija – chromosomų skaičius kinta ištisais kartotiniais chromosomų rinkiniais. (Poliploidas)

o

Heteroploidija – pakinta (sumažėja – hipoploidija arba padidėja – hiperploidija) pavienių chromosomų skaičius.

Chromosominės mutacijos (persitvarkymai) o

·

Delecijos – iškrinta segmentas iš chromosomos vidurio arba iš kurio nors terminalinio chromosomos galo.

o

Duplikacijos – tas pats chromosomos segmentas kartojasi du ir daugiau kartų.

o

Inversijos – chromosomos segmentas pasisuka 180 laipsnių.

o

Insercijos – toje pačioje chromosomoje segmentas keičia vietą. (inserc elem)

o

Translokacijos – segmentas iš vienos chromosomos įsiterpia į kitą.

Geninės/taškinės

22. Farmakogenetika Tai farmakologijos šaka, kuri nagrinėja su paveldimumu susijusias ligonio organizmo reakcijas, kylančias dėl vaisto poveikio. Tiria, kaip tas pats vaistas veikia įvairius ligonius, kaip su paveldimumu siejasi šalutinis vaisto poveikis. Farmakogenetika nagrinėja genetinius veiksnius, kurie sąlygoja atsaką į vaistą. ● Farmakogenetikos mokslo objektas - genai, lemiantys skirtingą vaistų metabolizmą tarp individų. ● Vaisto veiksmingumo ir toksiškumo balansas yra šio mokslo prioritetas. Farmakogenomika tai mokslas, kuris tiria genetinius veiksnius, lemiančius farmokologinį poveikį. ● Šio mokslo mąstelis - visas genomas. Tokiu būdu identifikuojami visi konkrečiame genome esantys genai, svarbūs tam tikro vaisto veikimui. ● Atsižvelgiama į epigenetiką bei genų sąveiką. ● Siekiama, kad vaistų informaciniuose lapeliuose būtų pateikta informacija ir apie nuo genotipo priklausantį dozavimą bei kitus farmakogenominius veiksnius, turinčius įtakos atsakui į vaistą. Farmakokinetika - vaisto kiekybiniai ir kokybiniai pokyčiai organizme (absorbcijos, pasiskirstymo organizme ar kt. procesų metu.) Farmakodinamika - medikamentų biocheminis ir fiziologinis poveikis taikiniams, t.y., normalių ir patologinių procesų eigos pakitimai, atsirandantys veikiant vaistams, priklauso nuo farmakokinetikos.

26

23.

Genomikos pagrindai

Genomika – biologijos mokslų šaka, tirianti organizmų genomus (organizmo genetinės medžiagos koduojamą informaciją) ir žinių apie ją panaudojimą praktikoje.

Genomas- tai organizmų baltymus koduojanti ir nekoduojanti genetinė informacija, esanti įrašyta ląstelės DNR nukleotidų sekoje. Pagrindinės eukariotų genomų tyrimų kryptys: ● · Nustatyti viso genomo nukleotidų seką ( surašyti visus nukleotidus DNR molekulėje. ● · Ištirti nustatytų sekų funkcinę reikšmę ir ypatybes ● · Išsiaiškinti DNR sekas, kurios formuoja konkrečius genus. ● · Nustatyti genų vietą chromosomoje ir išsiaiškinti konkrečias geno funkcijas ● · Klonuoti genus ir tirti jų veiklos ypatumus ● · Nustatyti DNR sekų, kurios nesudaro konkrečių genų reikšmę genomo veikloje. Eukariotų genomo savybės: ● · Būdingas didelis genų tankio išsibarstymas (1 genas kas 64000-155000 nukleotidų) ● · Intronai - nekoduojančios genų dalys, atskiria koduojančias genų dalis. ● · Kartotinės sekos. DNR sekos, kuriuose kartojasi koks nors motyvas. Žmoguje kartotinės sekos sudaro apie 50% genomo.

27

24.

Elgesio sutrikimų genetika

Normalų genetinį kodą turintys kūdikiai gali būti kenksmingų aplinkos įtakų taip paveikti, kad jų paveldėtos savybės ar gabumai būtų sunaikinti arba likti potencialiai neaktyvūs per daugelį metų ir net visą gyvenimą. Pagrindine hiperaktyvumo priežastimi galime įvardinti minimalią smegenų disfunkciją, tai gali būti įtakota daugybės smegenų struktūrų mikropažeidimų (gimdymo traumos, naujagimių asfikcija ir daugelis panašių priežasčių). Dėmesio trūkumo ir hiperaktyvumo sindromo priežastys vis dar nežinomos, bet daugelis tyrinėtojų mano, kad tai yra neurobiologinis sutrikimas, nepriklausantis nuo namų ar mokyklos aplinko. Biopsichiniai faktoriai Daugelis psichologų ir sociologų pripažįsta, kad elgesį, emocijas, sutrikimus įtakoja biopsichiniai faktoriai. Paveldimumas, genetika turi neabejotiną poveikį vaiko vystymuisi, elgesio sutrikimams, atsirasti. atlikti tyrimai su monozigotiniais ir heterozigotiniais dvyniais įrodė, kad elgesio problemoms atsirasti įtakos turi genetiniai faktoriai. Vaikams, turintiems vienodą genetinę struktūrą, kyla panašių elgesio problemų.

