Jaroslav Petr VÚŽV Uhříněves

Prezentace na téma: "Jaroslav Petr VÚŽV Uhříněves"— Transkript prezentace:

1 Jaroslav Petr VÚŽV Uhříněves petr@vuzv.cz
Lidský genom Jaroslav Petr VÚŽV Uhříněves

2 26. červen 2000 – „den G“

3 Craig Venter „Ptám se: Je moje práce tak kvalitní, aby si zasloužila Nobelovu cenu? Odpovídám si: Ano!“

4 Francis Collins

5 John Sulston

6 Lidský genom Publikován 2001 Zveřejňován na databázích na internetu
Databáze HGP a databáze Celery

7 „Úplnost“ genomu v „den G“
Sekvence bohaté na geny přečteny z 90% Sekvence chudé na geny přečteny ze 70% Statisíce „mezer“ Spousta chybně určených písmen Prohozeny celé dlouhé úseky

8 Dnešní stav Sekvence bohaté na geny přečteny z 99%
Sekvence chudé na geny přečteny z 80% Spolehlivost přečtených písmen 0,001% Mnoho „genů“ se ukázalo jako pseudogeny = „rozložené“ geny Doplněny dlouhé opakující se úseky

9 Shotgun – vynechává opakující se úseky o délce 20 kbp

10 Perspektiva 20% opakujících se sekvencí nelze stávajícími technikami číst Nepředpokládá se dokončení do roku 2010 Už teď bylo dosaženo více, než byl cíl při startu projektu Human Genom Utratilo se dvakrát více peněz

11 Lidský genom 3,2 miliardy „písmen“ genetického kódu
Asi tisíc genů Geny tvoří nejvýše 1,5% genomu Velký podíl opakujících se sekvencí (48%) Virové sekvence – 5% Individuální variabilita 0,1%

12 Virové sekvence Endogenní retroviry aktivní
mohou vyvolat nádorové bujení neaktivní bez funkce – „šrot“ virové geny s novou funkcí syncytin

13 Bílkoviny - proteom Funkce je s určitostí známa asi u 6000 bílkovin.
Trojrozměrná struktura je známa asi u 1600 bílkovin.

14 Lipidy, cukry

15 Variabilita lidské dědičné informace

16 SNP single nucleotide polymorphism ¨když se lišíme jedním písmenem“
A A A C G T C C C A A C C G T C C C 10 milionů „běžných“ SNP „běžný“ = má jej aspoň 1% lidstva

17 Haplotyp kombinace SNP „když se lišíme jedním písmenem vícekrát“
A A A C G T C C C A T A C C T A A C C G T C C C A T A G C T A A G C G T C C C A T A C C T

18 CNP copy number polymorphism „když toho máme víc nebo nic“
Někdo má na chromozomu 1 kopii genu, jiný jich může mít 12, někdo nemá žádnou. Takových úseků lidské DNA je známo asi 70. Mají délku až 1 Mbp.

19 Vysoká míra heterozygotnosti CNP
V dědičné informaci jednoho člověka není na chromozomálním páru prakticky nikdy stejný počet CNP. Zřejmě by to bylo letální.

20 Polymorfismus v síle exprese „když nám geny brzdí nebo jedou na plný plyn“
Je geneticky podmíněný

21 Konzervativní nekódující sekvence (CNS)
Myš sdílí s člověkem 5% DNA Ale geny tvoří jen 1,5% Sdílí nekódující sekvence Ty musejí mít velký význam Některé se udržely v genomu 330 milionů let Geny se mění 2x častěji než CNS Je jich asi (geny )

22 Geny a choroby 1 400 genů má přímý vztah k nějaké chorobě
Jedná se většinou o choroby vyvolané poruchou jednoho genu Je možné provést testy, např. cystická fibróza Huntingtonova choroba hemofilie Zdravý HD

23 Předimplantační diagnostika
Problémy etické právní

24 Capital D - Deaf

25 Komplexní choroby např. cukrovka, rakovina, schizofrenie
Náchylnost podmiňuje větší počet genů faktory vnějšího prostředí Pátrá se po variantách genů v malých populacích rodiny uzavřené populace

26 Vysoce rizikové alely Jsou vzácné Pro jednotlivce významné
Pro populaci malý význam 150 vysoce rizikových alel pro Alzheimerovu chorobu Tvoří 5% všech případů Alzheimerovy choroby

27 Středně rizikové alely
Vyskytují se relativně často Pro jednotlivce méně významné Pro populaci významné Středně riziková alela genu ApoE4 pro Alzheimerovu chorobu má na svědomí 20% všech případů Alzheimerovy choroby.

