Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Doar rabdarea si perseverenta in invatare aduce rezultate bune.stiinta, numere naturale, teoreme, multimi, calcule, ecuatii, sisteme



Biologie Chimie Didactica Fizica Geografie Informatica
Istorie Literatura Matematica Psihologie

Chimie


Index » educatie » Chimie
» Stabilitatea adn si conservatorismul ereditar


Stabilitatea adn si conservatorismul ereditar




STABILITATEA ADN SI CONSERVATORISMUL EREDITAR

genetica clasica - ereditatea are doua aspecte – fete ale aceluiasi fenomen:

- conservatorismul ereditar = stabilitatea caracterelor ereditare

- variabilitatea = modificare a caracterului salbatec intr-unul mutant




o       conservatorismul - mult mai puternic / constant

o       variabilitatea - exceptie rara

o       echilibrul conservatorismul (stabilitatea) - variabilitatea (instabilitatea)

consrvatorismul este datorat

o       selectiei naturale => eliminarea variantelor neavantajoase

afecteaza vitalitatea, fertilitatea, natalitatea sau adaptabilitatea

o       stabilitatii termodinamice crescute a moleculei de ADN

o       existentei unor cai metabolice care repara leziunile moleculei de ADN

1. STABILITATEA TERMODINAMICA CRESCUTA A MOLECULEI DE ADN

demonstrata de pastrarea partiala a unor secvente in osteoplaste

o       specii din ordinul dinosaurieni (circa 65-200 de milioane de ani in urma)

aplicabilitate practica

o       documentarea evolutiei la nivel molecular

o       identificarea persoanelor disparute

o       diagnosticul postmortem al unei boli ereditare

Determinismul stabilitatii moleculare a ADN   

- 1. Legaturile de H transversale - permite legarea specifica pb = complementaritate

o       cromosomul 21 = 4,6 x 107 pb 11,5 x 107 = 115.000.000 legaturi

- 2. Legaturile de H longitudinale - intracatenar pe lanturile riboza-fosfat repetitive

- 3. Legaturile intracatenare hidrofobe -intre bazele vecine perpendiculare spre interior

o       cresterea stabilitatii termodinamice in sens longitudinal

- Nucleosomul - secvente de circa 146 pb

o       interactiuni sarcini negative Pi - sarcini pozitive histone

o       aceste secvente elementare sunt protejate de actiunea nucleazelor

- 5. Heterocromatinizarea = grade successive de impachetare

o       formarea de zone foarte compacte si stabile ale moleculei de AND

- 6. Mobilitatea foarte mare a moleculei => suprarasucire

o       la nucleozomi, fibra subtire, fibra groasa, buclele de cromatina

contribuie chaperonele HMG1 si HMG2

2. STABILITATEA INFORMATIONALA A ADN.

SISTEMUL DE REPARARE A MUTATIILOR

intretinerea structurii ADN

o       in 24 h - 5.000 depurinari si 100 de dezaminari / celula

o       aceste mutatii nu se fixeaza - mecanisme eficiente de reparare

mecanismele de reparare = factor major de conservare a    informatiei ereditare

o       modificare 10-20 pb / 3 x 109 pb (genom) / an

2.1. Repararea ADN prin excizie de baze

ADN glicozilaze - recunosc o baza inserata gresit si o excizeaza hidrolitic

AP endonucleazele - excizeaza reziduul glucido-fosforic ramas fara baza

ADN-polimeraza reface secventa pe matrita catenei opuse

ADN-ligaza insera fragmentul in catena, refacand structura corecta

2.2. Repararea ADN prin excizie de polinucleotide

repararea leziunilor extinse - distorsiunile din helix <=

o       dimeri intracatenari pirimidinici (T-T, T-C, C-C)

o       legarea covalenta a bazelor cu alte molecule ciclice (benzpirenul)

echipament molecular

o       helicaza + nucleaza - identifica eroarea

despiralizeaza si excizeaza de 30 de nucleotide de pe o catena

o       ADN polimeraza + ADN ligaza - refac catena lezata pe matrita normala

echipament molecular mutant =>

o       acumularea mutatiilor induse de expunerea la iradiere   

xeroderma pigmentosum - boala autosomal recesiva

2.3. Repararea postreplicativa a imperecherilor gresite de baze

enzime codificate de genele mutH, mutL si mutS

o       verifica complementaritatea moleculelor de ADN postreplicative

o       recunosc pb gresite si inlocuiesc nucleotidele de pe catena noua

catena noua - recunoscuta dupa gradul de mutilate scazut

recunoasterea pb gresite => reparare prin mecanismele commune:

o       excizie de baze prin 3’-5’ endonucleaze =>

o       refacerea moleculei dublu-catenare prin ADN-polimeraze =>

o       refacerea continuitatii catenei glucido-fosforice prin ADN-ligaze

2. Repararea postreplicativa prin recombinare

cunoscut sub denumirea de reparare inversea a erorilor

gene necesare pentru reparare se numara: recA, umuC, umuD

actioneaza atunci cand intervin leziuni majore ale ADN

o       sistem de reparare de urgenta pentru celula

produsii genei recA => sinteza enzimelor de reparare cand:

