4.Curs Variabilitate Si Boli Genetice Generalitati

  • Published on
    06-Nov-2015

  • View
    228

  • Download
    5

Embed Size (px)

DESCRIPTION

genetica

Transcript

  • VARIABILITATEA EREDITAR

  • *Variabilitatea genetic = ansamblul de fenomene care produc diferenele genetice - ntre indivizii unei populaii, - ntre populaii diferite Sursele de variabilitate:1.1. Recombinrile genetice,1.2. Mutaiile,1.3. Migraiile.DIVERSITATEEVOLUIE1. VARIABILITATEA GENETIC: definiie i surse

  • * 1.1. Recombinrile genetice (RG)RG = producerea unor combinaii genetice noi (recombinani), prin rearanjarea materialului genetic cuprins n dou uniti genetice diferite. RG presupune: asociere intim + interaciune / schimb egalRG = proces natural (normal) cea mai mare surs de variabilitate.

    RG: genomice, cromozomice, genice

  • * R. genomic:- n fecundare unirea genomuri gameiR. cromozomial - n gametogenez - R. intercromozomial (anafaza I) = asortarea independent a crz.omologi 223 combinaii posibile gamet cu structur genetic unic. - R. intracromozomial (profaz I) = CO egalR. intragenic CO egal ntre dou gene gen hibrid (fuziune genic)

  • *1. 2. MutaiileMutaiile:modificri n secvena sau aranjarea nucleotidelor (secvenelor) din ADNNenaturale, permanente (), ereditare

    Consecine:fr efect,variaii fenotipice normale,boal.

  • *Clasificarea mutaiilorcriterii:Mrimea materialului genetic:M. genice (10-6/locus)M. cromozomiale (anom. structur) (10-6/diviz. cel)M. genomice (anom. numr) (10-2/diviz. cel)

    Tipul de celul afectat:M. germinale ereditareM. somatice clone an. ne-ereditareCauz: M. Spontane (majoritatea) erori de replicare a ADN erori de recombinare (CO inegal) erori de distribuie (nedisjuncie)M. induse de ag.mutageni

    Consecine fenotipiceM. germinale:M. patogeneM. neutreM. beneficeM. somatice clone cancer, mbtrnire

  • *COMENTARII:(1). Mutaiile n special cele genomice sunt frecvente.M. germinale = 3% nn Mutaiile sunt o cauz major de boal sau de predispoziie la mbolnvire

  • *COMENTARII:

    (2). M. somatice, produse prin erori de replicare, se acumuleaz cu vrsta efecte la vrsta a III-a (50.000/genom/zi corecie erori una la fiecare replicare genom x 1015 diviziuni cteva mii)(3). Mutaiile spontane = mai frecvente ca cele induse.

  • *COMENTARII:(4). Mutaiile induse: ageni mutageni exogeni: - fizici (radiaiile UV, ionizante) efecte relativ mici;- chimici (ag. alchilani / metilani etc., ce polueaz atmosfera / alimente efecte relativ grave !!!); fumul de igar cel mai important agent mutagen exogen- biologici (virusuri) ageni mutageni endogeni:produi oxidani (10.000 leziuni /genom /zi) sisteme antioxidante + mecanisme de reparare + antioxidani exogeni.

  • *1.3. MigraiileMigraii = transferul de gene prin deplasarea i ncruciarea unui grup de indivizi dintr-o populaie n alt populaie genetic diferit.

    Surs important de variabilitate i vigoare hibrid (heterozis)

  • *2. MUTAIILE GENICE

    MUTAIILE GENICE: definiie i clasificare

    MG = modificri ale secvenei nucleotidice sau aranjrii ADN unei gene variante alelice

    m1genaN m2 m3

  • *Clasificarea mutaiilor genice

    dup mecanism:

    modificarea secvenei N:substituii = nlocuirea unei perechi de baze (pb).deleii = pierderea unei/unor pbinserii= introducerea unei/unor pb

    modificarea aranjrii N:recombinri omoloage nealelice deleie / duplicaie segmente ADNamplificarea repetiiilor trinucleotidice

  • *Clasificarea mutaiilor genicedup dinamica:M. stabile / fixeM. instabile / dinamice!dup secvenele genice implicate:exoni,intronisecvene reglatoare

  • *

    2.1. SUBSTITUIA NUCLEOTIDIC

    Substituie = nlocuirea unui singur nucleotid (i deci a unei pb) = mutaie punctiform.

