1. CHROMOSOMCHROMOSOM IR GENIR GEN MUTACIJOSMUTACIJOS

2. 7.1 GENETINIO KINTAMUMO TIPAI Genetinis kintamumas apibdinamas kaip skirtumai, stebimi tarp tos paios ries individ arba tarp skirting ri Alelinis kintamumas atsiranda dl mutacij individualiuose genuose Chromosom aberacijos atsiranda dl esmini chromosom struktros pokyi Jos, kaip taisykl, paveikia daugiau nei vien gen Jos taip pat vadinamos chromosom mutacijomis 7-2 3. Mutacijos Terminas mutacija reikia genetins mediagos paveldim pokyt Mutacijos sukuria alelin kintamum Teigiama mutacij savyb yra ta, kod jos sukuria genetin evoliucijos pagrind Neigiama mutacij savyb yra ta, kad jos yra daugelio lig prieastis Kadangi mutacijos gali bti gana alingos, organizmuose isivyst DNR reparacijos priemons 7-3 4. Mutacijos 7-4 Mutacijos gali bti trij pagrindini tip 1. Chromosom mutacijos Chromosom struktros pokyiai 2. Genomins mutacijos Chromosom skaiiaus pokyiai 3. Gen mutacijos Palyginti nedideli DNR struktros pokyiai, vyk viename gene 5. Chromosominio kintamumo tyrimai svarbs dl keleto prieasi 1. Jis gali turti didels reikms organizmo fenotipui 2. Jis gali turti didels reikms organizmo palikuonims 3. Jis yra ri evoliucijos svarbi varomoji jga 7-5 7.2 CHROMOSOM STRUKTROS KINTAMUMAS 6. Citogenetika yra genetikos sritis, nagrinjanti chromosom struktr ir j kiek bei pokyius. Paprastai citogenetiniai tyrimai atliekami mikroskopu, nustatant individuali lsteli ar organizm chromosom sudt Tai leidia nustatyti individus, turinius nenormalius chromosom kiekius arba struktr iuo metodu taip pat galima atskirti vairias ris 7-6 Citogenetika 7. 7-7 Klasikinje citogenetikoje chromosomos atskiriamos pagal tris pagrindinius poymius 1. Dyd 2. Centromeros padt 3. Ruo piein Visos ios ypatybs yra matomos kariotipe organizmo chromosom rinkinyje, idstytame pagal chromosom dyd ir centromeros padt Citogenetika 8. 7-8 Trumpasis petys; petite (Pranc.) Ilgasis petys Chromosom klasifikacija pagal centromeros padt Metacentrin Submetacentrin Akrocentrin Telocentrin 9. 7-9 Tiksliai identifikacijai chromosomas reikia dayti naudojant specialius metodus tam, kad irykt bdingas ruo pieinys Pavyzdys: G-ruouotumas Chromosomos yra paveikiamos proteolitiniais fermentais (tripsinu) ir daomos Giemsa daais Prie kai kuri segmet prisitvirtina daug dao molekuli Tamss ruoai Prie kit segment dao prisijungia nedaug viess ruoai mogaus chromosomose 300 G ruo matoma metafazs stadijoje 2,000 G ruo profazje Citogenetika 10. 7-10 Ruouo- tumas metafazje Ruouo- tumas profazje mogaus chromosom G ruoai ir j numeravimas 11. 7-11 12. Daymas irykinant ruouotum yra naudingas keletu poiriu: 1. Padeda atskirti chromosomas vien nuo kitos 2. Padeda aptikti net subtilius chromosom struktros pokyius 3. Padeda nustatyti glaudiai susijusi ri evoliucinius ryius Citogenetika 7-12 13. iuolaikinje citogenetikoje chromosom identifikacijai plaiai taikomas fluorescencins in situ hibridizacijos metodas (FISH) ir jo modifikacijos Citogenetika 7-13 14. Yra du pagrindiniai chromosom struktros persitvarkymo bdai 1. Bendras genetins informacijos kiekis chromosomoje pakinta Delecijos Duplikacijos 2. Genetin mediaga lieka ta pati, taiau ji pertvarkoma Inversijos Translokacijos 7-14 Mutacijos gali pakeisti chromosom struktr 15. 7-15 Delecija Chromosomos segmento praradimas Duplikacija Chromosominio segmento pasikartojimas, lyginant su normalia chromosoma Inversija Genetins mediagos isidstymo krypties pasikeitimas individualioje chromosomoje Translokacija Vienos chromosomos segmento prisitvirtinimas prie kitos chromosomos Paprasta translokacija Vienkrypt pernaa Reciprokin translokacija Dvikrypt pernaa 16. 7-16 mogaus 1-ma chromosoma mogaus 21-ma chromosoma Delecija Duplikacija Inversija Paprasta translokacija Reciprokin translokacija 17. 7-17 Delecija vyksta tada, kai chromosoma sulta, o susidars fragmentas yra pametamas Delecijos a) Terminalin delecija b) Intersticin delecija Vienas trkis Pametamas ir degraduoja Pametamas ir degraduoja Du trkiai ir likusi dali susijungimas 18. 