o       in nucleoplasma apar produsi de degradare a ADN

o       este inhibata recombinarea ADN

distorsiune a dublului helix => stoparea replicarii

o       genele sistemului SOS codifica o alta ADN- polimeraza

produce o catena complementara fragmentata => 2 tipuri de ADN:

catena veche modificata + catena noua discontinua

catena veche intacta + catena noua continua

o       sistem de reparare = “bypas genic”

de pe ADN normal pe ADN complementar mutatiei

secventa transferata este ulterior refacuta prin replicare

5. VARIABILITATEA EREDITARA

transmiterea imformatiei genetice => exactitate exceptionala

o       probabilitatea de modificare 10-20 baze din 3X109 / an

modificarea informatiei ereditare => diversificare

diversificarea informatiei ereditare: recombinare genetica si mutatie

5.1. RECOMBINAREA GENETICA

recombinarea genetica => structura genetica noua

o       prin reasortarea si redistribuirea materialului genetic de la 2 genitori

proces larg raspandit in natura - asigura in limite naturale si normale

o       variabilitatea informatiei ereditare - in lipsa mutatiilor => efect convergent

o       duce la diversificarea fondului genetic al speciilor

sporirea spectrului de genotipuri individuale =>

cresterea gradului de heterozigotie =>

aparitia indivizilor mai viabili si mai fertili

are loc in perioadele: preconceptionala si conceptionala

se poate clasifica in trei tipuri: intracromosomica, intrecromosomica si genomica

o       are loc secvential => amplificarea diversificarii genetice => unicate genetice

individualitatea genetica a fiecarei persoane se manifesta la nivel:

o       molecular, celular-tisular, fiziologic, morfologic, psiholo-comportamental

individualitatea genetica conditioneaza

o       capacitatea diferentiata de adaptare

o       predispozitia diferita la diverse boli

o       raspunsul diferit al indivizilor la metabolizarea unui medicament / toxic

o       compatibilitatea sau incompatibilitatea grefelor etc.

5.1.1. Recombinarea intracromosomica

are loc in cursul gametogenezei <= procesul de crossing-over - in profaza I

o       schimbul incrucisat de fragmente de ADN intre cromosomii omologi =>

o       cromosomi cu configuratie genica noua = gene de la ambii parinti =>

o       amplificarea gradului de heterozigotie al indivizilor dintr-o populatie

Conform legii a-II-a    a lui Mendel

o       genele situate in loci diferiti    segrega independent

o       valabil pentru genele situate pe cromosomi diferiti

o       partial valabil pentru genele de pe acelasi cromosom

Doi loci apropiati = genele mostenite impreuna = gene linkate

o       gene neseparate prin crossing‑over => genele sunt in relatie de 'cuplaj'

Frecventa de recombinare - proportionala cu distanta dintre 2 loci

o       unitatea de masura (distanta genetica ) = centi Morgan (cM)

o       1 cM = probabilitatea unui crossing‑over la fiecare 100 de mitoze

o       genomul uman are o marime (genetica) de aproximativ 3.000 cM

o       lungimea fizica a genomului uman haploid este de aproximativ 3 x 109 p.b.

deci 1 cM corespunde la aproximativ 106 p.b. (1000 kb)

o       fregventa de recombinare este mai mare in asa numitele 'puncte fierbinti'

Recombinarea prin crossing‑over are loc mai frecvent la femeie decat la barbat

o       cromosomii mari => 3 crossing‑overe

o       cromosomii mijlocii => 2 crossing‑overe

o       cromosomii mici => 1 crossing‑over

5.1.2. Recombinarea intercromosomica

are loc in gametogeneza - repartizarea cromosomilor bivalenti - in anafaza I

repartizarea unei perechi de omologi - independenta de celelalte perechi =>

o       223 combinatii (223 = 8.388.608) - una va participa in fecundare =>

o       legea I-a a lui Mendel

5.1.3. Recombinarea genomica

are loc in fecundare = reasortarea cromosomilor din cei doi gameti parentali

o       pentru fiecare gamet exista 223 variante de combinatii cromosomiale

o       pentru zigot = 223 + 223 = 246 posibilitati (246 = 70.368.74177.664)

fiecare embrion = o posibilitate din 246 posibilitati =>

probabilitatea cvasinula de a exista doua persoane identice

exceptie gemenii monozigoti

o       legea aII-a a lui Mendel

5.2. MUTATIILE

mutatiile = modificari anormale ale informatiei genetice ce se transmit ereditar

mutatia = mecanism de variabilitate ce are loc cu frecveta mica => fenotip mutant

fenotipul mutant poate fi exprimat la unul sau mai multe nivele

o       molecular, celular, tisular, fiziologic, morfologic sau psiho-comportamental

o       afecteaza mai frecvent celulele somatice si mai putin pe cele germinale

celulele mutante formeaza o clona in populatia celulelor normale   

clasificare extensia modificarilor la nivelul materialului genetic

o       mutatii genice

o       mutatii cromosomiale

o       mutatii genomice

5.2.1. Mutatiile genice

reprezinta modificari ale informatiei la nivelul genei

o       pot fi ereditare (celulele germinale) sau neereditare (celulele somatice)

o       duc la aparitia unei gene mutante = gena cu structura si functie modificata

mutatii genice extinse sau in pozitii 'strategice' ale proteinei codificate de gena =>