    S = cel mai frecvent tip de mutaie ntlnit la om.

  • *a).Substituia nucleotidic: localizare intragenicn EXONI:a). Codon sens (1) codon sens sinonim protein N (silent m.)(2) alt codon sens AA1 AA2 protein An (missens m.) (3) codon nonsens prematur protein An scurtat (instabil) (non-sens m.)b). Codon nonsens codon sens protein An alungit alt codon nonsens protein NADN N (1) (2) (3) TTT TTC CTT ATT

    ARNm AAA AAG GAA UAA

    Pr ..liz... ...liz... ..glu.. ..STOP..

  • *Substituia nucleotidic: localizare intragenicn INTRONI:Anulare situsuri de decupare: (splice site mutations) 5GT---------AG3 absena matisrii includerea intron n ARNm instabil

    ADNX GA-----------AG

    ARNm

    Pr --------------------- Exon 1Exon 2Exon 1IntronExon 2instabilm a t i s a r e

  • *Substituia nucleotidic: localizare intragenicn SECVENELE DE REGLARE reg 5 - promotor modificri cantitative ale sintezei proteinelor reg 3 anomalii de poliadenilare ARNm instabil

  • *b). Mecanismele posibile de producere a substituiilor(1). erori de replicare a ADN, datorit mperecherii greite (mismatch) a nucleotidelor n catena nou sintetizat.

  • *Mecanismele posibile de producere a substituiilor(2). leziuni provocate n ADN de factori mutageni, exogeni sau endogeni, (fizici sau chimici )- dezaminare,- depurinare,- demetilare

  • *c). Mecanismele reparare a leziunilor ADNErorile de mperechere au o frecven mare, de ~1:10.000 (10-4).

    Rata mutaiilor este meninut la un nivel sczut (10-10) prin intervenia unor mecanisme de recunoatere i reparare a leziunilor (controlul calitii ADN).

    Aciunea lor este cuplat cu mecanismele de control a progresiei prin ciclul celular i cu apoptoza.G1 Go reparare G1 sau apoptoz

    NU au o eficien absolut; n final, se produce o mutaie nou la fiecare replicare / diviziune celular.

  • *Mecanismele reparare a leziunilor ADNTipuri mecanisme reparare (R): R. erorilor de mperechere a nucleotidelor din cursul replicrii (mismatch repair = MMR)R. bazelor /nucleotidelor modificate dup replicare:excizie a bazelor (BER)excizia nucleotidelor (NER)R. rupturilor ADN (sistemul HR)

  • *Mecanismele reparare a leziunilor ADNMecanismele de reparare (MMR, BER, NER) difer prin inta lor dar modul de aciune este asemntor (implicnd multiple gene i enzime mutator);Etape:recunoaterea leziunii ADN,excizia fragmentului de ADNmodificat (endonucleaz)ndeprtarea i degradarea fragmentului (exonucleaz)refacerea secvenei normale (ADNpolimeraza)=reparare legarea ei la caten (ligaza)

  • *Mecanismele reparare a leziunilor ADNMutaiile genelor ce codific enzime de reparare acumulare rapid mutaii creterea susceptibilitii la cancer

    Ex.1, mutaiile genelor implicate n calea MMR cancerul colorectal non-polipozic ereditar (HNPCC) = 5% din cancere de colonCaracteristici: apar sub 45-50 ani; loclizare proximal de unghiul splenic; cancere mucinoase; instabilitatea microsateliilorEx.2., mutaiile genelor implicat n calea HR cancerul de sn ereditar (genele BRCA1, BRCA2); Ataxia telangiectazia

  • *2.2. DELEII I INSERII MICIDel /Ins - care NU sunt multiplu de 3 nucleotide decalarea (defazarea) cadrului de lectur al genei (m. frameshift) schimbarea secvenei AA n aval de del/ins

    Del /Ins a 3 nucleotide / multiplu de 3 1-n aminoacizi

  • *2.3. RECOMBINAREA GENIC ABERANT(recombinare omoloag nealelic)Are loc n profaza meiozei I:- mperecherea (sinapsa) greit ntre regiuni omoloage (secvene de ADN identice sau cvasiidentice; ex., R1 ~ R2) dar nealelice;

    - CO schimb inegal ntre crz. omologi deleii, duplicaii, inversii a unor segmente mari

