close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Молекулярная биология для

код для вставкиСкачать
Молекулярная биология для
биоинформатиков
Академический университет
Володина Наталья Яковлевна
Интерференция РНК
и регуляция
экспрессии генов
Нобелевская премия
по физиологии и медицине
2006 год
"RNA interference – gene silencing by double-stranded RNA"
Andrew Z. Fire
Craig C. Mello
Предположение Fire & Mello:
Двуцепочечные РНК (dsRNA)
– запускающий механизм (триггер) системы
интерференции РНК.
Интерференция РНК
– это замолкание (сайленсинг) генов,
обеспечиваемое двуцепочечными
молекулами РНК (dsРНК).
Явление интерференции РНК открыто
в 1998 г. у Nematoda (Fire et al., 1998)
Инъекция в C.elegans РНК мышечного белка
dsРНК в 10-100 раз более эффективно активируют
систему интерференции РНК, по сравнению с ssРНК.
Fire A., Xu S.Q., Montgomery M.K., Kostas S.A., Driver
S.E., Mello C.C. Potent and specific genetic interference by
double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature
391, 806–811 (1998).
Эффект генетического сайленсинга
посредством интерференции РНК:
распространяется в тканях организма (!)
наследуется (!!!)
Механизм интерференции РНК
•
при исследовании интерференции РНК у растений
обнаружены короткие молекулы РНК, маркирующие ген,
подверженный сайленсингу;
•
в условиях in vitro воспроизведены биохимические
реакции интерференции РНК.
Малые интерферирующие РНК (siRNAs – short
interfering RNAs) – класс 21-22 нуклеотидных
двуцепочечных РНК, образующихся из более
длинных двуцепочечных РНК.
Общая схема регуляции генетической экспрессии за счет
интерференции РНК (по Novina, Sharp, 2004)
Функции siРНК
1. Сайленсинг мобильных генетических элементов;
2. Сайленсинг гетерохроматиновых повторов;
3. Сайленсинг генетического материала вирусного
происхождения;
4. Ограничение степени экспрессии гена в
определенных тканях.
При выделение фракций коротких РНК (19-25
нуклеотидов) из различных организмов обнаружен
еще один класс малых РНК – микроРНК.
МикроРНК (miRNAs - micro RNAs) – класс
19-25 нуклеотидных одноцепочечных РНК,
закодированных в уникальных генах
геномов многоклеточных организмов.
Схема образования miРНК
(по Novina, Sharp, 2004)
Функция miРНК
Обеспечивают сайленсинг различных генов,
обычно, за счет частично комплементарного
связывания с мРНК, в результате которого
блокируется ее трансляция.
• один тип miРНК может регулировать
трансляцию мРНК более 100 различных
генов;
• степень ингибирования зависит от
количества связывающихся miРНК (в
3’UTR мРНК содержится несколько
сайтов связывания).
Отличия miРНК и siРНК
miРНК
Продукт dsРНК,
закодированных в уникальных
генах геномов многоклеточных
организмов (>1% от всех генов у
человека);
мРНК может не разрушаться;
Один тип miРНК регулирует
разные гены.
siРНК
Продукт dsРНК,
образующихся в результате
транскрипции транспозонов,
гетерохроматиновых повторов
или генетического материала
вирусного происхождения ;
мРНК разрушается;
Один тип siРНК обычно
регулирует только один тип
мРНК.
• созданы библиотеки коротких РНК и ДНК-
векторов,
кодирующих
короткие
РНК,
мишенями которых является около 8000 генов
генома человека;
• внедряется в практику терапевтическое
применение синтетических коротких РНК для
целенаправленного подавления генетической
экспрессии при некоторых заболеваниях.
Основы генетики
и
медицинской генетики
Введение в генетику
Что такое гены?
- физические и функциональные
детерминанты признаков, которые передаются
от одного поколения к другому
Гены были открыты в 1860 годах словацким
монахом Грегором Менделем. Он пытался
ответить на след. вопрос:
передаются ли признаки от одного из родителей
или от обоих?