7-18 Fenotipins delecij pasekms priklauso 1. Nuo delecijos dydio 2. Nuo to, kurioje chromosomos vietoje vyko delecija Ar pamesti genai yra gyvybikai svarbs organizmui Delecijos Kai delecijos pasireikia fenotipikai, jos, kaip taisykl, bna alingos Pavyzdiui mogaus cri-du- chat sindromas Atsiranda dl 5 chromosmos trumpojo peties delecijos 19. 7-19 Chromosom delecijos aptinkamos vairiais bdais Citologiniais metodais Naudojami didelms delecijoms aptikti Molekuliniais metodais Genetiniais metodais Jei mutantai negali sugrti laukin tip, tai gali bti delecijos poymis Dl delecij gali atsirasti reikinys, vadinamas pseudodominavimu Viena geno kopija paalinama dl delecijos Tada gali vykti kitoje chromosomoje esanios recesyvinio alelio ekspresija 20. 7-20 Chromosm duplikacijos daniausiai atsiranda dl rekombinacijos sutrikim Duplikacijos Nelygus krosingoveri s Duplikacija Delecija 21. 7-21 Duplikacij, kaip ir delecij, fenotipins pasekms priklauso nuo dydio Fenotipini pasekmi tikimyb tuo didesn, kuo didesn duplikacija Taiau duplikacijos, kaip taisykl, yra maiau alingos negu tokio paties dydio delecijos Duplikacijos 22. 7-22 Dauguma ma duplikacij neturi fenotipini pasekmi Taiau jos yra labai svarbios, nes padeda atsirasti papildomiems genams Galiausiai tai gali suformuoti gen eimas Gen eimas sudaro du ar daugiau panai gen Duplikacijos ir gen eimos 23. 7-23 Genai, kil i vieno pirmtako Nenormals genetiniai procesai Sukelia geno duplikacij Per daugel generacij genai gali pradti skirtis dl laipsnikos mutacij akumuliacijos Mutacij takai Homologiniai genai 24. 7-24 Geras pavyzdys yra globin gen eima ie genai koduoja baltymus, kuri funkcija yra suriti deguon Pvz.: hemoglobinas Globin gen eim sudaro 14 homologini gen, isidsiusi trijose skirtingose chromosomose Visi 14 gen yra kil i vieno protvi geno Skirting mutacij kaupimasis skirtinguose eimos genuose sukr 1. Globin genus, kuri ekspresija vyksta skirtingomis mogaus vystymosi stadijomis 2. Globin baltymus, kuri funkcijos labiau specializuotos 25. 7-25 Duplikacija Geriau prisijungia ir saugo deguon raumen lstelse Geriau prisijungia ir saugo deguon eritrocituose Ekspresija ankstyvojo embrioninio periodo metu Maksimali ekspresija ntumo antrojo ir treiojo trimestro metu Ekspresija po gimimo 26. 7-26 Inversija yra chromosomos segmentas, pakeits savo orientacij prieinga kryptimi Inversijos Centromera invertuotos srities viduje Centromera u invertuotos srities rib a) Pericentrin inversija b) Paracentrin inversija Normali chromosoma Invertuota sritis Invertuota sritis 27. 7-27 Inversijos atveju bendras genetins informacijos kiekis nekinta Todl dauguma inversij neturi fenotipini pasekmi Retais atvejais inversijos gali keisti individo fenotip Trkio vietos pasekm Trkiai, dl kuri susidaro inversija, vyksta gyvybikai svarbiuose genuose Padties pasikeitimo pasekm Dl padties pasikeitimo pasikeiia ir geno ekspresija Madaug 2% moni turi inversijas, kurias galima aptikti viesiniu mikroskopu Dauguma individ yra fenotipikai normals Taiau kai kuri palikuonys gali turti genetini defekt 28. 7-28 Chromosom translokacija atsiranda tada, kai vienos chromosomos segmentas prisitvirtina prie kitos chromosomos Formuojantis reciprokinms translokacijoms, genetine mediaga apsikeiia dvi nehomologins chromosomos Reciprokins translokacijos atsiranda dl skirting prieasi 1. Chromosom trkiai ir reparacija 2. Nenormalus krosingoveris Translokacijos 29. 7-29 Telomeros saugo chromosom DNR nuo sulipimo su kitos chromosomos DNR a) Chromosom trkiai ir reparacija b) Nehomologinis krosingoveris 30. 7-30 Reciprokins translokacijos pertvarko genetin mediag, taiau nekeiia jos bendro kiekio Todl jos vadinamos subalansuotomis translokacijomis Reciprokins translokacijos, kaip ir inversijos, daniausiai neturi fenotipini pasekmi Retais atvejais jos gali sukelti padties pasikeitimo pasekmes Paprastos translokacijos genetin mediag pernea tik viena kryptimi Jos taip pat vadinamos nesubalansuotomis translokacijomis Translokacijos 31. 7-31 Pavyzdys: eiminis Dauno (Down) sindromas Didesnioji 21-os chromosomos dalis yra prisitvirtinusi prie 14-os chromosomos Individas turi tris kopijas gen, esani 21-oje chromosomoje Todl jam bdingi Dauno sindromo bruoai 32. 