o       manifestare constanta in raport mediul => boli ereditare

5.2.1.1. Bazele moleculare ale mutatiilor genice:

Substitutiile = inlocuiri de nucleotide - pot avea loc prin:

o       tranzitie = inlocuirea unei baze cu acelas tip de baza

tranzitiile C-T = 35-50% din toate mutatiile punctiforme

datorita tautomeriei cetonica enolica sau aminica iminica

o       transversie - inlocuirea unei baze purinice cu o baza pirimidinica

Deletiile = pierderi de nucleotide

o       3n nucleotide = deletie simpla => pierderea n aminoacizi din polipepid

o       deletia 3n => modificarea cadrului de citire al genei =>

modificarea secventei aminoacizilor din molecula proteica =>

codon stop sinteza => produsul genei = proteina trunchiata

Insertiile = castig de nucleotide

o       3n nucleotide = insertie simpla => insertia n aminoacizi in polipeptid

o       insertia 3n => efecte similare cu cele din deletie

tip particular de insertie – transpozitia

modificarea unui locus a unei secvente de ADN =>

modificarea sau abolirea functiei genelor afectate

=> hemofilie A, hemofilie B si neurofibromatoza I

5.2.1.2.a. Mecanismele moleculare de producere a mutatiilor genice

1. Erorile spontane de replicare <= tautomeria bazelor

o       tautomerie = izomerie dinamica, atomii / legaturile chimice au pozitii diferite

formele cetonica / aminica = stabile <= energie de rezonanta scazuta

normale din punct de vedere genetic

formele enolica / iminica = instabile <= energie de rezonanta mare

forma imino a C se imperecheaza cu A (in loc de G)

forma enol a G se imperecheaza cu T (in loc de C)

o       efectele tautomeriei

substitutii punctiforme / extinse pe o catena    <= tranzitie + replicare

amplificata de radiatiile ionizante => ionizarea bazelor

decalarea cadrului de lectura <= secventele repetitive

imperechere peste cateva baze <= baze identice in sensul 5’-3’ =>

catena nascenta cu o deletie 3n baze => decalare cadru de lectura

deletii cu multiplu de 3n

Figura 5- Complexitatea tranzitiilor tautomerice ale timinei

(dc – forma dicetonica, ce – forma cetoenolica, de – forma dienolica).

5.2.1.2.b. Mecanismele moleculare de producere a mutatiilor genice

2. Leziunile spontane ale bazelor <= depurinare, dezaminare, oxidarea bazelor

o       depurinarea <= ruperea legaturilor glicozidice intre d-riboza si baza azotata

izolata => replicare => incorporarea pe catena opusa a oricarei baze =>

mutatie punctiforma prin substitutie

adiacenta => reparare+replicare => insertie A adiacent situsului apurinic

transversiile GC-TA si AT-TA

mutatii cu extensie mica prin substitutie sau deletii mici

o       dezaminarea => substitutie de baze => mutatii punctiforme





dezaminarea 5-metilcitozinei => timina

dezaminarea citozinei => uracil

o       leziunile oxidative ale bazelor <= intermediari metabolici

peroxidul de hidrogen (H2O2), radicalii hidroxil si superoxid =>

substitutii de baze (punctiforme sau cu extensie mica)

3. Interactiunea cu agenti de intercalare = mutageni chimici

o       molecule hidrofobe plate => intercalare intre baze adiacente pe aceiasi catena

dioxina, bromura de etidiu, acridinoranj, proflavina etc.

o       intercalarea => distorsiuni in dublul helix => in timpul replicarii =>

insertii / deletii cu extensie mica => decalarea cadrului de lectura

5.2.1.2.c. Mecanismele moleculare de producere a mutatiilor genice

Incorporarea de analogi de baze = derivati purinici / pirimidinici

o       asemanarile de structura => incorporare in cursul replicarii (catena nascenta)

5-Br-U (enolic / ionizat) = analog T => (?) pereche cu G

tranzitie 5BrU-A (TA) => 5BrU-G (CG) => tranzitia T-C

2-NH2-purina (cetonic) = analog A => cuplare cu C / T

tranzitii 2-NH2 -Pu(A)-T => A-T (normal) / G-C (anormal) =>


mutatii punctiforme / cu extensie mica

Figura 5-5. Structura analogilor de baze azotate

5.2.1.2.d. Mecanismele moleculare de producere a mutatiilor genice

5. Modificarea structurii ADN - indusa prin factori fizici

o       radiatiile neionizante (radiatiile ultraviolete) si ionizante (radiatiile X)

radiatiile ultraviolete => dimeri pirimidinici (T-T, T-C, C-C)

distorsiuni in dublul-helix => imperecherea incorecta a bazelor

radiatii X => ionizarea bazelor / rupturi in moleculele de ADN

6. Modificarea bazelor indusa de factori chimici = agenti mutageni chimici

o       alchilare, hidroxilare si dezaminare =>

o       substitutii de baze pe catena opusa => imperecheri gresite de baze

metilmetan-sulfonatul / etilmetan-sulfonatul => alchilarea bazelor

hidroxilamina => hidroxilarea C => imperechere cu A, rar G =>

mutatie punctiforma / cu extensie mica prin tranzitia CG-AT

oxidul nitric indeparteaza gruparile NH2 din A, G si C   

7. Modificarea secventei ADN indusa de agenti biologici = endogeni / exogeni

o       agentii endogeni = secventele repetitve de ADN si transpozoni

transpozonii = secvente mobile de AND - codifica – transpozaza =>

insertia in loci specifici => mutatii prin transpozitie intr-o gena => modificarea cadrului de lectura