  • *Recombinarea omoloag nealelic (RON)RON se produce datorit arhitecturii genomului uman Conine numeroase regiunile omoloage (~identice):duplicaii segmentare (5-10% din genom);secvene repetitive mici (numr mic de repetiii identice) situate n anumite segmente ale cromozomilor (la/lng centromer sau telomere);

    RON determin deleii, duplicaii, inversii ADN BOLI GENOMICE (deosebite de bolile cauzate de alterarea secvenei genice)

  • *Bolile genomiceDescrise recent (Lupski, 2002)Frecvente (10-4)n funcie de mrimea segmentului implicat (si deci nr de gene) :boli mendeliene (NF1)sdr. cu microdeleii (sdr. VCF)rearanjamente cromozomiale mari (inversii, izocromozomi).

  • *2.4. EXPANSIUNEA INSTABIL A REPETIIILOR TRINUCLEOTIDICETip nou de mutaii instabile sau dinamice diferit de mutaiile clasice= permanente i stabileSe produc n genomul uman n regiuni cu repetiii trinucleotidice:dispuse n tandem: CGG CGG CGGpolimorfice (ntr-un numr diferit la persoanele normale); ex CGG = 6-50 repetiii.situate n diferite segmente ale genei (promotor; exoni; introni); ex. CGG n regiune promotor a genei FMR1 (Xq27.3 n situsul fragil FRAXA)inerte funcional (CGG=6-50 fenotip normal)instabilitate intergeneraional (meiotic)

  • *Expansiunea instabil a repetiiilor trinucleotidiceinstabilitatea intergeneraional (meiotic):Pe msur ce gena trece prin meioz de la o generaie la alta nr. repetiiilor trinucleotidice crete progresiv dar moderat; se produce o premutaie (pt CGG = 60-200 repetiii) normalmecanism: glisare sau derapare replicativ

    Cnd se ajunge la un prag critic (ex. pt CGG = 230 repetiii) blocarea expresiei genei mutaie boal boli prin mutaii dinamice (expansiunea trinucleotidelor):Sdr. X fragil (prin expansiunea CGG) retard mintal legat de XBoala Huntington (prin expansiunea CAG) boal neurologic degenetaivDistrofia miotonic (prin expansiunea CTG) afeciune neuromuscular

  • *Sindromul X fragil

    Inciden 1/4.000 de nou-nscui de sex masculin.Tip de transmitererecesiv legat de cromosomul X.Genetic mutaia genei FMR1, localizat Xq27.3, se caracterizeaz prin amplificarea unei secvene trinucleotidice CGG, existent n regiunea netranslat 5 a genei. n mod normal exist mai puin de 60 de repetiii CGG; n cursul ovogenezei printr-o aliniere eronat a secvenelor CGG se poate produce creterea numrului de repetiii la mai mult de 200 de secvene, cu apariia bolii la descendeni.Patogenie:n cazul prezenei unei amplificri trinucleotidice de 60-200, persoana are o premutaie, existnd un risc crescut de a avea descendeni anormali; prezena a mai mult de 200 de repetiii trinucleotidice determin hipermetilarea citozinei la nivelul regiunii promotor a genei, ceea ce duce la pierderea funciei genei;hipermetilarea citozinei modific replicarea regiunii respective i condensarea cromatinei ceea ce este corelat cu apariia situsului fragil caracteristic (figura), evideniat prin cultivarea limfocitelor n mediu srac n acid folic sau prin introducerea n mediu de cultur a metotrexatului este prezent fenomenul de anticipaie, corelat cu creterea numrului de repetiii CGG n cursul ovogenezei;Diagnostic clinic fenotipul caracteristic sindromului X-fragil apare la brbaii aduli i const n dismorfie facial (fa alungit, cu prognatism i urechi mari, proeminete) macroorhidie i retard mental moderat cu tulburri de comportament. La copil afeciunea este sugerat de ntrzierea apariiei limbajului, hiperactivitate cu deficit de atenie sau comportament de tip autist.Diagnostic paraclinic evidenierea prin PCR a numrului de repetiii CAG la descendenii unui individ afectat; evidenierea situsului X fragil prin tehnici citogenetice clasice.Prognostic retard mental mediu.Tratament nu exist tratament specific.