7-32 eiminis Dauno sindromas yra Robertsono translokacijos pavyzdys i translokacija susiformuoja taip Trkiai vyksta dviej nehomologini akrocentrini chromosom paiuose galuose Mai acentriniai fragmentai pametami Didesnieji fragmentai susilieja centromerinmis sritimis, sudarydami vien chromosom io tipo translokacijos daniausiai sutinkamos mogaus organizme Nesubalansuotos translokacijos daniausiai sukelia sunkias fenotipines pasekmes ar net letalum 33. Chromosomos persitvarkymas gali paveikti geno veikl dl to, kad trkis vyksta geno viduje Kai kuriais atvejais genas lieka nepaliestas, taiau jo ekspresija pakinta dl jo naujos padties Tai vadinama padties efektu Padties efektas pasireikia dl dviej daniausi prieasi: 1. Geno persikraustymo prie kit reguliacini srii 2. Geno persikraustymo heterochromatinin chromosomos srit Chromosom struktros pokyiai gali veikti gen ekspresij 7-33 34. 7-34 Reguliacins sekos danai yra dvikrypts a) Padties efektas dl reguliacini sek b) Padties efektas dl translokacijos heterochromatinin srit 35. Chromosom skaiius gali kisti dviem pagrindiniais bdais Euploidija Itis chromosom rinkini kiekio kitimas Aneuploidija Chromosom rinkinio pavieni chromosom skaiiaus kitimai Euploidinis kintamumas retkariais aptinkamas tarp gyvn ir danai tarp augal Aneuploidinis kintamumas sukelia vairius nenormalumus 7.3 Chromosom skaiiaus kintamumas 7-35 36. 7-36 Poliploidiniai organizmai turi tris ar daugiau chromosom rinkinius Individas vadinamas trisomiku Individas vadinamas monosomiku 37. 7-37 Kiekvienos eukariot ries fenotipas priklauso nuo tkstani skirting gen i gen ekspresija yra sudtingai koordinuojama tam, kad isivystyt fenotipikai normalus individas Aneuploidija daniausiai sukelia nenormal fenotip Tai vyksta dl gen produkt kiekio disbalanso Aneuploidija 38. 7-38 Daugeliu atveju tokie pokyiai yra alingi. Jie sukuria individus, kuriems tikimyb igyventi yra maesn nei euploidiniams individams 39. 7-39 Visais 12 galim trisomij atvejais formavosi duts (idiv vaisiai), kuri fenotipai skyrsi Be to, aneuploidiniai augalai pasiymjo ir kitomis morfologinmis ypatybmis Tarp j buvo ir aling poymi Aneuploidija alingas aneuploidijos poveikis pirm kart buvo nustatytas, tiriant paprastj durnarop Datura stramonium 40. 7-40 Silpni augalai, su artimai isidsiusiais ir susipynusiais lapais 41. 7-41 Chromosom skaiiaus pokyiai gana danai vyksta formuojantis gametoms Madaug 5-10% vis mogaus embrion turi nenormal chromosom skaii ~ 50% vis spontanini abort yra dl ios anomalijos Kai kuriais atvejais chromosom skaiiaus pokyiai nra letals ir embrionai igyvena. Taiau tai visada susij su didesnio ar maesnio laipsnio vystymosi sutrikimais ir patologija Aneuploidija 42. mogaus sindromai, susij su aneuploidijomis Stovis Danis Sindromas Ypatybs Autosom anomalijos Trisomija 21 1/800 Dauno Protinis atsilikimas, nenormali dermatoglifika, siauros akys, plokias veidas, emas gis Trisomija 18 1/6000 Edvardo Protiniai ir fiziniai defektai, veido anomalijos, auktas raumen tonusas, ankstyva mirtis Trisomija 13 1/15000 Patau Protiniai ir fiziniai defektai, daugybins vidaus organ paaidos, didel trikamp nosis, ankstyva mirtis Lytini chromosom anomalijos XXY 1/1000 (v) Klainfelterio Nevaisingumas, krtins pabrinkimas, elgsenos anomalijos XYY 1/1000 (v) Jakobso Auktas gis, elgsenos anomalijos XXX 1/1500 (m) Trigubos X Auktos ir kdos, nereguliarios menstruacijos, didesnis psichini lig danis X0 1/5000 (m) Ternerio emas gis, klostuostas kaklas, lytinis neisivystymas, lengvas protinis atsilikimas 7-42 43. 7-43 Autosom aneuploidijos, leidianios embrionui igyventi, yra 13, 18 ir 21chromosom trisomijos ios chromosomos yra santykinai maos ir turi daug heterochromatino Lytini chromosom aneuploidijos sukelia maiau sunkias pasekmes negu autosom aneuploidijos Tai galima paaikinti X chromosomos inaktyvacija Todl fenotipins pasekms gali atsirasti dl 1. X chromosomoje esani gen ekspresija iki X chromosomos inaktyvacijos embrione 2. Pseudoautosomini gen ekspresijos disbalansu 44. 