ЛЕКЦИЯ № 2 «Генетика человека»

Генетический аппарат клетки человека

Совокупность компонентов клетки человека, обеспечивающих хранение, передачу и реализацию генетической информации, составляет ее генетический аппарат.

Хранение генетической информации осуществляют следующие структуры клетки:

- ядерная ДНК – 46 линейных молекул ДНК, упакованных в форме хроматина или хромосом в ядре;

○ 50% материнского и 50% отцовского происхождения;

○ содержит около 30 000 пар кодирующих белки генов, локализованных в 23 парах молекул ДНК (что составляет 25% ядерного генома);

○ 22 пары аутосом (одинаковых у мужчин и женщин) и пара половых хромосом, отличающихся у мужчин и женщин (XY и XX);

○ соматические клетки имеют идентичный генетический материал;

- митохондриальная ДНК – от одной до нескольких сотен кольцевых молекул ДНК;

○ 100% материнского происхождения;

○ содержит 13 структурных генов;

○ соматические клетки отличаются по количественному (в зависимости от интенсивности клеточного метаболизма) и качественному (вследствие мутаций на уровне митохондриальной ДНК) составу.

Ядерный генетический материал можно наблюдать в интерфазе (в виде хроматина), когда он является активным и транскрибируется, и во время деления (в виде хромосом), когда он неактивен, так как не может быть транскрибирован. Хромосомы могут быть однохроматидными (до репликации) и двухроматидными (от момента репликации до расщепления центромеры анафазе митоза).

Передача генетической информации от клетки к клетке осуществляется во время митоза. В аппарат передачи генетической информации входят следующие компоненты:

- реплиосома – комплекс белков, обеспечивающих репликацию;

- белковые факторы, необходимые для репарации;

- центриоли, участвующие в образовании веретена деления и ответственные. Таким образом, за точное и равное распределение хромосом в митозе;

Реализация генетической информации, закодированной в структурных генах, протекает в несколько этапов с участием:

- аппарата транскрипции – белковых факторов, распознающих ген-мишень и обеспечивающих синтез mРНК;

- аппарата трансляции – рибосом, являющихся местом трансляции и синтеза полипептида;

- молекул mРНК – переводчиков генетического кода;

- белковых факторов – регуляторов трансляции и созревания белков.

Реализация генетической информации:

- на молекулярном уровне проявляется синтезом определенного белка,

- на клеточном уровне – функциями данного белка в клетке, образованием определенной клеточной структуры/метаболической цепи/сигнального пути,

- на уровне организма – наличием определенного фенотипического

Хромосомы человека

Соматические клетки многоклеточного организма содержат диплоидный набор хромосом и генетически идентичны. Каждая соматическая клетка человека имеет:

- 22 пары аутосом, одинаковых у обоих полов;

- 1 пару половых хромосом (гоносом), которые отличаются у женщин и мужчин – ХХ или ХY.

Таким образом, нормальный кариотип женщины – 46 ХХ, а мужчины - 46 ХY.

В силу разных причин нормальный кариотип клетки или организма может быть нарушен, имея численные (анеуплодии) или структурные (делеции, дупликации, транслокации, инверсии и др.) хромосомные аномалии. Фенотипические последствия хромосомных нарушений зависят от типа вовлеченной в патологию хромосомы, типа нарушения, периода онтогенеза, когда возникло данное нарушение. Чаще всего последствия хромосомных мутаций связаны с репродуктивными нарушениями, например:

- мужская и женская стерильность;

- ранние спонтанные аборты;

- мертворождения;

- новорожденные с серьезными врожденными аномалиями.

Кроме того, хромосомные нарушения могут быть причиной умственного отставания и неоплазий.

Для изучения хромосом и выявления хромосомных нарушений используются различные цитогенетические методы, например:

- метод анализа метафазных хромосом путем простой (рутинной) и дифференциальной окраски;

- метод анализа профазных хромосом;

- метод анализа интерфазных хромосом путем гибридизации с флуоресцентными зондами (FISH).

Согласно общепринятой в настоящее время международной классификации хромосомы человека делят на 7 групп (А, В, С, D, E, F, G). В основе данной классификации лежат размеры и морфология хромосом, центромерный индекс. Следует отметить, что хромосомы могут проявлять также индивидуальный полиморфизм, обусловленный изменениями в структуре некодирующих участков, например конститутивного гетерохроматина:

- вариации по величине центромеров;

- вариации по величине теломеров;

- вариации по наличию и размерам сателлитов;

- вариации по наличию и размерам вторичных перетяжек.

Напишите для каждого из представленных описаний кариотипа соответствующую ему формулу:

Нормальный кариотип женщины
Нормальный кариотип мужчины
Кариотип женщины с трисомией 21 (синдром Дауна)
Кариотип мужчины с трисомией 13 (синдром Патау)
Кариотип женщины с трисомией 18 (синдром Эдварса)
Кариотип мужчины с трисомией Х (синдром Клайнфельтера)
Кариотип мужчины с моносомией Х
Кариотип женщины с делецией проксимального плеча 5-ой хромосомы (синдром «cri-du-chat»)
Кариотип мужчины с моносомией 8
Кариотип женщины с делецией в дистальном плече хр.6, с точками разрыва в районе 2 от бэнда 1, суббэнда 1 до бэнда 3, суббэнда 2.
Кариотип мужчины с делецией в проксимальном плече хр.3, с точками разрыва от района 1, бэнда 2, суббэнда 1 до района 2, бэнда 4, суббэнда 3.

Заполните таблицу, указав возможности (какой тип хромосомных нарушений позволяет выявить) и ограничения каждого метода.

Метод анализа хромосом	Практическое применение
Методы I-го поколения (1956)
Анализ метафазных пластинок методом простого окрашивания
Методы II-го поколения (1970)
Дифференциальная окраска метафазных хромосом
Методы III-го поколения (1977)
Дифференциальная окраска профазных хромосом
Методы IV-го поколения (1991)
FISH (Флуоресцентная гибридизация in situ)
mFISH (Мульти-FISH)
SKY(спектральный анализ кариотипа)
CGH (сравнительная геномная гибридизация)