secvente repetitive - 102-106 (inalt, moderat sau slab repetitive)

lungimi diferite 101-102 pb

mutatii prin crossing-over inegal => modificarea cadrului de lectura

o       agentii exogeni = virusi cu capacitatea de insertie lizogena in genom

direct sau indirect (cADN, pe matrita de ADN sau ARN)

mutatii prin transpozitie => modificarea cadrului de lectura

5.2.1.3.a.    Clasificarea mutatiilor genice

- A - functie de sensul informational al mutatiei

1) mutatii silentioase (sinonime, mute) - codifica acelasi aminoacid

o       nu modifica (calitativ si cantitativ) functia biologica a polipeptidului codificat

o       reprezinta circa 25% din mutatiile punctiforme

2) mutatii cu sens gresit (missens) - codifica un aminoacid diferit (anormal)

o       modifica structura produsului genei => scaderea / pierderea activitatii

reprezinta circa 70% din mutatiile punctiforme

- a) conservative => inlocuirea cu un aminoacid similar (din aceiasi clasa)

efect mic asupra functiei biologice a produsului genei

- b) nonconservative => inlocuirea unui aminoacid cu altul, din alta clasa

modifica semnificativ functia biologica a produsului genic

3) mutatii non-sens => codon stop => produsul genic scurtat - nefunctional

o       se asociaza cu fenotipuri severe

o       reprezinta circa 2-5% din mutatiile punctiforme

- B - functie de sensul selectiv al mutatiei

1) mutatii neutre - nu confera avantaje / dezavantaje selective

2) mutatii detrimentale (dezavantajoase) => dezavantaj mai mare sau mai mic

o       presiunea selectiei naturale => eliminare - reprezinta majoritatea mutatiilor

3) mutatii avantajoase => avantaj adaptativ - retinute de selectie

o       reprezinta o mica parte din ansamblul mutatiilor

- C - functie de modalitatea in care survin

1) mutatii spontane - survin intamplator, cu frecventa foarte mica

o       cauza (naturala / artificiala) - greu de asociat cu boala unui subiect

2) mutatii induse <= activitate antropica - frecventa mai mare decat cele spontane

o       reprezinta un risc profesional

5.2.1.3.b.    Clasificarea mutatiilor genice

- D - functie de extensia leziunii ADN

1) punctiforme = modificare 1 nucleotid prin substitutie, deletie sau insertie

2) extinse = modificarea unei secvente de nucleotide:

o       a) substitutia de baze cu un grup echivalent ca marime

o       b) insertia de baze

transpozitie / crossing-over => fuziuni intre gene alele sau nealele

modificarea cadrului de lectura

splicing anormal => alungirea produsului genic cu o secventa intronica

jonctiunea gresita a exonilor => produsi genici ectopici

o       c) deletia de baze prin crossing-over inegal =>

scurtarea produsului genic / modificarea cadrului de lectura

- E - functie de clonele celulare afectate

1) mutatiile somatice - mai frecvente - celulele somatice sunt o tinta mai mare

o       afecteaza numai organismul purtator

o       marimea clonei mutante este corelata cu momentul ontogenetic

2) mutatiile germinale - putin probabile - celulele somatice sunt o tinta mica

o       se transmit de la o generatie la alta

o       exprimarea lor depinde de recesivitatea sau dominanta alelelor mutante

- F - functie de nivelul fenotipic afectat   

1) mutatii morfologice => efect vizibil (normal / patologic)

2) mutatii biochimice => pierderea / alterarea functiei unor molecule =>

o       boli moleculare ereditare boli metabolice

o       predispozitii pentru unele boli multifactoriale

5.2.1.3.c.    Clasificarea mutatiilor genice

- G - functie de efectul fenotipic al mutatiei   

1) mutatii letale => modificareaa drastica a capacitatii de adaptare =>

o       moartea indivizilor

2) mutatii supresoare - anuleaza sau diminueaza efectele mutatiei primare:

o       intragenice – modifica aceleasi baze (reversmutatie) /alte perechi de baze

o       intergenice – se produc intr-o gena supresoare =>

anularea efectului mutatiilor non-sens, missens, schimbare cadru de citire

3) mutatii conditionale - in anumite conditii specifice si restrictive de mediu

4) mutatii dinamice (instabile) - constau in repetarea de 102-103 ori a unor codoni

o       a) amplificarea tripletului CAG => formarea a insulelor poliglutamice

o       b) amplificarea codonului CGG de la nivelul intronilor

afecteaza metilarea ADN si structura cromatidei =>

situsurile fragile => inhibarea exprimarii genei adiacente

o       c) amplificarea tripletului CTG => fenomenul de anticipatie

repetarea de 50-1.000 ori

boala este mai grava numarul de repetari

5.2.1.3.d.    Clasificarea mutatiilor genice

- H - functie de efectul comparativ al mutatiei cu fenotipul normal (salbatec)