7-44 Kai kuri mogaus aneuploidij danis priklauso nuo tv amiaus Vyresni tvai daniau susilaukia nenormali palikuoni Pavyzdys: Dauno sindromas (21 chr. trisomija) Danis ypa priklauso nuo motinos amiaus 45. 7-45 Dauguma gyvn ri yra diploidins Daugeliu atveju euploidikumo pokyiai nra toleruojami Gyvnams poliploidija daniausiai yra letali Taiau kai kurie euploidijos variantai yra natraliai sutinkami gamtoje Bii patels yra diploidins Bii patinai (tranai) yra monoploidai Jie turi tiktai vien chromosom rinkin Euploidija (gyvnai) 46. Gamtoje aptikta tiktai keletas poliploidini stuburini ri Hyla chrysocelis (2n) Hyla versicolor (4n) 7-46 47. 7-47 Taiau daugelio gyvn organizme yra audini, kuriuose chromosom rinkini skaiius varijuoja natraliai Diploidiniai gyvnai kartais turi poliploidini audini is reikinys vadinamas endopoliploidija Pavyzdiui, kepen lstels gali bti triploidins, tetraploidins ar net oktoploidins (8n) Vabzdi politenins chromosomos yra geras natralaus ploidikumo kitimo pavyzdys Euploidija (gyvnai) 48. 7-48 Daniausiai susidaro drozofilos ir kit vabzdi seili liaukose Chromosomos kelet kart replikuojasi, taiau lstels nesidalija Drozofilos seili liauk chromosom poros dvigubja madaug 9 kartus (29 = 512) ie dvigubjimai sudaro paraleliai isidsiusi chromosom ryulius Tokios chromosomos vadinamos politeninmis Politenins chromosomos 49. 7-49 Kiekviena chromosoma prisitvirtina prie chromocentro alia savo centromeros Kartotin chromosom replikacija sukuria politenines chromosomas Politetini chromosom susidarymas I normali drozofilos chromosom Kiekvien politenins chromosomos pet sudaro imtai lygiagreiai isidsiusi chromosom Chromocentras Centrinis takas, kur agreguoja visos chromosomos 50. 7-50 Politetines chromosomas nesunku tirti mikroskopu dl j ypatingo dydio Jos yra tokios didels, kad gali bti tiriamos interfazje Politeninms chromosomoms bdingas specifinis ruouotumas Kiekvienas tamsus ruoas vadinamas chromomera Tamsaus ruoo DNR yra kompaktikesn, nei esanti tarpruoyje Drozofilos politeninse chromosomose rasta apie 5000 ruo Politenini chromosom tyrimai padjo isiaikinti daugel proces, vykstani chromosomose interfazje 51. 7-51 Prieingai nei gyvn, augal poliploidija yra bdingas reikinys 30-35% vis papari ir ydini augal yra poliploidai Dauguma maistui vartojam vaisi ir grd taip pat yra poliploidiniai Gana danai poliploidiniai augalai pasiymi geromis agrokultrinmis ypatybmis Jie bna didesni ir atsparesni aplinkos poveikiui Euploidija (augalai) Diploidins petunijos Tetraploidins petunijos 52. 7-52 Poliploidai, turintys nelygin chromosom rinkini skaii, paprastai bna sterils i augal gametos danai yra aneuploidins Pavyzdys: Triploidiniame organizme trys homologins chromosomos anafazs I metu netolygiai pasiskirsto tarp dukterini lsteli Kiekviena lstel gauna po vien kai kuri chromosom kopij ir po dvi kit chromosom kopijas 53. 7-53 Sterilumas paprastai yra alingas poymis Taiau jis gali bti agrokultrikai naudingas, nes gali sukurti 1. Besklius vaisius Beskliai arbzai ir bananai Triploidins veisls Dauginami nelytiniu keliu gliais 2. Beskles gles Triploidins veisls 54. Mitozs anomalijos Genetins anomalijos, vykusios po apvaisinimo, sukuria mozaicizm Dalis organizmo turi lsteles, kurios genetikai skiriasi nuo likusios dalies lsteli Mozaikins srities dydis ir padtis priklauso nuo to, kuriuo embrioninio vystymosi metu susidar anomalija Kratutiniu atveju anomalija gali vykti pirmojo mitozinio dalijimosi metu 7-54 55. Apvaisintas drozofilos kiauinis turi dvi X chromosomas (XX) Viena X chromosoma pametama pirmojo mitozinio dalijimosi metu Tai sukuria XX ir X0 lsteles 7-55 I lstels XX vystosi moterika drozofilos pus I lstels X0 vystosi vyrika drozofilos pus is ypatingas ir retas individas yra vadinamas bilateraliniu ginandromorfu 56. Tarpriniai hibridai Pilnas neisiskyrimas gali sukurti individus su papildomais chromosom rinkiniais Tai vadinama autopoliploidija 7-56 Autopoliploidija 57. Tarpriniai hibridai Daug danesnis chromosom rinkini skaiiaus kitimo mechanizmas yra aloploidija Ji atsiranda dl tarprins hibridizacijos 7-57 Aloploidija 58. Alodiploidai turi vien chromosom rinkin, sudaryt