Dauno sindromas – tai genetinė liga, kuriai būdinga 21 chromosomos trisomija. Ši liga sukelia protinį atsilikimą, kuris lydi visą gyvenimą ir yra pati dažniausia intelektinio sutrikimo priežastis. Naujagimiams, sergantiems Dauno sindromu, būdinga: - maža galva; - trumpas kaklas; - didelis, iš burnos išlindęs liežuvis: - sumažėjęs raumenų tonusas; - blogai išsivysčiusios, žemai nusileidusios ausys. Sergančių suaugusių žmonių išvaizdos požymiai: - nedidelis ūgis (iki 140–150 cm); - mažesnė galva;

28

- didelis, iš burnos išlindęs liežuvis; - gausesnis seilėtekis.

25.Tikimybių dėsniai (sudėties, sandaugos)

26. Rizikos skaičiavimas genetiniame konsultavime (autosominis dominantinis paveldėjimas, sumažėjęs penetrantiškumas, nepastovi raiška, autosominis recesyvinis paveldėjimas, Hardy-Weinberg pusiausvyra, subalansuotos reciprokinės translokacijos). Rizikos tikimybė gali būti išreikšta: •Procentais, pvz. 50 %; •Proporcija, pvz. 0,5;

29

•„Galimybe“, pvz. 1 galimybė iš 2; •Šansų santykiu, pvz. 1 su 1 (įvykiu). Autosominis dominantinis paveldėjimas •Šias būkles lemia autosominėse srityse esantys genai ir jos pasireiškia heterozigotose. •AD paveldėjimo ligų rizikos nustatymas yra paprastas, jei aiški šeimos anamnezė, sutrikimui būdingas pilnas penetrantiškumas, pastovus pasireiškimas ir patikimais būdais nustatytas hetrozigotiškumas. •Rizika kiekvienam sergančio asmens vaikui –50 %.

Sumažėjęs penetrantiškumas •Ligos penetrantiškumas sumažėjęs, jei tikrai turinčiam pakitusį geną asmeniui, dar vadinamam privaloma heterozigota, nepasireiškia ligai būdingi fenotipiniai požymiai. Pvz., visai sveikas asmuo turi ta pačia autosominio dominantinio paveldėjimo liga sergantį vaiką ir mamą •Penetracija paprastai reiškiama procentais arba proporcija. Pvz., 80 % arba 0,8. Tai rodo, kad 80 % individų su tam tikrageno mutacija pasireikš vienokia ar kitokia geno raiška. •Jei Preikšmę galima rasti literatūroje, pagal ją gali būti apskaičiuota sumažėjusio penetrantiškumo rizika. Pvz., osteosklerozės P=0,5 ir retinoblastomos P=0,8-0,9. Pavyzdys •I1 serga autosominio dominantinio paveldėjimo liga, kurios penetracija lygi 0,8. •Geno paveldėjimo ir susirgimo rizika II1: ½ x P=0,4. Nepastovi raiška •Būdingas gan ryškus ligos stiprumo nepastovumas ne tik lyginant atskirų šeimų, bet ir tos pačios šeimos sergančius asmenis. •Dažniausiai pasitaikančių ligų rimtų komplikacijų dažnumo reikšmės gali būti naudojamos modifikuojant 50 % riziką, taikomą būsimam vaikui.

Pavyzdys Kokia rizika, kad jei sergančiam klasikine lengva osteogenesis imperfecta(I tipo) formatėvuigims sergantis vaikas, jis bus neįgalus dėl sunkių lūžių? 0,5 x 3 % = 1,5 % rizika, kad vaikas bus neįgalus.

30

Autosominis recesyvinis paveldėjimas •Autosominio recesyvinio paveldėjimo būkles lemia autosominėse srityse esantys genai ir jos pasireiškia homozigotose. •Rizika dviejų heterozigotinių mutacijos “nešiotojų” vaikui sirgti –25 %.

Hardy-Weinberg pusiausvyra Didelėje, atsitiktinai poras sudarančioje populiacijoje, kurioje paveldimi aleliai n ir m (n-normalus, mnenormalus arba mutantinis), trijų genotipų nn, nm(arba mn) ir mm proporcijos išlieka konstanta ir gali būti gautos iš dvinarės ekspresijos (p+q)2, kur p ir q atitinkamai yra normalus ir mutantinis genai, o p+q=1.

•Panaudojama apskaičiuojant autosominio recesyvinio paveldėjimo ligos nešiotojų dažnį, jei žinomas ligos paplitimas.