1) mutatii amorfe (alele nule) –

a)      tip de mutatie

o       deletii extinse sau cu decalarea cadrului de lectura

o       insertii extinse sau cu decalarea cadrului de lectura

o       mutatii nonsens

o       substitutii nonconservatoare

b)      efect molecular = abolirea functiei produsilor genici

c)      efect fenotipic = manifestare clinica foarte severa

d)     mod de transmitere = A-recesiv simplu sau X-recesiv simplu

2) mutatii hipomorfe

a)      tip de mutatie

o       substitutii conservatoare punctiforme sau putin extinse

o       substitutii nonconservatoare punctiforme sau putin extinse

o       deletii limitate fara decalarea cadrului de lectura

o       insertii limitate fara decalarea cadrului de lectura

b)      efect molecular = produsi genici cu activitate redusa sau in cantitate redusa

c)      efect fenotipic = manifestare clinica foarte variabila

o       in functie de nivelul functiei reziduale al produsilor genici

d)     mod de transmitere =A-recesiv gradual sau X-recesiv gradual;

A/X-dominant (haploinsuficienta)

3) mutatii hipermorfe

a) tip de mutatie – foarte specifica – putin probabila (exclus deletie/disruptie)

b) efect molecular = produsi genici cu activitate exacerbata / cantitate crescuta

c) efect fenotipic = manifestare clinica foarte specifica cu expresivitate variabila

o       functie de interactiuni (ex. multimeri, ligand-receptor etc)

d) mod de transmitere = A-dominant pozitiv sau X-dominant pozitiv

4) mutatii antimorfe

a) tip de mutatie – foarte specifica – putin probabila (exclus deletie/disruptie)

b) efect molecular = produsi genici ce antagonizeaza produsii normali

c) efect fenotipic = manifestare clinica specifica

d) mod de transmitere = A-dominant negativ sau X-dominant negativ

5) mutatii neomorfe

a) tip de mutatie – diferite - frecvente in cancer, rare in alte boli

b) efect molecular = produsi genici cu proprietati noi ± proprietatile normale

c) efect fenotipic = manifestari clinice foarte specifice – mai frecvent cancer

d) mod de transmitere = diferit

5.2.1.a. Efectul mutatiilor genice la nivel molecular

mutatiile => controlul inadecvat al transcrierii / traducerii informatiei genetice

o       a) transcrierea mesajului genetic => sinteza de mARN in cantitate inadecvata =>

deficit / surplus de produs genic normal

o       b) procesarea posttranscriptionala (maturarea mARN prin spicing / matisare) =>

ansamblarea anormala a exonilor => mARN cu lungime anormala

lipsa / surplus de secvente de aminoacizi => proteina nefunctionala

o       c) traducerea mesajului genetic <= lipsa / exces de factori reglatori de:

initiere / elongare / eliberare => cantitate de produs genic inadecvata

o       d) procesarea posttranslationala <= anomalii in maturare

fosforilare, glicozilare, hidroxilare, activare a produsului genic => altereaza

v     formarea complexelor polipeptidice

v     insertia proteinelor in membrane

v     transportul transmembranar

v     interactiunea hormon-receptor etc.

v    

5.2.1.b. Efectul mutatiilor genice la nivel molecular

1) Mutatiile intragenice din secventele codificatoare

majoritetea mutatiilor identificate pana in present

majoritatea lor sunt produse prin susbtitutia de nucleotide

o       nesinonime afecteaza in marea majoritate unul sau doua baze

o       sinonime in loci diferiti => efect clinic

localizare - secventele repetitive intraexonice = rata mutatie crescuta

activare situs criptic de matisare cu localizare exonica

mutatie => modificarea secventei de aminoacizi (structurii primare) =>

o       dereglari in plierea moleculei (structurii secundare) =>

o       alterarea structurii tridimensionale a unei molecule polipeptidice =>

asocierea anormala a subunitatilor proteinelor multimerice

anomalii in localizarea membranara sau subcelulara

anomalii in legarea cofactorilor sau a gruparilor prostetice

abolirea functiei - mutatii amorfe (recesive simple)

deficitul de functie - mutatii hipomorfe (recesive graduale)

amplificarea functiei - mutatii hipermorfe (dominante pozitive)   

antagonizarea functiei - mutatii antimorfe (dominante negative)

dobandirea unei noi functii biologice – mutatii neomorfe (diferite)

mutatiile hipomorfe / amorfe => scaderea / abolirea functiei produsului genei

configuratie heterozigota => 1/2 din produsul genic normal

conditii obisnuite => exercitarea functiei genei

conditii de solicitare maxima => deficit de functie = haploinsuficienta

v     sinteza a 50% din produsul genic normal nu este suficienta

mutatii hipermorfe, antimorfe si neomorfe => functii anormale a produsului genic

locus / loci diferiti => aceiasi boala => heterogenitate genetica

in aceiasi gena => boli diferite => heterogenitate clinica



Mutatii ce duc la pierderea functiei genice (Strachan T. & Read A.)

nR.