i susikryminusi ri chromosom 7-58 Pavyzdys yra dviej antilopi (Hippotragus equinus ir Hippotragus niger) hibridas ios dvi artimos rys turi vienod chromosom skaii, kurios, be to, yra panaaus dydio ir ruouotumo Evoliucikai susijusios dviej skirting ri chromosomos vadinamos homeologinmis is alodiploidas yra fertilus, nes homeologins chromosomos gali sudaryti sinapses mejozs metu 59. Alopoliploidai susiformuoja vykus autopoliploidijai ir aloploidijai Pavyzdiai: Raphanobrasicca, Triticale, Gossipium var. americana 7-59 Alotetraploidas: turi du pilnus chromosom rinkinius, gautus i skirting ri Alopoliploidija 60. Takin mutacija yra vienos bazi poros pokytis Tai gali bti bazi pakaitos 7-60 5 AACGCTAGATC 3 3 TTGCGATCTAG 5 5 AACGCGAGATC 3 3 TTGCGCTCTAG 5 Tranzicija yra pirimidino (C, T) pakeitimas kitu pirimidinu arba purino (A, G) pakeitimas kitu purinu Transversija yra pirimidino pakeitimas purinu ir atvirkiai Tranzicijos aptinkamos daniau u transversijas 7.4 GEN MUTACIJOS Gen mutacijos keiia DNR sekas 61. Takins mutacijos taip pat susiformuoja dl trump DNR sek insercij (intarp) ar delecij (ikrit) Gen mutacijos keiia DNR sekas 7-61 5 AACGCTAGATC 3 3 TTGCGATCTAG 5 5 AACGCGC 3 3 TTGCGCG 5 5 AACGCTAGATC 3 3 TTGCGATCTAG 5 5 AACAGTCGCTAGATC 3 3 TTGTCAGCGATCTAG 5 Keturi bazi por delecija Keturi bazi por insercija 62. Mutacijos, vykusios struktrinio geno koduojanioje srityje, gali turti vairias pasekmes polipeptidui Tylinios mutacijos yra tokios bazi pakaitos, kurios nepakeiia aminorgi sekos polipeptide Tai vyksta dl genetinio kodo isigimimo Misens mutacijos yra tos bazi pakaitos, kurios pakeiia aminorgi sek polipeptide Pavyzdys: Siklemija Jei pakeista aminorgtis pasiymi panaiomis savybmis, kaip ir ankstesnioji, tai tokia mutacija vadinama neutralia Gen mutacijos gali pakeisti koduojanias geno sekas 7-62 63. Misens mutacija sukelia siklemij Siklemij sukelia takin mutacija, dl kurios globino polipeptide glutamo rgtis pakeiiama valinu a) Normals eritrocitai b) Siklemija serganio mogaus eritrocitai 7-63 64. Mutacijos, vykusios struktrinio geno koduojanioje srityje, gali turti vairias pasekmes polipeptidui Gen mutacijos gali pakeisti koduojanias geno sekas 7-64 Nonsens mutacijos keiia normal kodon terminalin kodon Rmlio poslinkio (frameshift) mutacijos atsiranda dl vienos bazs ar kartotinio dviems bazi skaiiaus insercijos ar delecijos Tai pakeiia skaitymo rmel taip, kad pasroviui nuo mutacijos susiformuoja visikai skirtinga aminorgi seka 65. 7-65 Takini mutacij, vykusi koduojaniose sekose, pasekms Mutacijos tipas Mutacija DNR Pavyzdys Nra Tylinti Misens Nonsens Rmelio poslinkio Nra Bazi pakaita Bazi pakaita Bazi pakaita Insercija 66. Gamtinse populiacijose daniausiai sutinkamas genotipas vadinamas laukinio tipo genotipu Tiesiogin mutacija keiia laukinio tipo genotip nauj Jei mutacija naudinga, naujas genotipas gali bti isaugotas evoliucijos Prieingu atveju mutacija greiiausiai bus paalinta i populiacijos Grtamoji mutacija turi prieing poveik Ji taip pat vadinama reversija Gen mutacijos ir j pasekms genotipui ir fenotipui 7-66 67. Mutav individai danai skiriasi savo sugebjimu igyventi alingos mutacijos sumaina igyvenimo tikimyb Kratutinis atvejis yra letalios mutacijos Naudingos mutacijos sustiprina organizmo igyvenamum arba jo reprodukcin skm Kai kurios mutacijos yra vadinamos slyginmis Jos veikia fenotip tik esant tam tikroms slygoms Pavyzdiui, temperatrai jautrs mutantai 7-67 Gen mutacijos ir j pasekms genotipui ir fenotipui 68. vykusi antroji mutacija kartais turi takos pirmosios mutacijos fenotipinei ekspresijai ios mutacijos vadinamos supresinmis mutacijomis arba tiesiog supresoriais Supresoriai skirstomi dvi grupes Intrageniniai supresoriai Antrosios mutacijos vieta yra tame paiame gene (taiau ne toje paioje vietoje!), kur vyko pirmoji mutacija Intergeniniai supresoriai Antrosios mutacijos vieta yra kitame gene 7-68 Gen mutacijos ir j pasekms genotipui ir fenotipui 69. 