  • *Boli prin mutaii dinamice - caracteristici:Expansiunea crete n succesiunea generaiilor boala apare mai precoce i este mai grav (anticipaie)

    Intensitatea /gravitatea manifestrii bolii depinde uneori de sexul printelui; mama n sdr. X fragil; tatl n boala Huntington

  • *2.6. EFECTELE FENOTIPICE ALE MUTAIILOR GENICE PATOGENEPierderea (total/parial) a funciei(activitii) genei- n majoritatea bolilor recesive (bolnavii = homozigoi)Ctigul de funcie- creterea nivelului de expresie a proteinei- ex., activarea permanent a unui receptor n absena liganduluiAchiziia unor proprieti noi a proteinei mutante- ex., deficit n alfa-1 antitripsin varianta 1 AT Pittsburg nu mai acioneaz ca o anti- elastaz ci ca un inhibitor al coagulrii.Expresia inadecvat a genei ca timp i loc - ex., persistena ereditar a Hb fetale- oncogenele

  • *Corelaii dintre genotip i fenotipo gen o boaln unele boli (ex., sicklemia) mutaia este unic la toi bolnavii manifestare identic a bolii;n alte boli bolnavii au mutaii diferite n aceeai gen graviti dfierite.o gen mai multe boliMutaii diferite n gena RET b. Hirschprung (megacolon congenital); cancer ereditar tiroid + suprarenale (sdr. MEN)Mutaii diferite a genei beta-globin sicklemia (AR); beta-talasmia (AR); methemoglobinopatia (AD)mai multe gene o boalB. Hirschprung mutaii gene RET sau ECE1 sau EDN3

  • *

    Mutaiile genice cauz major de boal sau de predispoziie la mbolnvire

  • *BOLILE GENETICE

  • *1. BOLILE GENETICE: definiie i clasificarea) Definiia bolilor geneticeBoal = orice alterare major a structurii i/sau funciei normale a organismului.Cauze : factori de mediu (f.m.) factori genetici (f.g.) (mutaii); Clasificare etiologic:boli genetice f.g.boli multifactoriale f.g + f.m. boli ecologice (negenetice) f.m.U.M.F IAI

  • *BOLI:- genetice - multifactoriale- ecologiceMutaiile reprezint o cauz major de boal sau predispoziie la boal. n bolile ecologice - efectele agresiunilor exogene sunt influenate de GENOTIP, ce determin: un mod specific de rspuns la agresiuni (vulnerabilitate / rezisten) manifestarea i gravitatea a mbolnvirilor.Aproape toate bolile umane au o component genetic, mai mare sau mai mic. BOLILE GENETICE = boli determinate sau condiionate de mutaii U.M.F IAI

  • *b). Importana bolilor genetice n practica medical Argumente:BG sunt numeroase:- peste 10.000;- unele frecvente (1:500 1:10.000), altele mai rare;BG sunt diverse pot afecta orice organ, la orice vrst: - se regsesc n toate specialitile !!!.BG sunt, n ansamblul lor, frecvente: 5-8% nn !n Iai: n fiecare zi se nate un copil afectat;n Romania: 7200 nn/ an;U.M.F IAI

  • *Importana bolilor genetice n practica medicalArgumente:BG sunt boli cronice produc frecvent un handicap fizic, mental, senzorial, motor cheltuieli importanteBG sunt o cauz major de morbiditate i mortalitate (infantil)30-50% din internrile n spitalele de pediatrie;10% din internrile n spitalele de aduli;10-30% din tulburrile de reproducere;~50% din mortalitatea infantil (n rile dezvoltate).Concluzie: bolile genetice reprezint o problem major de sntate publicU.M.F IAI

  • *Bolile genetice reprezint o problem major de sntate public i n ROMNIASpecialitate medical distinct = GENETIC MEDICAL (1996)CENTRE DE GENETIC MEDICALdoar pe hrtie lips de finanarePrograme naionale de profilaxie a bolilor genetice (2003)CENTRUL DE GENETIC MEDICALIAISpitalul de copii(consult i sfat genetic)MaternitateaCuza Vod(consult i sfat genetic)Laborator Citogenetic postnatal tumoral- Dgn. molecularLaboratorcitogeneticprenatalU.M.F IAI

  • *c). Clasificarea bolilor genetice n funcie de tipul de mutaii, de localizarea i aciunea lor cinci categorii : boli cromozomiale, boli monogenice (mendeliene sau moleculare), boli mitocondriale, boli multifactoriale, boli prin mutaii somatice. Un tip particular: bolile genomice (ce pot fi monogenice sau cromozomiale) determinate de rearanjarea genomului prin recom...