tIP DE MUTAtIE

eXEMPLU

Deletii

complete

Talasemii – majoritatea

partiale

DMD – 60%

Disruptii genice

translocatii autosomale in X

DMD la

inversii – alela F8C

Hemofilia A

Insertii

insertie secventa repetitiva LINE-1

Hemofilia A

Inactivare promotor

mutatie

-globina 29A G

metilare C

s. cr. X-fragil – gena FMR-1

Destabilizare mARN

mutatie in situsul de poliadenilare

-globina AATAAA AATAGA

mutatii nonsens

FBN-1 (gena fibrilinei)

Splicing anormal

inactivare situs de splicing donor

PAX-3 451+1G T

inactivare situs de splicing acceptor

PAX-3 452-2A→G

activare situs de splicing criptic

-globina intron 1-110G→A

Insertie

cu decalare cadru de lectura

PAX-3 874-875insG

Substitutie

conversie codon sens nonsens

PAX-3 GlnQ254Stop

Substitutie nonconservativa

PAX-3 Arg271Cys

Procesare posttranscriptionala anormala - colagen

EDS-VII propeptid N-terminal

Insertie anormala in membrana

CF – Fen508del

Fenotipuri patologice cauzate de haploinsuficienta genica (Strachan T. & Read A.)

Nr.

fENOTIP

mIM

GENA

Sindromul Alagille

JAG1

Exostoza multipla

EXT1

Neuropatia tomaculoasa

PMP22

Stenoza aortica supravalvulara

ELN

Sindromul tricho-rino-falangeal

TRPS1

Sindromul Waardenburg, tip 1

PAX3

Mutatii ce duc la castig de functie genica (Strachan T. & Read A.)

Nr.

Malfunctia

Gena

Fenotip

MIM

Supraexprimare gena

PMP22

b. Charcot-Marie-Tooth

Activare constitutionala - receptor

GNAS1

b. McCune-Albright

Achizitia unui nou substrat

PI (Pittsburg)

Deficitul de -1-antitripsina

Deschidere inadegvata - canale ionice

SCN4A

Paramiotonia congenitala

Ansamblare anormala multimeri

COL2A1

Osteogeneza imperfecta

Diferite

Agregarea proteinelor

HD

b. Hunctington

Gena himera

BCR-ABL

Leucemia mieloida cronica

Relatiile posibile intre pierderea functiei genice si fenotipul clinic

Fara efect

Boala

Fara efect

Boala

Fara efect

Boala usoara grava

Fara efect

Efect pe sistemul A

Efect pe sistemul B

50 0

Nivelul rezidual al functiei genice [%]

Nivelul activitatii reziduale a hipoxantin-guanin fosforibozil transferazei (HPRT)

Nr.

HPRT [%]

Fenotip clinic

>60

Normal

Neurologic normal + hiperuricemie (guta)

Afectare neurologica = coreoatetoza

s. Lesch-Nyhan = coreoatetoza, automutilare (inteligenta normala)

<1,4

s. Lesch-Nyhan clasic = coreoatetoza, automutilare, retardare mintala

Mutatii diferite in aceiasi gena care induc boli diferite

Nr.

Gena

Locus gena

Boala

Simbol boala

MIM

PAX3

2q35

s. Waardenburg tip 1

WS1

Rabdomiosarcom alveolar

RMS2

CFTR

7p31.2

Fibroza chistica

CF

Absenta bilaterala a canalelor deferente

RET

10q11.2

Neoplazia endocrina multipla tip 2A

MEN2A

Neoplazia endocrina multipla tip 2B

MEN2B

Carcinomul medular de tiroida

FMTC

b. Hirschprung

HSCR

PMP22

17p11.2

Neuropatia Charcot-Marie-Tooth tip 1A

CMT1A

Neuropatia tomaculoasa

HNPP

SCN4A

17q23.1-q25.3

Paramiotonia congenitala

PMC

Paralizia periodica hiperpotasica

HYPP

PRNP

20p12-pter

b. Creutzfeldt-Jacob

CJD

Insomnia fatala familiala

FFI

GNAS1

20q13.2

Osteodistrofia ereditara Albright

AHO

s. McCune-Albright

PFD

AR

Xcen-q22

s. de feminizare testiculara



TFM

b. Kennedy

SBMA

5.2.1.c. Efectul mutatiilor genice la nivel molecular

- 2. Mutatiile intragenice din secventele necodificatoare

afecteaza secventele intronice necodificatoare inalt conservate

o       dinucleotidele GT si AG => delimiteaza capetele intronilor / alte secvente

o       pierd / castiga functia de situsuri de splicing

reprezinta 10-15% din mutatiile cu efect patogenic

mecanisme:

- a) abolirea situsurilor de splicing ale unui intron =>

o       editarea unui mARN matur cu lungime crescuta fata de cel normal =>

o       traducerea integrala a unei secvente intronice =>

sinteza unei proteine cu o secventa suplimentara de aminoacizi

decalarea cadrului de lectura => proteina trunchiata / total modificata

- b) utilizarea unui situs criptic de splicing => editarea mARN matur =>

o       insertie partiala secvente intronice => insertia unui grup de aminoacizi

o       deletia partiala a unor secvente exonice => deletia unui grup de aminoacizi

decalare cadru de lectura => alterarea profunda a mesajului genetic

- c) omiterea unor exoni prin mutatia situsurilor de splicing acceptor si donator

o       functie normala = delimitarea a doi introni de exonul dinte ei =>

o       mutatia => editarea mARN matur mai scurt => sinteza unei proteine deletate

