Основные закономерности наследования признаков человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные закономерности наследования признаков человека

1. Общая характеристика строения генов человека

Транскрибируемые последовательности занимают около15% всего генома человека (остальное повторяющиеся элементы генома). Кроме того большинство генов представлено прерывистой структурой (экзон-интрон). Предполагается что кодирующие области генов занимают в молекуле ДНК 3%, а интронов -40%. Многие гены повторены в геноме несколько раз - это Мультигенные семейства, примерами служат - рибосомальные РНК, гены HLA-комплекса, гены альфа и бета-глобинов, тубулинов, миоглобина, иммуноглобулины др. В некоторых случаях наблюдается избирательная амплификация гена - число копий увеличивается в сотни и тысячи раз (рибосомальные РНК). ген человек менделирующий наследование

Гены отделены друг от друга - спейсерами - которые помимо повторяющихся последовательностей могут иметь и уникальные не транскрибирующиеся последовательности. Отличительной чертой генома человека является, то что плотность генов в разных участках генома неравномерна. Для многих генов обнаружен целый ряд Псевдогенов - они сходны с определенными нормальными генами, но не транскрибируются (в силу присутствия мутаций). Количество псевдогенов может варьировать от одного до нескольких десятков, как правило расположенных тандемно. (обсуждается роль псевдогенов в спонтанном мутационном процессе). В геноме человека присутствуют также нуклеотидные последовательности, гомологичные некоторым ретровирусам. Впервые они были идентифицированы в геноме вирусов, индуцирующих опухоли и поэтому были названы онкогенами. Гомологичные последовательности этих ретровирусов называют - протоонкогенами. Известно более 100 протоонкогенов Они очень важны на ранних стадиях эмбриогенеза, они контролируют клеточный цикл и выбирают программу развития клетки. При возникновении специфических мутаций в протоонкогене он может начать себя вести как онкоген.

МУТАЦИИ ГЕНОВ

Регуляторные экзонные сплайсинговые

1. Регуляторные - количественное изменение мРНК и первичных белковых продуктов, не затрагивая структуры и активности белка. Эти мутации менеее серьезны и часто обладают выраженным плейотропным эффектом.

2. Экзонные - точковые (трацизии, трансверсии), делеции , инверсии, инсерции.

Проявления в фенотипе экзонных мутаций: нейтральные (молчащие), миссенс, нонсенс, модифицирующие белок, летальные.

3. Сплайсинговые - не вырезание соответствующей интронной области и формирование стоп-кодона. Ошибочное вырезание экзона как правило приводит к тяжелой клинической картине.

Геном - полная генетическая система гаплоидной клетки, определяющая характер онтогенетического развития организма и наследственную передачу в ряду поколений всех его структурных и функциональных признаков. Понятие генома может быть применено к таксономической группе, виду, отдельной особи, клетке, микроорганизму или вирусу.

В каждой диплоидной клетке человека 46 хромосом, содержащих около 6пг ДНК и 3,2 х 10⁹ пар нуклеотидов, длина всех молекул ДНК около 2м. А если учесть, что тело взрослого человека состоит примерно из 5х10¹³ клеток , то общая длина молекул ДНК в организме достигнет 1х10¹⁴ м, что в тысячи раз превышает расстояние от Земли до Солнца.

В начале 80-х годов данного столетия начал осуществлятся один из наиболее дерзновенных, дорогостоящих и потенциально важных международных проектов в истории цивилизации - «Геном человека».

Марк Адамс и Крейг Вентер (Институт Геномных Исследований в шт. Мэриленд) - внесли основной весомый вклад в решение этого проекта и на сегодняшний день являются самыми цитируемыми авторами во всех областях науки.

Цели проекта «Геном человека»:

Составление генетической карты, на которую наносили гены отстоящие друг от друга на расстоянии 2млн оснований (2Мб)

Составление физической карты каждой хромосомы ( разрешение 01.Мб (мегабаза - 1млн оснований наывается 1мегабазой)

Получить карту всего генома в виде в виде охарактеризованных по отдельности клонов 5Кб - в одном клоне)

Выяснение последовательности оснований во всех молекулах ДНК (разрешение 1основание)

Нанести все гены человека на полностью секвенсовую карту человека.

Генетические карты - выявление всех генов, присутствующих в геноме организма и установление между ними хотя бы примерного расстояния.

Физические карты - установление локусов, основано на соответствии полос (при дифференциальном окрашивании) и генов. Использование метода FISH окраски позволило достичь разрешения от 2-5 Мб, а потом повысить его до 100Кб (с помощью рестриктаз)

Секвенсовые карты - точная последовательность нуклеотидов в геноме.

Картирование неизвестных признаков осуществляется следующим образом:

Выяснение группы сцепления;

Поиск ближайших фланкирующих маркеров;

Определение физической области (ДНК-последовательности) включающей искомый ген;

Клонирование набора фрагментов ДНК, перекрываемую область;

Выделение из этого наборов клона, содержащих транскрибируемые последовательности ДНК соответсвующие гену или его фрагменту;

Анализ специфических м РНК и клонирование кДНК-последовательности;

Секвенирование и идентификация самого гена.

Что мы узнали из проекта Геном человека?

• Человеческий геном - почти одинаковый (99.9 %) у всех людей

• Только приблизительно 2 % человеческого генома содержат гены, которые кодируют белки.

• Люди имеют приблизительно 30 000 генов; функции больше чем половины из них неизвестны (таб. 2.1 )

Таблица 2.1 Примерное распределение генов человека по их функциям

• Количество генов, вовлеченных в развитие и функционирование органов и тканей человека чрезвычайно различно ( таб. 2.2 ).