•Pusiausvyrą sutrikdantys veiksniai: tam tikro genotipo atranka, atsitiktinė fliuktuacija mažoje populiacijoje, migracija, naujos mutacijos. *Tikimybė, kad sunkia AR paveldėjimo liga sergančiojo sveiko sibso vaikas sirgs, skaičiuojama sudauginus nepriklausomas galimybes, kad asmuo ir jo/ jos partneris yra nešiotojai ir tada padauginus iš ¼.

Pavyzdys

31

Sveika sergančiojo cistinurija sesuo (II2) nori žinoti tikimybę, kad jos pirmas vaikas sirgs. Šios moters sveikas sutuoktinis nėra kraujo giminė, jo šeimos anamnezėje nėra cistinurijos atvejų ir kilęs iš tos pačios etninės grupės kaip ir II2, kurioje cistinurijos paplitimas 1 iš 10 000. Heterozigotiškumo tikimybė autosomine recesyvine liga sergančiojo giminaičiams: Tikimybė, kad asmuo didelėje genealogijoje yra autosominės recesyvinės ligos nešiotojas, skaičiuojama ją mažinant per pus kiekviename nuo tėvų tolstančiame giminystės ryšyje.

Reciprokinės translokacijos

27.Genetinė rekombinacija (krosingoveris) ir jos biologinė reikšmė. 32

Genetinė rekombinacija vyksta pirmo mejozinio dalijimosi I profazėje, kai neseserinės homologinių chromosomų chromatidės apsikeičia fragmentais. Jei homologinių chromosomų konjungacija vyksta normaliai, neseserinių chromosomų chromatidės apsikeičia fragmentais, kuriuose yra tokie pat genai, tačiau dalies jų aleliai gali būti skirtingi. Taip susidaro naujų alelinių genų deriniai. Genetinė rekombinacijos evoliucinės pasekmės ● Nenaudingų (žalingų) genų alelių šalinimas iš rūšies ● Naudingų (pranašesnių) genų alelių įsitvirtinimas rūšys ● Rūšies naujų ekologinių nišų užėmimas (adaptacija) ● Naujų rūšių atsiradimas

28. Chromosomų skaičiaus pakitimai, jų įvairovė, pasekmės, pavyzdžiai. ·

·

Chromosomų skaičiaus pakitimai Poliploidija– yra kartotinis viengubųjų chromosomų rinkinių skaičiaus padidėjimas (3n,4n..). Tyrimai rodo, kad du trečdaliai triploidiją turinčių kūdikių yra berniukai ir tik vienas trečdalis šių apsigimimų tenka mergaitėms. Du trečdaliai nėštumų, susijusių su triploidija, nutrūksta dar pirmąjį nėštumo trimestrą. Triploidiją turintys naujagimiai dažniausiai išgyvena nuo kelių valandų iki keleto savaičių. Aneuploidija–pavienių chromosomų skaičiaus pakitimas, dažniausiai atsiranda formuojantis lytinėms ląstelėms. · Trisomija–pavienių chromosomų papildomas įgijimas. Dauno sindromas 47,XX(XY),+21(21-os chromosomos trisomija) - protinė negalia, nevaisingumas

33

· ·

·

47,XX, + 18 –18-os chromosomos trisomija (Edvardso sindromas) Ši liga pasižymi daugybiniais įgimtais psichinės ir fizinės raidos sutrikimais, nulemiančiais ankstyvą individo mirtį. 47,XX, + 13 –13-os chromosomos trisomija (Patau sindromas) Ši liga pasižymi daugybiniais įgimtais psichinės ir fizinės raidos sutrikimais, nulemiančiais ankstyvą individo mirtį. 47,XYY –Y chromosomos disomija (“supervyras”) 47,XXX –X chromosomos trisomija (“supermoteris”) Dvigubos trisomijos (48,XXY, + 21), (48,XXYY). Tetrasomija–vienos chromosomų poros padvigubėjimas Monosomija–pavienių chromosomų netekimas Ternerio sindromas (45, X) – Šia liga sergančios mergaitės pasižymi žemu ūgiu, specifiniais išvaizdos bruožais ir sutrikusia lytine funkcija. Nulisomija–chromosomų poros nebuvimas/netekimas

29.Subalansuoti chromosomų struktūros persitvarkymai, jų pasekmės.