5.2.1.d. Efectul mutatiilor genice la nivel molecular

- 3. Mutatiile extragenice din secventele reglatoare (promotori / secvente de consens)

reprezinta o parte semnificativa a mutatiilor patogenice =>

functionarea inadecvata a mecanismelor de control al expresiei genei normale.

o       a) exprimarea genei intr-un tesut neadecvat   

cu / fara functionarea normala in tesutul adecvat = exprimare ectopica

unde in mod normal gena ar trebui sa fie represata

o       b) exprimarea la un moment nepotrivit

cu / fara functionarea normala la timpul potrivit

cand in mod normal gena ar trebui sa fie represata

o       c) exprimarea excesiva / insuficienta in tesutul normal si la momentul potrivit

exprimare atipica

5.2.1.5. Rata si frecventa mutatiilor genice

rata = numar mutatii / locus specific / gamet (celula) / generatie intr-o populatie

o       rata mutatiilor variaza intre 10-4-10-6 / locus / gamet / generatie

o       stabilirea cu precizie a ratei mutatiei - greu de realizat din cauza prezentei

seriilor polialelice

mutatiilor sinonime (greu de detectat)

recesivitatii majoritatii mutatiilor (exprimate la homozigoti)

retromutatiei spre gena normala prin mecanismele de reparare a ADN

o       factori endogeni (genetici) ce cresc rata mutatiei la om

marimea genei

numarul si dimensiunea intronilor dintr-o gena

dimensiunea intronilor => erori in sinteza / maturarea mARN

prezenta secventelor de ADN inalt repetitive la nivelul intronilor

creste frecventa crossing-over-ului inegal

frecventa = numar mutatii dintr-o populatie celulara (somatica / germinala)

= numar mutatii dintr-o populatie de indivizi umani

o       un individ - purtator a 3-8 mutatii (alele mutante recesive letale / semiletale

la homozigti ? => efecte detrimentale serioase

reprezinta balastul genetic al fiecarui individ

5.2.2. Mutatiile cromosomiale

mutatii cu extensie foarte mare pot afecta structura / numarul cromosomilor

o       mutatia survine in diviziunile celulare din gametogeneza / embriogeneza

gametogeneza => toate celulele viitorului organism   

embriogeneza => o parte din celule => mozaic = clone celulare

o       factori de risc genetici pentru descendenti => sindroame plurimalformative

cauzele => acidente de diviziune: genetice sau ambientale

o       factori de risc genetici ce pot conditiona mutatiile cromosomiale

mutatiile => genele implicate in diviziunea celulara

o       factori ambientali - mai importanti sunt cei fizici

5.2.2.1.a. Aberatiile structurale ale cromosomilor

modificari ale structurii cromosomilor <=fragmentari in timpul metafazei

o       urmate sau nu de reunirea fragmentelor

gametogeneza parentala => risc genetic pentru descendenti = cel putin 50%

modificarea cantitativa = mutatie neechilibrata

factor cauzal al sindroamelor cromosomiale prezente la nastere

remaniere a structurii cromosomiale = mutatie echilibrata

risc genetic pe parcursul dezvoltarii ontogenetice

riscurile genetice ale anomaliilor structurale

o       cancere <= anumite translocatii => altereaza functia unor protooncogene

t(9:22), t(2:8; 8:14; 8:22), t(10:24), t(15:17), t(1:19)

translocatia t(9:22) - asociata cu 90% din cazurile de leucemie mieloida cronica

o       protooncogena C-ABL 9q34 => 22 = formare gena himera functionala

o       => proteina himera => tirozin-kinaza => transformare celulara

o       citogenetic = Philadelphia (Ph1) = marker = cromosom 22 mai mare

translocatia t(8q:14q) - asociata cu 90% din cazurile de limfom Burkitt

o       fuziune protooncogena MYC cu genele ce codifica imunoglobulinele =>

o       activare => secventa reglatoare a genelor Ig => proliferarea limfocitelor B

5.2.2.1.b. Aberatiile structurale ale cromosomilor

mecanismele prin care are loc modificarea structurii

- 1. Deletia (monosomia partiala) = pierdere a unui fragment cromosomial

o       terminala - la unul sau ambele capete ale cromosomului

cromosomii inelari = tip particular de deletie terminala

o       interstiala - in unul / ambele brate

o       paracentrica - in unul din brate fara interesarea centromerului

o       pericentrica - extinsa la ambele brate, cu interesarea centromerului

- 2. Translocatia = transferul unui fragment cromosomial

o       reciproca = schimbul reciproc intre doi cromosomi neomologi

o       nereciproca = fragment cromosomial transferat unidirectional

o       intracromosomiala (transpozitia) = schimbare de pozitie in acelasi cromosom

o       robertsoniana = fuziune centromerica a doi cromosomi acrocentrici

- 3. Inversia - ruperea unui cromosom, rotire fragment cu 180 si reunirea fragmentelor

o       mutatii echilibrate => schimbari in ordinea genelor de pe segmentele inversate

- pericentrica - in fragmentul cromosomial inversat este cuprins centromerul

- paracentrica - centromerul nu este implicat

Duplicatia (trisomia partiala) = dublarea unui segment cromosomial

- 5. Izocromosomii = 2 metacentrici, cu secvente identice, unul 2q celalalt 2p

o       se formeaza prin clivarea anormala, transversala a centromerului

o       mai frecvent - izocromosomii X = 20% din cazurile de sindrom Turner

- 6. Situsurile fragile = discontinuitati ale cromatidelor (1 /2) la cromosomii metafazici

o       au aceiasi localizare in cromosom si se transmit dominant

o       sindroame asociate cu situsuri fragile: sindromul X fragil

xeroderma pigmentosum, anemia Fanconi, sindromul Bloom

Sindroame cauzate, uneori, de microdeletii cromosomiale autosomale

Nr.