Таблица 2.2. Количество генов вовлеченных в развитие и функционирование органов и тканей человека

2. Менделирующие признаки

Менделирующие признаки человека (т.е. признаки которые наследуются согласно законам Г. Менделя) составляют менее 5% от общего числа признаков. Наследованиие менделирующих признаков изучают с помощью генеалогического метода. Человек для которого строится родословная называется пробанд. Сибсы -- потомки одних и тех же родителей (братья и сестры).

При построении родословных необходимо соблюдать следующие правила:

а) необходимо выяснить по собранному материалу число поколений;

б) построение родословной начинается с пробанда;

в) каждое поколение нумеруется римскими цифрами слева;

г) символы, обозначающие особей одного поколения, располагаются на горизонтальной линии и могут нумероваться арабскими цифрами.

Первоначально ученых интересовал в основном характер наследования таких признаков человека, как интеллект, специфическая одаренность, в ряде случаев -- даже социальное положение. Один из самых удобных способов выяснения истории рода и изучения наследственности человека -- составление родословных.

Примером составления родословной по историческим сведениям является родословная семьи Пушкиных (рис 2.1). Данная родословная составлена с использованием сведений, взятых из монографии С. Б. Веселовского «Род и предки А. С. Пушкина в истории» (1990 г.).

Широкое распространение в генетических исследованиях человека получило изучение характера наследования некоторых типичных (цвет глаз) и оригинальных морфологических признаков. Известна, например, родословная династии Габсбургов, где у многих членов императорского дома прослежено на протяжении шести столетий наличие узкой, выступающей вперед нижней челюсти и отвислой нижней губы.

Существуют следующие типы наследования морфологических признаков: аутосомно-доминантный; аутосомно-рецессивный; сцепленный с Х-хромосомой (с полом) доминантный; сцепленный с Х-хромосомой (с полом) рецессивный; голандрический.

В настоящее время генеалогический метод широко используется в практике медико-генетического консультирования. С его помощью устанавливается, главным образом, тип наследования заболевания и определяется, если это возможно, примерный генотип пробанда, а также его близких родственников, и, самое главное, рассчитывается вероятность проявления болезни в потомстве пробанда.

Рис 2.1. Родословная семьи Пушкиных. Примечание: Пушкины принадлежали к старинному дворянскому роду, предки которого упоминаются с 13 в., и который был тесно связан с историей становления Русского государства. По линии бабушки Марии Алексеевны вторая родословная ветвь будущего поэта -- Ржевские -- восходила к еще более древним временам Киевской Руси. Третьей ветвью, вплетавшейся в родословную Пушкиных, были Ганнибалы -- Абрам Петрович, сын эфиопского князя и крестник Петра I, и его сын Осип Абрамович, отец Надежды Осиповны. Пушкина Надежда Осиповна, мать поэта, имела восемь детей (Павел, Михаил, Софья умерли младенцами; Николай и Платон умерли в детском возрасте). Интересно отметить, что Василий Львович, дядя Александра Сергеевича Пушкина, был также русским поэтом, а Наталья Николаевна Гончарова и сам Александр Сергеевич имели в десятом колене общего прямого предка -- Ивана Гавриловича Пушкина.

3. Мультифакторное наследование

Более 70% признаков человека наследуются по мультифакторному типу.

В отличие от моногенных признаков, развивающихся в связи с мутацией одно го гена, полигенно наследуемые признаки (болезни) обусловлены суммарным (аддитивным) действием нескольких генных мутаций. Каждая из этих мутаций самостоятельно не может вызвать развитие признака (болезни). Кроме того, обязательным условием для развития таких признаков служит воздействие внешних факторов среды. Этим обусловлены сложная, многофакторная, или мультифакториальная, их природа и несоответствие характера наследования классическим законам Менделя. В этом случае часто говорят об аддитивно-полигенном наследовании с пороговым эффектом: новое качественное состояние (болезнь) достигается лишь тогда, когда суммарное действие аллелей превышает определенный "порог", необходимый для развития признака. Иначе говоря, патологический фенотип проявляется тогда, когда суммарное действие генетических и средовых факторов достигает или превышает некоторое пороговое значение подверженности. При этом все случаи патологического фенотипа (больные) располагаются на шкале подверженности выше (дальше) этого порогового значения, т е заполняют собой "хвост" популяционного распределения.

Анализируя теоретическую модель, можно сделать следующий вывод: полигенная модель наследования предполагает, что вероятность заболевания среди родственников лиц, страдающих болезнями с наследственным предрасположением, много выше, чем в общей популяции. Эта вероятность становится больше и в связи с тем, что родственники больных (особенно I степени родства) часто имеют общую с ними среду обитания. Мультифакториальные признаки (болезни) при всем их разнообразии характеризуют некоторые общие черты:

• высокая частота в популяции;

• существование клинических форм, образующих непрерывный ряд от скрытых субклинических (резко выраженных проявлений);

• значительные половые и возрастные различия в популяционной частоте нозологических форм;

• относительно низкая конкордантность по манифестным проявлениями болезни у монозиготньс близнецов (60% и ниже), тем не менее существенно превышающая соответствующий уровень у ди зиготных близнецов;

• несоответствие наследования простым менделевским моделям;

• зависимость степени риска для родственников больного от частоты болезни в популяции (она тем выше, чем реже встречается данное заболевание): риск возрастает с рождением каждого следующего больного, кроме того, он повышается по мере увеличения степени тяжести болезни пробанда.

Размещено на Allbest.ru