· ·

Subalansuoti persitvarkymai–kai nepakinta genetinės informacijos kiekis. Subalansuoti persitvarkymai: Translokacijos – chromosomų mutacijos, kai įvykus trūkiams pasikeičia segmento vieta toje pačioje chromosomoje, segmentas perkeliamas iš vienos homologinės chromosomos į kitą, arba perkeliamas iš vienos nehomologinės chromosomos į kitą nehomologinę. Pasikeitus atitinkamų chromosomų dydžiui bendras genetinės medžiagos kiekis nepakinta. Tokie persitvarkymai dažnai individo fenotipe nepasireiškia, bet jei trūkio vieta yra veiklaus geno viduje, fenotipas gali kisti. Dėl translokacijos homologinės chromosomos per mejozę negali sudaryti bivalentų, nes vykstant I mejozei susiglausti gali tik tos dalys, kuriuose yra homologinė DNR, o nehomologinė lieka laisva. Tokios homologinės chromosomos gali atsiskirti nevisiškai per pirmąjį dalijimasi ir galiausiai lytinėse ląstelėse susidarys nesubalansuotas chr. Rinkinys. • Reciprokinės translokacijos – reikalingi 2 trūkiai nehomologinėse chromosomose ir jos apsikeičia fragmentais. Dažniausia fenotipo nekeičia, bet kyla problemų nėštumo atveju. • Robertsono translokacijos - chromosomų trūkiams įvykus dviejų akrocentrinių chromosomų pečiuose ar net centromeroje, iš chromosomų ilgųjų pečių, susijungusių per centromeras susidaro nauja chromosoma, o trumpieji prarandami. Nėra raidos defektų Inversijos – chromosominė mutacija, kai kuris nors chromosomos segmentas apsiverčia 180 laipsnių. Turi įvykti būtinai 2 trūkiai kai ir delecijai atsirasti, tik fragmentas ne pametamas, o apsisukęs vėl susijungia su kitomis dviem chromosomos dalimis. Pagal tai, kur įvyksta inversija skirstoma į du tipus: Paracentrinė – petyje Pericentrinė – inversija apima centromerą Trūkiai gali įvykti tarp genų ir geno viduje, taip nutraukdamos jų raišką. Dažniausiai inversijos (atgrąžos) neturi poveikio organizmo funkcijoms, bet gali kilti nesklandumų homologinėms chromosomoms susiglaudžiant mejozės I profazėje. Jei per šią chromosomų pertvarą būtų įtrauktas svarbus genas padariniai būtų skaudūs.

34

30. Nesubalansuoti chromosomų struktūros persitvarkymai ir jų pasekmės. Nesubalansuoti persitvarkymai– kariotipas, kuriame genetinės informacijos kiekis yra pakitęs ( trūksta kokios nors chromosominės dalies arba yra kokios nors chromosomos dalies papildomos kopijos). Nesubalansuoti persitvarkymai: ●

● ● ● ●

Delecijos ( iškritos) – chromosominės dalies praradimas. Dėl jos susidaro dvigubojo kariotipo prarastojo chromosomos fragmento monosomija. Dažniausiai iškritos sudaro 2 proc. viengubojo chromosomų rinkinio ir yra nesuderinamos su gyvybe. Gali delecija įvykti bet kurioje chromosomos vietoje. Skiriami 2 tipai: ■ § Terminalinė – peties gale ( vienas trūkis) ■ § Intersticinė – peties viduryje ( 2 trūkiai) · Duplikacijos – chromosomos mutacija, kai kuris nors chromosomos fragmentas padvigubėja, trigubėja ... · Izochromosomos – chromosomos sudarytos iš identiškų pečių · Žiedinės chromosomos – du trūkiai skirtinguose chromosomos pečiuose – prarandami pečiai ir juose buvę genai. · Markerinės chromosomos ir kt.

31.Žmogaus kariotipo formulė ir jos formulavimo principai.

35

32. Žmogaus chromosomų klasifikacija (kariotipas), jos principai ir taikymas. Chromosoma – genų sankibos grupė. Prokariotų chromosoma: Paprastos sandaros (lyginant su eukariotų) žiedinė DNR molekulė, kuri yra kondensuota ir kompaktiškos sandaros – sudaro nukleoidą. DNR yra neigiamai superspiralizuota ir sudaro kompleksus su baziniais baltymais (H4, H1 ir t.t.) kurie yra pasklidę po visą nukleoidą ir kai kur net susidaro kamuoliukai, primenantys eukariotų histoninę šerdį, tačiau nukleosomos nesusidaro. Be baltymų taip pat yra RNR. Kaip ir eukariotų, jų nukleoidas sudarytas iš kilpų-domenų. Pastarieji skiriasi dydžiu ir padeda erdviškai ir funkciškai išdėstyti genetinę medžiagą. Nukleoidas neturi nei apvalkalėlio, nei matrikso, tačiau kontaktuoja su ląstelės membrana (ypač replikacijos metu) – šis kontaktas leidžia tolygiai paskirstyti genetinę medžiagą tarp dukterinių ląstelių. Eukariotų chromosoma: Eukariotų DNR dėl dydžio (vientisa būtų 1.74m ilgio) yra fragmentuota į chromosomas. Be to, ji yra stipriai kondensuota. Kondensacija kinta cikle ir priklausomai nuo funkcijos. Eukariotų chromosomos gali skirtis skaičiumi, dydžiu ir kitomis morfologinėmis savybėmis. Žmogaus kariotipas yra sudarytas iš 46 chromosomų (44 autosomos ir 2 lytinės: X, Y). Kariotipas- organizmo somatinių ląstelių metafazinių chromosomų visuma Sudėliotų pagal požymius chromosomų rinkinys vadinamas idiograma. Joje chromosomos išdėliojamos pagal dydį, toliau, pagal kitus požymius (centromeros ilgį). Žmogaus idiogramoje skiriamos 7 grupės: A grupė