7-69 Normalu Mutacija Intergenin supresija 70. Mutacijos nekoduojaniose sekose taip pat gali paveikti gen ekspresij Mutacija gali pakeisti promotoriaus sek Mutacijos promotori padaro promotori panaesn konsenso sek Tai gali sustiprinti transkripcij Mutacijos nuo promotoriaus maina promotoriaus sekos panaum konsenso sek Tai gali susilpninti transkripcij Mutacijos taip pat gali pakeisti splaisingo vietas eukariot genuose Gen mutacijos nekoduojaniose sekose 7-70 71. Keletas mogaus genetini lig atsiranda dl neprasto mutacij tipo, vadinamo trinukleotid kartotini sek ekspansija (TNRE) Dl io reikinio ilgis sek, sudaryt i pasikartojani 3 nukleotid, gali keistis i kartos kart Dl trinukleotid ekspansijos atsiranda tokios mogaus ligos kaip: Hantingtono liga Martino-Belo sindromas (liosios X sindromas;FRAXA) Miotonin raumen distrofija Mutacijos dl kartotini trinukleotid sek 7-71 72. Kai kurios chromosom sritys turi trinukleotidines sekas, isidsiusias tandemikai Sveiki individai perduoda nepakitusio ilgio sekas savo palikuonims Individ, sergani trinuleotid ekspansijos ligomis, sek ilgis virija tam tikr kritin rib Jos taip pat gali lengvai pailgti dar labiau Tipikas pavyzdys yra trinukleotido CAG ekspansija 7-72 CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG n = 11 n = 18 Mutacijos dl kartotini trinukleotid sek 73. Kai kada ekspansija vyksta koduojanioje geno sekoje (Hantingtono liga) Daniausiai tai bna trinukleotidas CAG (glutaminas) Todl koduojamas baltymas turi ilgas glutamino sekas Tai priveria baltymus agreguoti Agregacijos laipsnis koreliuoja su ligos sunkumu Kitais atvejais ekspansija vyksta nekoduojaniose geno srityse (Martino-Belo sindromas) Tai sukelia DNR struktros pokyius Dl i pokyi atsiranda ligos simptomai 7-73 Mutacijos dl kartotini trinukleotid sek 74. Trinukleotid ekspansijos ligos pasiymi dviem neprastomis savybmis 1. ios ligos sunkumas progresuoja i kartos kart is reikinys vadinamas anticipacija 2. Ligos sunkumas priklauso nuo to, kuris i tv perdav trinukleotidini pasikartojim sek Hantingtono ligos tikimyb didesn, jei ji paveldima tvo linija Miotonins raumen distrofijos tikimyb didesn, jei paveldima motinos linija 7-74 Mutacijos dl kartotini trinukleotid sek 75. Lios X chromosomos FMR1 geno transkripcija Premutacija virsta mutacija, brstant moterikoms lytinms lstelms. Ji pasireikia tik premutacij turini moter snums Ilgesni nei 200 CGG pasikartojim ilgio DNR fragmentai yra metilinami. Jei organizme dl koki nors prieasi yra sutriks metilinimas, Martino-Belo sindromas nepasireikia Geno FMR1 produktas baltymas FMRP nebesintetinamas FMRP dalyvauja perneant mRNR poliribosomas dendrituose, todl jo trkumas sukelia neuron funkcionavimo sutrikimus 7-75 76. Oganizm lstels gali bti dviej tip: Generatyvins lstels I j vystosi gametos, tokios kaip kiauialst ir spermatozoidai Somatins lstels Visos likusios lstels Generatyvins mutacijos tiesiogiai vyksta kiauialstse ar spermatozoiduose arba i lytini lsteli pirmtakuose Somatins mutacijos tiesiogiai vyksta somatinse lstelse arba j pirmtakuose Mutacijos gali vykti lytinse arba somatinse lstelse 7-76 77. 7-77 Mutacija gali bti perduota sekanioms kartoms Dms dydis priklauso nuo mutacijos atsiradimo laiko Kuo anksiau vyko mutacija, tuo didesn dm Mutacija negali bti perduota sekanioms kartoms a) Generatyvin mutacija b) Somatin mutacija 78. Individai, turintys genotipikai skirtingas somatines sritis yra vadinami genetinmis mozaikomis 7-78 79. Mutacijos gali atsirasti spontanikai arba bti indukuotos Spontanins mutacijos Atsiranda dl lstelini ar biologini proces sutrikimo Pavyzdiui, DNR replikacijos klaidos Indukuotos mutacijos Sukelia aplinkos veiksniai Veiksniai, galintys pakeisti DNR struktr, yra vadinami mutagenais Tai gali bti biologiniai, cheminiai arba fiziniai veiksniai 7.4 MUTACIJ ATSIRADIMAS IR PRIEASTYS 7-79 80. Mutacij prieastys 7-80 Mutacij prieastys Apraymas Spontanins mutacijos Nenormali rekombinacija Nenormalus krosingoveris gali sukelti delecijas, duplikacijas, translokacijas ir inversijas Nenormali segregacija Nenormali segregacija gali sukelti aneuploidij ir poliploidij DNR replikacijos klaidos DNR polimerazs klaidos gali sukelti takines mutacijas Toksiki metabolizmo produktai Normali metabolizmo