Fenotip clinic

Anomalia structurala

MIM

s. Wolf-Hirschhorn

Del 4p16.3

s. Cri du chat

Del 5p15.2-p15.3

s. Williams

Del 7q11.23 (gena elastinei)

s. WAGR (tumora Wilms,

aniridie, anomalii genitale, retardare fizica)

Del 11p13 (genele WT1 si PAX6

s. Prader-Willi

Del 15q11-q13 pat

s. Angelman

Del 15q11-q13 mat

s. Rubinstein-Taybi

Del 16p13.3

s. Miller-Diecker

Del 17p13.3

s. Smith-Magenis

Del 17p11.2

s. Alagille

Del 20p12.1-p11.23

s. Di George (velocardiofacial, Schprinzen)

Del 22q11.21-q11.23

5.2.2.2.a. Aberatiile numerice ale cromosomilor

normal celulele = euploide = set diploid cromosomial (la om 2n = 46 cromosomi)

mutatii => modificare numar cromosomi: aneuploidii si poliploidii

aneuploidie = modificarea numarului de cromosomi din una sau mai multe perechi

o       factori etiologici majori ai sindroamelor plurimalformative

o       factori de risc genetici pentru descendenti

consecinta accidentelor de diviziune celulara, putand exista diferite tipuri:

nulosomia = 2n-2 (lipsa unei perechi de cromosomi, incompatibila cu viata)

monosomia = 2n-1 (lipsa unui cromosom dintr-o pereche)

trisomia = 2n+1 (prezenta unui cromosom suplimentar la o pereche)

tetrasomia = 2n+2 (prezenta unei perechi suplimentare de cromosomi)

pentasomia = 2n+3 (trei cromosomi suplimentari la o pereche de cromosomi) etc.

mecanismele accidentelor de diviziune: nondisjunctia sau intarzaierea anafazica

o       nondisjunctia = nesepararea cromatidelor la inceputul anafazei

=> autosomii / gonozomii => repartitia inegala a cromosomilor

in gametogeneza rezulta gameti cu n-1, n+1, n+2 cromosomi

in embriogeneza => organisme cu mozaicism celular

o       intarzaierea anafazica a unei cromatide => doua celule fiice inegale genetic

2n cromosomi (normal), respectiv 2n-1 cromosomi (monosomie)

in meioza => gameti monosomici in proportie de 50%

in embriogeneza => organism cu mozaicism celular

5.2.2.2.b. Consecintele aberatiilor numerice ale cromosomilor

soarta unei clone celulare anormale postmitotice depinde de:

o       tipul accidentului (tip anomalie, numar + marime cromosomi anormali)

major => moartea celulelor = eliminarea clonei

embriogeneza => risc avort spontan precoce

intermediar => compromitere mitoze = disparitia clonei celulare

embriogeneza => risc avort spontan / copil malformat

mic => supravietuire afectarea capacitatii de diviziune a clonei

permit supravietuirea = malformatii grave datorate <=

v     aplaziei, hipoplaziei sau hiperplaziei

o       momentul ontogenetic in care s-a produs - 50% din cauzele de avort spontan

accident precoce => % mare celule anormale

nondisjunctie I-a diviziune a zigotului => 45/47 cromosomi

nondisjunctie a-II-a diviziune a zigotului => 45/46/47 cromosomi

intarzaiere anafazica la I-a diviziune => mozaicism 45/46 cromosomi

accident postnatal = metaplazie => risc malignizare / tip celular

soarta unei clone celulare anormale postmeiotice depinde de tipul accidentului

o       accident grav => blocarea gametogenezei = sterilitate (cuplu steril)

o       accident mediu => gameti cu mutatii => malformatii foarte grave la embrion

avortat spontan (cuplul steril)

o       accident mic => gametogeneza => risc conceptie copil plurimalformat

5.2.3. Mutatiile genomice

Poliploidii = multiplicarea unui set haploid (n=23 cromosomi) de 3-4 ori

in prima situatie apare o triploide (3n = 69 cromosomi)

in a doua o tetraploide (4n = 92 cromosomi)

o       consecinta fecundarii cu gameti diploizi (neseparare gametociti ord. II)

embrioni triploizi (3n = 69xxx; 3n = 69xxy; 3n = 69xyy) =>

avort = 15% din cauze

embrioni tetraploizi (4n = 92xxxx; 4n = 92xxxy; 4n = 92xxyy)

avort = 5% din cauze

o       poliploidia este intalnita in mozaic <= defecte care apar in mitoza

o       celule poliploide pot apare ca si clone in tumorile maligne




loading...




Politica de confidentialitate


Copyright © 2020 - Toate drepturile rezervate