1-3 pora

Didžiosios metacentrinės

B grupė

4-5 pora

Didžiosios submetacentrinės

C grupė

6-12 pora ir X

Vidutinės submetacentrinės

36

D grupė

13-15 pora

Didžiosios akrocentrinės

E grupė

16-18 pora

Mažosios submetacentrinės

F grupė

19-20 pora

Mažosios metacentrinės

G grupė

21-22 pora ir Y

Mažosios akrocentrinės

*Lytinės chromosomos

X ir Y

gali būti išskirtos atskirai

Kariotipą sudaro, dažniausiai, diploidinis chromosomų rinkinys (2n). Haploidinis rinkinys (n) yra paveldėtas iš kiekvieno tėvo. Todėl yra po 2 homologines chromosomas – atitinkamas chromosomas, kurių viena gauta iš tėvo, kita iš motinos. *kai yra daugiau nei 2n – poliploidija; kai homologinių chromosomų yra ne pora – monosomija ar polisomija (dažniausiai trisomija). Sudvigubėjusios chromosomos chromatidės yra vadinamos seserinėmis chromatidėmis. Dviejų homologinių chromosomų chromatidės vadinamos neseserinėmis. Remiantis ISCN kiekvienos chromosomos ruožėtumas padalina chromosomos pečius į regionus ir ruoželius. •1p35 reiškia 1-os chromosomos trumpojo peties 3 regiono 5 ruoželis. •Mažesnis skaičius reiškia arčiau centromeros. •Didesnis skaičius reiškia arčiau distalios dalies. Analizės pricipai . gyvūnų chromosomoms tirti tinka baltieji kraujo kūneliai leukocitai, kaulų čiulpų ląstelės, vaisiaus ląstelės, odos, kepenų ir kitų audinių ląstelės. 1) Diferenciniai dažymo metodai. Leidžia atpažinti kiekvieną chromosomą; pagrįsti tuo, kad skirtingos struktūros chromosomų segmentai tam tikrais dažais nusidažo nevienodai intensyviai. Išryškėja tam tikras chromosomų ruožotumas, kurio intensyvumas priklauso nuo biomolekulės sudėties ar kompaktizacijos intensyvumo. · G-dažymas (gimza dažais) išryškėja kiekvienai chromosomai specifiški ruožai. · R-dažymas (fluorescenciniai dažais) ruožai atvirkštiniai G metodo. ·

Q-dažymas (kvinakrinu) suformuoja ruožus ir išryškina heterochromatino sritis.

·

C-dažymas (gimza dažai su OH-/H+) išryškina heterochromatinines sritis.

2) Molekuliniai citogenetiniai metodai. Naudojant tam tikrus žymenis ar zondus leidžia atpažint tam tikras chromosomų dalis net ir interfaziniame branduolyje, taip tiksliai nustatant jų anomalijas. Be to yra daug tikslesni nei dažymo metodai (nustatomi pokyčiai dažymu – 5Mb, FISH‘u – 50kb). Plačiai taikomas klinikoje. · FISH (fluorescencinė in situ chromatografija) paremta tam tikrų junginių savybe švytėti ir DNR savybe hibridizuotis. Esmė: Po DNR denatūracijos ji žymima zondu – žinoma ir tiriama DNR atkarpa, prie kurios prijungtas florescuojantis citochromas. Zondas paprastai yra didelis (iki 100000 bp) ir jungiasi vienoje specifinėje genomo vietoje. Po ~16h zondui prisitvirtinus, galima stebėti pokyčius fluorescenciniu mikroskopu. · Centromerų FISH

37

·

Telomerų FISH

·

Chromosomų tapymas – jungiant fluorochromus yra nudažoma visa chromosoma.

·

Spektrinis kariotipavimas (SKY) – visos chromosomos nudažomos skirtingomis spalvomis.

·

M-FISH – segmentinis daugiaspalvis FISH

33. Polimerazės grandininė reakcija. Ciklo etapai. Mišinio sudedamosios dalys. Panaudojimas medicinoje. Polimerazės grandininė reakcija (PGR) yra metodas norimam DNR fragmentui gausinti in vitro naudojant fermentą DNR polimerazę. PGR pagrįsta DNR dvigubėjimo (replikacijos) principu, kai kiekviena DNR grandinė yra naujos komplementarios grandinės sintezės matrica. DNR fragmentui gausinti naudojama specifinė oligonukleotidinių pradmenų pora, kuri „įrėmina“ gausinamą (amplifikuojamą) DNR seką. Pradmenys – tai maždaug 20 – 30 nukleotidų ilgio viengrandžiai DNR fragmentai, kurie jungiasi prie DNR grandinių kompementarumo principu, o šios naudojamos kaip fragmento sintezės matrica. Pagrindinės PGR mišinio sudedamosios dalys: 1. DNR (matricinė). 2. Pradmenų pora (tiesioginis ir atvirkštinis pradmuo). 3. DNR polimerazė. 4. Deoksiribonukleotidtrifosfatų (dNTP: dATP, dCTP, dGTP ir dTTP) mišinys. 5. Mg2+ jonai. 6. PGR buferinis tirpalas. Norint pagausinti DNR fragmento pakankamą tyrimui kiekį, PGR ciklai kartojami 25−40 kartų. Kiekvieną ciklą trys etapai: 1. DNR denatūravimas. 2. Pradmenų prijungimas (anilinimas). 3. Pradmenų pratęsimas (DNR grandinės sintezė). 1. DNR denatūravimas. Dvigrandė DNR denatūruodama (t. y. nutraukiamos vandenilinės jungtys) inkubuojant 0,5−2 min. 92−96°C temperatūroje 2. Pradmenų prisijungimas (anilinimas). Sumažinus temperatūrą, viengrandės DNR fragmentai vėl pradeda jungtis į dvigrandes struktūras komplementarumo principu. Kad oligonukleotidiniai pradmenys specifiškai prisijungtų prie DNR grandinių, reikia labai tiksliai parinkti temperatūrą. Pradmens prisijungimo temperatūra gali būti nuo 37 iki 68°C ir priklauso nuo pradmens nukleotidų sudėties. Pradmens nukleotidų sudėtis apsprendžia duplekso lydimosi temperatūrą Tm. Pradmens prisijungimo temperatūra turi būti 3−7 laipsniais žemesnė už duplekso Tm. Jei pradmenys yra trumpesni nei 25 nukleotidai, Tm apskaičiuojama pagal empirinę formulę: Tm = 4 × (G + C) + 2 × (A + T); čia G, A, T ir C yra atitinkamų nukleotidų skaičius pradmenyje. Pvz.: Tiesioginis pradmuo (F) 5‘-ATGCCACTGAGAACTCTCTT-3‘ TmF = 4 × (3 + 6) + 2 × (5 + 6) = 58; Atvirkštinis pradmuo (R)5‘-CAGTCTTCGATTACTGAGAAA-3‘ Tm = 4 × (4 + 4) + 2 × (7 + 6) = 58. Reakcijos mišinys inkubuojamas 0,5-2 min. Optimali pradmens prisijungimo temperatūra priklauso ne tik nuo Tm , bet ir nuo reakcijos mišinio sudėties, etapo trukmės, todėl kiekvienai PGR šią temperatūrą dažniausiai reikia patikslinti eksperimentuojant. 3. DNR grandinės sintezė (pradmens pratęsimas). Sintetinama komplementari amplifikuojamo DNR fragmento grandinė. Šiam etapui temperatūra parenkama optimali naudojamai DNR polimerazei. Jeigu reakcijai naudojama Taq polimerazė, DNR grandinės

38

sintezė vyksta maždaug 70−75°C (dažniausiai 72°C) temperatūroje. Reakcijos mišinyje turi būti pakankamas pradmenų, visų keturių dNTP ir Mg2+ jonų kiekis. DNR sintezė vyksta 2−4 kb/min. greičiu, taigi per 1 minutę susintetinama daugiau nei 1000 np ilgio dvigrandė DNR. Norint pagausinti ilgesnius DNR fragmentus, kiekvienam 1000 bp DNR sekos sintezės trukmė pailginama 1 min. Vidutiniškai šis PGR etapas trunka 0,5−2 min. Pasibaigus paskutiniam DNR sintezės ciklui, mėginiai papildomai inkubuojami 5−15 min., kad Taq polimerazė užpildytųlikusius viengrandžius amplifikuoto produkto galus. PGR naudojimas medicinoje: 1. Paveldimų ligų diagnostika; dabar DNR analizės metodai atliekami diagnozuojant apie 500 monogeninių ligų, daugelį iš jų – prenataliai ar iki klinikinio pasireiškimo. 2. infekcinių ligų diagnostika; 3. daugelio vėžio formų, ypač šeiminio vėžio, diagnostika; 4. patogeninių mikroorganizmų nustatymas maisto produktuose; 5. audinių tipizavimas organų transplantacijai; 6. teisminėje medicinoje asmens tapatybės nustatymas, biologinės giminystės tyrimas.