proces galutiniai arba tarpiniai produktai gali bti chemikai aktyvs junginiai, paeidiantys DNR struktr Transpozabils elementai Gali siterpti gen ir sutrikdyti jo veikl Depurininimas Retkariais gali nutrkti ryys tarp purino ir dezoksiribozs Deamininimas Citozinas ir 5-metilcitozinas gali bti deamininami ir virsti uracil ar timin Tautomeriniai virsmai Spontaniniai bazi struktros pokyiai gali sukelti mutacijas, jei jie vyksta prie pat DNR replikacij Indukuotos mutacijos Cheminiai veiksniai Chemins mediagos gali pakeisti DNR struktr Fiziniai veiksniai UV viesa ir rentgeno spinduliai gali paeisti DNR struktr 81. Mutavimo greitis yra tikimyb, kad gene vyks nauja mutacija Jo daniausia iraika yra nauj mutacij skaiius, vyks tiriamame gene per vien generacij Mutavimo greiio skaitin iraika paprastai bna nuo 10-5 iki 10-9 per vien generacij Tiriamojo geno mutavimo greitis nra pastovus dydis Jis gali padidti, jei aplinkoje yra mutagen Skirting ri ar net skirting tos paios ries linij mutavimo greitis gali gana ymiai skirtis Mutavimo greitis ir mutacij danis 7-81 82. Net to paties individo skirting gen mutavimo greitis gali bti skirtingas Kai kurie genai yra didesni u kitus Tai padidina mutacijos tikimyb Kai kurie genai yra taip isidst chromosomose, kad tampa jautresni mutacijoms Jie yra vadinami kartaisiais takais (hot spots) Kartieji takai taip pat gali bti randami ir geno viduje Gene aptinkamos tam tikros sritys, kuriose mutacijos vyksta ymiai daniau, nei kitose srityse Mutavimo greitis ir mutacij danis 7-82 83. 7-83 Daug mutacij vyksta tiksliai toje paioje geno vietoje 84. Geno mutacij danis yra nustatomas mutavusi gen skaii padalinus i bendro gen skaiiaus populiacijoje Jei 1 milijonas bakterij buvo ista ir tarp j nustatyta 10 mutant, tada mutacij danis yra 1 i 100,000 arba 10-5 Mutacij danis priklauso ne tik nuo mutavimo greiio, bet ir nuo Mutacij pasireikimo laiko Tikimybs, kad mutacija bus perduota sekanioms kartoms Mutavimo greitis ir mutacij danis 7-84 85. Spontanins mutacijos atsiranda dl trij tip chemini pokyi 1. Depurininimo 2. Deamininimo 3. Tautomerini virsm Spontanini mutacij prieastys 7-85 Daniausias pokytis 86. Depurininimas yra purin (guanino ir adenino) paalinimas i DNR Kovalentins jungtys tarp dezoksiribozs ir purino yra kiek nestabilios Kartais vyksta spontanin reakcija su vandeniu, dl kurios baz atkabinama nuo cukraus Susidaro apurininis saitas (vieta) Apurininiai saitai gali bti reparuojami Taiau jei reparacijos sitema nesuveikia, vykstant replikacijai gali susidaryti mutacija 7-86 Spontanini mutacij prieastys 87. 7-87 Spontaninis depurininimas a) Depurininimas b) Apurininio saito replikacija Depurininimas Apurininis saitas DNR replikacija X gali bti A, T, G ar C Trys i keturi (A, T ir G) yra neteisingi nukleotidai Todl mutacijos tikimyb yra 75% 88. Deamininimas yra aminogrups paalinimas i citozino Kitos bazs nra lengvai deamininamos 7-88 DNR reparacijos fermentai gali atpainti uracil kaip netinkam DNR baz ir j paalinti Taiau jei reparacijos sitema nesuveikia, po replikacijos vyksta mutacija, kurios metu C-G virsta A-T Citozino deamininimas 89. Taip pat gali vykti 5-metilcitozino deamininimas 7-89 Timinas yra normalus DNR komponentas Tai sukelia problem reparacijos fermentams Jie negali nustatyti, kuri i dviej bazi, esani dviejose DNR grandinse, yra klaidinga Todl metilintas citozinas yra mutacij atsiradimo kartasis takas 5-metilcitozino deamininimas 90. Tautomeriniai virsmai yra laikinas bazi struktros pokytis prastin, stabili timino ir guanino yra ketonin forma Nedidelis T ir G bazi kiekis gali virsti enoline forma prastin, stabili adenino ir citozino yra amino forma Nedidelis A ir C bazi kiekis gali virsti imino forma ios retos formos skatina AC ir GT bazi por susidarym Tautomeriniai virsmai sukelia mutacijas tada, kai vyksta prie pat DNR replikacij 7-90 91. 7-91 Retaprasta 92. 7-92 Klaidingas bazi poravimasis dl tautomerini virsm 93. 