Эксперименты с растениями гороха
Мендель открыл, что гены могут быть переданы в
одной из 2 форм (аллелей)– доминантной или
рецессивной
• Доминантная форма будет
проявляться в фенотипе
ДНК – физический носитель генетической
информации
ДНК была открыта в 20 веке
ДНК содержит те самые физические гены,
открытые Менделем
У каждого организма – 1 аллель наследуется от отца
и 1 - от матери
Гомозигота – АА или аа
Гетерозигота – Аа
При скрещивании 2 гетерозигот получается
расщепление 3:1
Мутации
ДНК – это последовательность нуклеотидов
Что происходит когда эта последовательность
изменяется
Мутация
Это и приводит
к образованию различных аллелей
Хорошие, плохие и молчащие
Мутации могут быть нескольких видов
Хорошие:
Мутации могут улучшить выживаемость организма.
Например мутации в гене серповидно-клеточной анемии приводят к
устойчивости к малярии.
Плохие:
Мутации приводят к значительному вреду или даже гибели организма
Нейтральные:
Например, гемофилия
Мутации не оказывают никакого влияния
Campbell, Biology, 5th edition, p. 255
I. ГЕНОМНЫЕ
• Диплоидный набор 2n=46
• Гаплоидный 1n=23
• Полиплоидия (триплоидия 3n=69; тетраплоидия 4n=92)
• Анеуплоидия (трисомия 2n=47; моносомия 2n=45
II. ХРОМОСОМНЫЕ (делеции, дупликации, инсерции
инверсии, транслокации)
III ГЕННЫЕ
• Точечные (сайтовые) мутации (нейтральные –SNP,нонсенс,
миссенс
• Внутригенные перестройки (делеции, дупликации, инверсии,
инсерции)
• Динамические мутации
• Перемещение мобильных элементов(Alu -300-500по х100 000
Line( 6 500по х 50 000
Гены организованы в хромосомы
Хромосомы – нитеподобные структуры, находящиеся
в ядре клетки и содержащие 1 молекулу ДНК. Разные
организмы могут иметь разное количество хромосом
(парное (2n) – у организмов с половым
размножением).
Томас Морган (1920) – Нашел косвенное
доказательство существования хромосом путем
экспериментов с дрозофилой
Сцепленные гены и последовательность
генов.
Различные признаки (гены) могут быть сцеплены,
т.е. расположены на одной хромосоме.
Морган предположил, что чем ближе гены были
расположены на одной хромосоме, тем более часто
они наследовались совместно
Порядок генов на хромосоме?
Mutant b, mutant vg
X
Normal fly
Mutant b, mutant cn
X
Normal fly
Mutant vg, mutant cn
X
Normal fly
17% progeny
have only one
mutation
The genes vg and b are
farthest apart from each
other.
9% progeny have
only one
mutation
8% progeny have
only one
mutation
The gene cn is close to both
vg and b.
Порядок генов на хромосоме?
b
cn
vg
Основы медицинской генетики
XXI век- век генетики
Внешняя
среда
Геном
Медицинская генетика (МГ) - наука о роли наследственности в патологии
человека, закономерностях передачи наследственных болезней, их диагностике,
лечении, профилактике.
Клиническая генетика - прикладная МГ, направленная на применение
достижений генетики и МГ для решения клинических проблем пациентов и их
семей.
• Установление наследственного характера признака
• Выяснение типа передачи НБ
• Анализ пенетрантности и экспрессивности признака
• Сцепление признака с генетическими и
молекулярными маркерами
• Медико-генетическое консультирование
Пробанд – больной или его родственник, с которого
начинается составление родословной.