34. Molekuliniai genetiniai tyrimai paveldimųjų ligų diagnostikoje: monogenines ligas lemiančių genų mutacijų nustatymas. Monogeninės ligos - vieno geno pokyčių sukeltos ligos Paveldimos pagal Mendelio dėsnius ir pasireiškia heterozigotinėje ar homozigotinėje būklėje. Palyginus su daugiaveiksnėmis ligomis yra gana nesudėtinga įvertinti ligų pasireiškimo riziką palikuonims. Daugeliu atveju daugelis pokyčių tame pačiame gene gali sukelti tą pačią ligą. Pavyzdžiui, cistinės fibrozės atveju daugiau nei 200 pokyčių gali sukelti tomis pačiomis savybėmis pasižyminčią ligą. Paveldima hemochromatozė - paveldima liga, būdingas per didelis geležies atsargų kaupimas dėl paveldėtos geno mutacijos.Nustatoma kraujo ir genetiniu tyrimais.

Huntingtono liga - paveldima progresuojanti neurodegeneracinė liga, pasireiškianti judesių, pažintiniais bei emociniais sutrikimais. Sukelia autosominė dominantinė mutacija huntingtiną koduojančiame gene HTT (4p16.3). Huntingtono ligos genetinio tyrimo ribos:

39

Visuotinė naujagimių patikra - skirta nustatyti tam tikras įgimtas ligas dar nespėjus atsirasti negrįžtamiems pakitimams. Lietuvoje tiriama dėl: ● fenilketonurijos, ● įgimtos hipotirozės, ● galaktozemijos ● įgimtos antinksčių hiperplazijos Prenataliniams citogenetiniams ir molekuliniams genetiniams tyrimams ėminiai paimami atliekant invazines procedūras (amniocentezę, choriono gaurelių biopsiją, kordocentezę): vaisiaus vandenų ląstelės – amniocitai, choriono gaurelių ląstelės, virkštelės kraujas. FISH (Fluorescencinė in situ hibridizacija) •Molekulinės citogenetikos metodas, kurio pagalba identifikuojama konkreti chromosoma ar chromosomos dalis. Dažniausiai netiriamas visas kariotipas. •FISH metodu galima nustatyti smulkius chromosomų pakitimus, nematomus įprastais citogenetiniais metodais, o taip pat skaičiaus pokyčius. Ypač tinkamas skubiai diagnostikai. •Trumpas tyrimo atlikimo laikas. •Tyrimą galima atlikti bet kurioje nėštumo stadijoje pradedant 10–12 nėštumo savaite. •Vieno tyrimo metu nustatoma 13, 18, 21, X ir Y chromosomų skaičiaus pakitimai. •Aukštas tyrimo patikimumas. •Tačiau FISH tyrimo metu dažniausiai tiriamas ne visas kariotipas, o tik pasirinktos konkrečios chromosomos Molekulinis genetinis tyrimas Tai genetinių tyrimų sritis, tirianti atskirus genomo struktūrinius vienetus nukleotidus ar jų fragmentus. Nukleotidai koduoja aminorūgštis, o iš šių yra sudaryti baltymai – pagrindinė mūsų organizmo sudedamoji dalis. Įvykus mutacijai, nukleotidai nebekoduoja tam tikros aminorūgšties arba koduoja kitą, klaidingą. Mutacijos dažniausiai nustatomos sekoskaitos metodu, naudojant fluorescencijos principą. •PGR – polimerazės grandininės reakcija (įvairios modifikacijos). •Genetinis metodas, kuriuo nustatomi genų persitvarkymai. •Tyrimo trukmė itin trumpa •Aukštas tyrimo patikimumas. •Tyrimas atliekamas iš vaisiaus vandenų, choriono gaurelių, virkštelės kraujo, choriono gaurelių (prenatalinis) Molekulinių genetinių tyrimų taikymas prenataliniu laikotarpiu •13, 18, 21, X ir Y chromosomų aneuploidijai nustatyti •Cistinės fibrozės diagnostikai •Imunodeficitų diagnostikai •Plaučių vėžio diagnostikai

40

Mielas skaitytojau, jei visgi sugebėjote pasiekti šią eilutę, maloniai sveikiname, jūs jau beveik baigėte, giliai įkvėpkite jums liko paskutiniai 6 skyriai. Nuoširdžiai linkime sėkmės egzamine :)

35.