28 Pro pochopení lidského genomu je nutné studovat i genomy dalších organismů

29 1984 – přečten EB virus

30 1995 Haemophilus influenzae

31 1998 Caenorhabditis elegans

32 Hmyz nejpočetnější skupina živočichů

33 Včela – sociální hmyz

34 Sumka Ciona intestinalis

35 Čtverzubci 20 000 genů 300 milionů bp Takifugu rubripes
Tetraodon nigroviridis genů 300 milionů bp

36 Úloha „zbytečné“ DNA CNS – jsou tak konzervovány, že musejí mít významnou roli Retrotranspozony – „skákající geny“ regulují aktivitu genomu při vzniku vajíčka a na počátku vývoje embrya ALE Myš se obejde bez 3 Mbp „zbytečné“ DNA

37 Kur – první pták

38 Myš

39 Zveřejněn 2002 Základ pro zkoumání lidského genomu Tvorba modelů pro lidské dědičné defekty a modelů pro léčbu

40 Genový knokaut

41

42 Myši s knokautovaným genem pro nNOS - agresivita

43 Studium a léčba chorob

44 Doogie – gen „přidá plyn“

45 Potkan

46 Pes – nejrůznorodější zvíře

47 Skot

48 Myostatin – brzdí nadměrný růst svalů

49 Svalové dystrofie

50 Genetický doping?

51 Odolnost k námaze Delší varianta genu ACE

52 Sirtuiny

53 Kdo jsme? Odkud přicházíme? Kam směřujeme?

54 Gen ASPM Mutace – mikrocefalie častá u obyvatel Asie
Gen má zmožen úsek o délce 60 bp C.elegans – 2x Octomilka – 24x Myš – 61 Člověk, šimpanz – 74 zmnožení před 7 miliony roků

55 Lidský a šimpanzí genom
Liší se 1,5% písmen genetického kódu Liší se ale vloženými a ztracenými sekvencemi - od 30 do bp Lidé více vložených sekvencí - transpozony Úplně se shoduje se jen 17% genů 20% genů se liší natolik, že mají odlišnou funkci

56 Největší rozdíl - exprese
Játra mají zhruba stejné spektrum aktivních genů Mozek má výrazně odlišné spektrum aktivních genů

57 Myosin žvýkacích svalů
Člověk má mutaci MYH16 -10 x oslabuje žvýkací svaly umožňuje růst mozkovny Mutace je stará 2,5 milionu roků

58 GLUD2 glutamát dehydrogenáza
Před 23 mil. roků vytvořena jako kopie genu GLUD1 mRNA osvojena retorovirem Vnesení provirové DNA do pohlavních buněk Rychle několik mutací Ideální pro práci v mozku Zabezpečuje rychlou likvidaci neurotransmiterů

59 Beta-katenin Zvýšená exprese zvětšuje plochu mozkové kůry

60 Neandrtálec Lapedo Podle mitochondriální DNA není naším předkem
Anatomické studie tvrdí opak.

61 Homo floresiensis Pokusy izolovat DNA

62 Morfin

63 B a Z DNA A – artefakt B – obvyklá A B Z
Z – považovaná za artefakt, ale má vliv na aktivitu genů A B Z míst se Z-konformací Viry je mění na B-konformaci, aby snížily obranyschopnost buňky.

64 Z- DNA interakce s bílkovinami

65 Netypické struktury DNA
Nešroubovicovité konformace (telomery) Smyčky DNA- vychlípení ke středu jádra-aktivace

66 Interakce DNA s bílkovinami
Spojení DNA s bílkovinami je dynamické Opakované odpojení a připojení Histony 1x/min.

67 Chromozomy putují jádrem
Narušená lokalizace vyvolává chorobné stavy – např. leukémie.

68 Regulace na úrovni RNA Dvouvláknová RNA a RNA interference mikroRNA
Alternativní sestřih Trans-splicing

69 dsRNA DICER siRNA RISC mRNA štěpení mRNA komplexem RISC štěpení endonukleázami

70 miRNA prekurzor štěpení miRNA mRNA Štěpení Represe mRNA translace
DICER štěpení miRNA mRNA Štěpení mRNA Represe translace

71 Epigenetické změny DNA
Aktivace a inaktivace genů – metylace a demetylace cytosinu Remodelace chromatinu – metylace, acetylace, fosforylace histonů – vzniká histonový kód Inaktivace X chromozomu u XX Imprinting

72 Metylace DNA

73 Konzumace B12, kyseliny listové, betainu a cholinu
Gen „agouti“ B12 Kyselina listová

74 Matka s demetylovaným genem agouti má potomky se silně metylovaným genem

75 Podávání cholinu březím samicím potkana mění funkce mozku mláďat – přetrvá do dospělosti
metyltransferáza Cholin DNA Metylace genů potlačujících množení neuronů v hipokampu. metyl

76 Choroby vyvolané poruchou regulace epigenetických změn
Gen MECP2 – vliv na konfiguraci chromatinu – mutace – u dětí postupná ztráta řeči a chůze Gen pro metyltransferázu – mutace – deformity obličeje, poruchy imunity Gen ATRX – řídí metylaci DNA a konfiguraci chromatinu – mutace – mentální retardace, anemie, abnormality močových a pohlavních orgánů

77 Epigenetické změny jsou dědičné
Hladomor v Holandsku 1945 – rodily se malé děti - jejich děti jsou také menší Švédsko střídavě hladomory a hojnost – děti rodičů dobře živených před pubertou vyšší šance na cukrovku – děti rodičů hladovějících před pubertou – méně srdečních chorob