7-93 Laikinas tautomerinis virsmas Grs atgal normali form Tautomeriniai virsmai ir replikacija sukelia mutacijas Iki replikacijos vyksta adenino tautomerinis virsmas Poravimosi klaida Vyksta antroji DNR replikacija DNR molekuls, randamos 4 dukterinse lstelse Mutacija 94. Daugelis veiksni gali veikti kaip mutagenai, negrtamai pakeiiantys DNR struktr Mutagenai kelia problem dl dviej pagrindini prieasi: 1. Mutagenai danai dalyvauja isivystant mogaus onkologinms ligoms 2. Mutagenai gali sukelti gen mutacijas, kurios gali bti alingos sekanioms organizm kartoms Mutageniki veiksniai danai klasifikuojami kaip cheminiai arba fiziniai mutagenai Kai kurie biologiniai veiksniai taip pat gali sukelti mutacijas 7-94 Mutagen tipai 95. Mutagen pavyzdiai 7-95 Mutagenai Poveikis DNR struktrai Cheminiai mutagenai Nitritin rgtis Deaminina bazes Hidroksilaminas Hidroksilina citozin Azoto ipritas Alkilina bazes Etilmetansulfonatas Alkilina bazes Proflavinas siterpia (interkaliuoja) DNR grandin 5-bromuracilas Bazs analogas (sijungia DNR vietoje timino) 2-aminopurinas Bazs analogas (sijungia DNR vietoje purino) Fiziniai mutagenai UV viesa Skatina timino dimer susiformavim Rentgeno spinduliai Sukelia bazi ikritas, DNR grandini trkius, ssiuvas ir chromosom trkius 96. Cheminiai mutagenai skirstomi tris pagrindines grupes 1. Bazi modifikatoriai 2. Bazi analogai 3. Interkaliuojantys junginiai 7-96 Mutagenai paeidia DNR struktr skirtingais bdais 97. Bazi modifikatoriai kovalentikai modifikuoja nukleotido struktr Pavyzdiui, nitritin rgtis pakeiia amino grupes keto grupmis (NH2 =O) Tai gali paversti citozin uracil, o adenin hipoksantin Tokios modifikuotos bazs poruojasi su kitokiais nukleotidais, nei nemodifikuotos Kai kurie cheminiai mutagenai suardo taisyklingas poras alkilindami bazes, esanias DNR struktroje Pavyzdiai: Azoto ipritas ir etilmetansulfonatas (EMS) 7-97 98. 7-98 is klaidingas poravimasis gali sukelti mutacijas naujose grandinse po replikacijos Modifikuot bazi netaisyklingas poravimasis Matricin grandin Po replikacijos 99. Interkaliuojantys junginiai turi plokias planarines struktras, kurios geba siterpti dvigub DNR spiral Tai paeidia spirals struktr Kai DNR, turinti iuos siterpusius mutagenus, replikuojasi, dukterinje grandinje gali susidaryti vieno nukleotido intarpai arba ikritos Pavyzdiai: Akridino daai Proflavinas 7-99 100. Bazi analogai sijungia dukterin DNR grandin replikacijos metu Pavyzdiui, 5-bromuracilas yra timino analogas Jis gali bti jungtas DNR vietoje timino 7-100 Normali pora is tautomerinis virsmas vyksta gana danai Klaidingas poravimasis 5-BU poravimasis su adeninu arba guaninu 101. 7-101 5-bromuracilas gali paskatinti AT bazi por virsti GC bazi pora Mutacij susidarymas replikacijos metu dl jungiamo 5-bromuracilo 102. Fiziniai mutagenai bna dviej pagrindini tip 1. Jonizuojanti radiacija 2. Nejonizuojanti radiacija Jonizuojanti radiacija Rentgeno ir gama spinduliai Pasiymi trumpu bangos ilgiu ir didele energija Gali gilia siskverbti biologines molekules Sukuria chemikai aktyvias molekules, vadinamas laisvaisiais radikalais Gali sukelti Bazi delecijas DNR grandini trkius Ssiuvas Chromosom trkius 7-102 103. 7-103 Nejonizuojanti radiacija UV viesa Turi maiau energijos Negali giliai prasiskverbti biologines molekules Formuoja susitus timino dimerus Timino dimerai gali sukelti mutacijas kai vyksta DNR replikacija 104. Mutagenikumui vertinti yra naudojama daug vairi test Vienas daniausiai naudojam yra Eimso testas Metod sukr Briusas Eimsas (Bruce Ames) Naudojamas Salmonella typhimurium kamienas, nesugebantis sintetinti histidino ios bakterijos turi mutacij gene, dalyvaujaniame histidino biosintezje. Todl jos negali augti mitybinje terpje, kurioje nra histidino vykusi kita mutacija (t.y. reversija) atstato gebjim sintetinti histidin. Tokios bakterijos sugeba augti terpje be histidino Eimso testu nustatomas mutant kiekis, susiformavs Petri lktelje, kurioje auga paveiktos tiriamja mediaga bakterijos 7-104 Tyrimai gali nustatyti, ar mediaga yra mutagenas 105. 7-105 Eimso mutagenikumo tyrimo testas Ferment, galini metabolizuoti mutagen, altinis Kontrolin lktel rodo, kad spontanini mutacij danis yra emasDidelis kolonij kiekis rodo, kad tiriama mediaga gali bti mutagenas 106. 7-106