Kancerogenezės mechanizmai

Naviko formavimąsi sąlygoja dauginiai molekuliniai pokyčiai, pirmiausia atsirandantys ląstelėje, ir genetinis nestabilumas. Normalios populiacijos ląstelėje įvyksta genetinė mutacija, kuri didina ląstelės polinkį dalytis. Pakitusi ląstelė ar jos palikuonys gali atrodyti normaliai, tačiau tokios ląstelės dalijasi per daug ir per greitai – vyksta hiperplazija. Vykstant tolesniam tokių mutavusių ląstelių dalijimuisi viena ar kelios šių ląstelių patiria kitą mutaciją ir tada šios ląstelės dalijasi dar greičiau, sutrinka ląstelės ir organizmo tarpusavio sąveika, tokios ląstelės nepaklūsta dauginimosi kontrolės mechanizmams, keičiasi jų forma – vyksta displazija. Mutavusios ląstelės tampa vis netaisyklingesnių formų ir dydžių – formuojasi vėžys, paprastai nepažeidžiantis audinių ribų. Toks navikinis darinys gali išlikti ilgą laiką, tačiau dėl tolesnių mutacijų ląstelės įgyja naujų savybių ir ima skverbtis į aplinkinius audinius arba metastazuotis. GENOMO NESTABILUMO TIPAI: 1.CHROMOSOMŲ NESTABILUMAS ● · Defektyvi dalijimosi verpstės patikra; ● · Defektyvūs DNR pažeidimo signalinės sistemos arba apoptozės procesai; ● · Telomerų sutrumpėjimas neapsaugo chromosomų galų. 2.DNR NESTABILUMAS- pakitę genai neatlieka savo funkcijų

41

36.Onkogenai, jų aktyvacijos mechanizmai Onkogenai- tai pakitę protoonkogenai, kurių koduojami baltymai susiję su pagrindiniais normalių ląstelių augimo reguliatoriais. Įvykus mutacijai protoonkogene ir jam tapus onkogenu, t.y genu, kurio nuolat aktyvus produktas gali lemti nekontroliuojamą ląstelės dalijimąsi. Onkogenai ląstelės lygmeniu dažnai pasireiškia kaip dominantiniai genai. Šios mutacijos nustatomos beveik be išimties somatinėse ląstelėse. Onkogenų aktyvacijos mechanizmai: ● Nepakitusi sandaros geno kopijų skaičiau padidėjimas ( kiaušidžių, krūties, skrandžio vėžys) ● Aktyvacijos taškinės mutacijos ( šlapimo pūslės vėžys) ● Aktyvacija dėl jugtinio geno susidarymo po translokacijos. ● Geno translokacija į aktyvų chromosomos regioną (genas, jo skaičius nepakinta, toesiog pakliūna į aktyvų transkripcijos regioną)

38. Genetinių tyrimų svarba vystant asmeninės medicinos idėją. Genetiniai tyrimai labai svarbūs ligų diagnostikoje

42

Pavyzdžiui:

Pavyzdžiui:

43

Taip pat svarbūs:

44

37. Auglį slopinantys genai, jų inaktyvacijos mechanizmai. Knudson‘o dviejų kirčių teorija. Naviką slopinantys genai koduoja baltymus, slopinančius ląstelės dauginimąsi, kartu ir naviko atsiradimą.

45

Pagrindinės pažaidos, inaktyvinančios naviką slopinančius genus, yra: •taškinės mutacijos, sutrikdančios geno nukleotidų seką •delecijos (praradimai), pašalinančios dalį ar net visą geno vietą. Pastarųjų metų tyrimai parodė, kad epigenetinės pažaidos taip pat veikia kancerogenezės procesus. Neretai naviką slopinančių genų promotoriuose DNR būna intensyviai metilinta, tai slopina geno transkripciją (nurašymą) ir sumažina baltymo kiekį ląstelėse Ši teorija teigia, kad naviką slopinantį geną inaktyvinti gali tik pažaidos abiejose geno kopijose. Pirmoji pažaida yra paveldima ir aptinkama visose organizmo ląstelėse (pirmasis „smūgis“). Antroji pažaida įgyjama per gyvenimą dėl žalingo kancerogenų poveikio. Pažaida antrojoje geno kopijoje aptinkama tik naviko ląstelėse (antrasis „smūgis“).

39.Citochromo P450 šeima, ją koduojančių genų polimorfizmo svarba farmakogenomikoje.

46

Citochromo P450 šeimai priklauso:

47

40.Genų polimorfizmo reikšmė, parenkant tinkamą vaistą ir vaisto dozę pacientui. Polimorfiniais vadinami genai, kurie populiacijoje egzistuoja dviejų ir daugiau alelių forma Daugumoje gamtinių populiacijų didelę genų dalį sudaro polimorfiniai genai. Egzistuoja platus individualaus atsako į standartinę vaistų dozę spektras. Tai yra svarbi problema klinikinėje praktikoje, nes gali būti visiško terapeutinio gydymo neefektyvumo ir vaistų priešingo poveikio pasekmė. Polimorfizmas genuose koduojančiuose metabolizuojančius fermentus ar vaistų nešiklius gali paveikti vaistų efektyvumą ir toksiškumą, nes gali būti sutrikęs vaistų skaidymas ir tokiu būdu jie sunkiai pasišalina iš organizmo, todėl jų poveikis ir galimas toksiškumas didėja, taip pat sutrikus vaistų pernašai ar modifikavimui, jie gali nepasiekti patologinių procesų buvimo vietos ar sukelti kitus nepageidaujamus procesus.

48

49