Cимволы, используемые в МГ при составлении
родословных
Аутосомно-доминантный (ахондроплазия, синдром Марфана,
нейрофиброматоз, миотоническая дистрофия, хорея Гентингтона) –
популяционная частота - 0,5-1,0%
• Прослеживается в родословных только по вертикали
• Соотношение больных и здоровых детей 1:1
• Здоровые дети от больных родителей имеют здоровое потомство
• Соотношение больных мальчиков и девочек одинаково
• Пациенты независимо от пола одинаково часто передают
болезнь
• У гомозигот болезнь нередко летальна
• Болезнь - часто результат спонтанных мутаций
Аутосомно-рецессивный (муковисцидоз, ФКУ, СМА,
АГС, мукополисахаридозы) - популяционная частота - 0,25%
• Родители клинически здоровы
• Соотношение больных и здоровых детей 1:3
• Если больны оба супруга – дети всегда больные
• Оба пола поражаются одинаково часто
• Не исключено кровное родство супругов
• В браке больного и носителя рождается 50% больных,
больного и здорового –рождаются только здоровые
Доминантное наследование (витамин D резистентный
рахит)
• Поражаются мальчики в 2 раза чаще, чем девочки
• Женщины болеют менее тяжело, передают болезнь 50%
сыновьям и 50% дочерям
• Больные мужчины передают болезнь всем дочерям
Х-сцепленные заболевания
- популяционная частота 0,25%
Рецессивное наследование (миодистрофия Дюшенна,
гемофилии, синдромы Мартина-Белла, Леш-Нихана, Хантера)
Болеют только мальчики,
2/3 случаев наследуются от матерей-носительниц, 1/3 спонтанных
Сестры больных братьев в 50% - носители мутации
Здоровые мужчины не передают заболевание
Y-сцепленные (нарушения сперматогенеза, рост тела,
конечностей, зубов)
Митохондриальные болезни (атрофия зрительного
нерва Лебера, кардиомиопатии, миоклоническая
эпилепсия, митохондриальная миопатия,
прогрессирующая офтальмоплегия)
• Болезнь передается только по материнской линии
• Болеют мальчики и девочки
• Больные мужчины не передают болезнь потомству
ВОЗ, Европейская Ассоциация
перинатальной медицины
Пренатальная диагностика научно-практическое направление
медицинской генетики
Задачи пренатальной диагностики
Практические
эффективная
диагностика,
профилактика и
лечение
наследственных и
врожденных
болезней
Научные
познание
механизмов
биологии раннего
развития человека,
включая
гаметогенез,
эмбриогенез и
фетальный период
Методы оценки состояния плода
ПРЯМЫЕ
НЕПРЯМЫЕ
(обследование плода)
(обследование беременной)
1. Клиническое
(акушерско-гинекологическое)
2. Бактерио- и серологическое
3. Медико-генетическое
· генеалогическое
· цитогенетическое
· молекулярно-биологическое
4. Анализ эмбрионспецифических
белков
·
·
·
·
ИНВАЗИВНЫЕ
НЕИНВАЗИВНЫЕ
ПОЛУЧЕНИЕ ПЛОДНОГО МАТЕРИАЛА
1. Ультразвуковое
сканирование
2. Электрокардиография
3. Рентгенография
a -фетопротеин
хорионический гонадотропин
эстриол
другие
1. Хорионбиопсия (I триместр)
2. Плацентобиопсия (II триместр)
3. Амниоцентез
· ранний (13-14 н.б.)
· обычный (15-22 н.б.)
4. Кордоцентез (II-III триместр)
5. Фетоскопия (II-III триместр)
ЛАБОРАТОРНЫЕ
1. Цитогенетические
2. Молекулярно-генетические
3. Биохимические
4. Иммуноцитохимические
6. Биопсия тканей плода
(кожа, мышцы,печень, селезенка и пр.)
(II-III триместр)
Инвазивные методы пренатальной диагностики
Доимплантационный период
Методы ЭКО
Преконцепционная диагностика (полярные тельца)
Доимплантационная диагностика (бластомеры или трофобласт)
I триместр беременности (период органогенеза)
Хорионбиопсия
Трансцервикальный способ (7-12 недели)
Трансабдоминальный способ (с 9/10 недели)
II триместр беременности (плодный период)
Плацентобиопсия (14-26 недели)
Амниоцентез (с 14 недели)
Кордоцентез (с 20 недели)
1.Медико-генетическое консультирование
2.УЗ-скрининг
3.Биохимический скрининг
4.Получение плодного материала
5.Лабораторная диагностика
цитогенетическая
молекулярная
биохимическая
6.Рекомендации по результатам ПД
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
15
Размер файла
4 982 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа