Zdravie a choroba z hľadiska genomiky I. úvod, opakovanie a novinky Rácz Oliver a Ništiar František Ústav patologickej fyziológie, Lekárska fakulta Univerzita P.J. Šafárika, Košice 2009 – 2016 26.9.2016 gens16a.ppt

26. jún 2000 nie je začiatok ani koniec cesty 5 rokov pred termínom (nie celkom) The race is over, victory for Craig Venter. The genome is mapped* - now what ? Významný technologický výsledok, konkurencia je vždy dobrá, ale tento úspech umožnili objavy Mendela v XIX. storočí a Watsona a Cricka v XX. storočí *3x109 písmen 26.9.2016 gens16a.ppt

Nebolo to všetko také slávne Prečo DOE a až potom NIH? Veľké legislatívne problémy Nepriateľstvo medzi Celera (Venter) a NIH (Collins) Publikované v Nature and Science 2001 Upresnenie chýb až v roku 2003 – 50 rokov po Watsonovi a Crickovi 26.9.2016 gens16a.ppt

Mendel, Watson a Crick a genetika v medicíne XIX. – XX. storočia Mendelove zákony sú platné aj dnes Watson a Crick dali týmto zákonom hmotný zmysel (ústredná dogma molekulovej biológie) V medicíne sa tieto pravidlá vzťahujú na monogénové choroby – veľký počet, nie príliš časté Aká je genetika diabetu, hypertenzie, ischemickej choroby srdca, Alzheimerovej choroby ? 26.9.2016 gens16a.ppt

Johann Gregor Mendel Zákon o jednotnosti prvej generácie krížencov Zákon o nerovnosti druhej generácie krížencov Zákon o voľnej kombinovateľnosti alel MOTIVOVAL HO JEHO ŠÉF, CYRILL NAP, BRNENSKÝ OPÁT 26.9.2016 gens16a.ppt

Zákon o jednotnosti prvej generácie krížencov Mendel G: Versuche über Pflanzen-Hybriden. Verh. Naturfortsch. Verein Brünn, 4, 1866, 3-47 Zákon o jednotnosti prvej generácie krížencov Zákon o nerovnosti druhej generácie krížencov Zákon o voľnej kombinovateľnosti alel 26.9.2016 gens16a.ppt

Lopta na metlobal (quidditch) pre Harryho Pottera ? 26.9.2016 gens16a.ppt

Objavili sme tajomstvo života, poďme na pivo! Watson.JD, Crick FHC: Molecular structure of nucleic acids. Nature 171, 1953, 737-738 26.9.2016 gens16a.ppt

26.9.2016 gens16a.ppt

26.9.2016 gens16a.ppt

Ústredná dogma molekulovej biológie Replikácia Transkripcia Translácia Pred 30 rokmi Skoro všetko je Jasné! DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B 26.9.2016 gens16a.ppt

Ústredná dogma molekulovej biológie – až také jednoduché to nie je DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B 26.9.2016 gens16a.ppt

Všetko je jasné ? CTT ACT GCC GGT TCG..........TGA KAŽDÁ AMINOKYSELINA JE KÓDOVANÁ TROJICOU NUKLEOTIDOV (TRIPLETY, KODÓNY) CTT ACT GCC GGT TCG..........TGA Leu Thr Ala Gly Ser............STOP NEKÓDUJÚCE SEKVENCIE ??? 26.9.2016 gens16a.ppt

Všetko je jasné ? V GENÓME JE VIAC NEKÓDUJÚCICH ČASTÍ AKO KÓDUJÚCEJ KAŽDÁ AMINOKYSELINA JE KÓDOVANÁ TROJICOU NUKLEOTIDOV (TRIPLETY, KODÓNY) CTT ACT GCC GGT TCG..........TGA Leu Thr Ala Gly Ser............STOP ALE V GENÓME JE VIAC NEKÓDUJÚCICH ČASTÍ AKO KÓDUJÚCEJ INTRÓNY V GÉNOCH REGULAČNÉ OBLASTI (SPÍNAČE) REPETITÍVNE SEKVENCIE (U ČLOVEKA AŽ 50 % ) SINE 6000 bp, 8500 ks, LINE 100-300 bp, 1 – 2 milióny ŠPINA (PSEUDOGÉNY, CUDZÍ MATRERIÁL) TELOMÉRY (STABILIZAČNÉ PRVKY) 26.9.2016 gens16a.ppt

Expresia génu 26.9.2016 gens16a.ppt

My a naše príbuzenstvo Organism Genome size chromosomes/ genes Homo sapiens 3 000 000 000 23/30 000 Mus musculus 2 600 000 000 20/30 000 D. Melanogaster 137 000 000 4/13 000 C. Elegans 97 000 000 6/19 000 S. Cerevisiae 12 100 000 18/6 000 E. Coli 4 600 000 {1}3 200 HIV virus 9 700 9 A. Thaliana 100 000 000 ?/25 000 26.9.2016 gens16a.ppt

Ústredná dogma molekulovej biológie DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B 26.9.2016 gens16a.ppt

Je to o niečo zložitejše DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B 230000 26.9.2016 gens16a.ppt

Ústredná dogma molekulovej biológie? Významná úloha RNA ! mRNA rRNA tRNA a Editovanie Alternative splicing siRNA a iné Modifikácie tRNA DNA 2 DNA RNA PROTEIN A B Život sa začal RNA Informácia + katalýza 26.9.2016 gens16a.ppt

Čo nie je genetické ? Človek má len 30 000 génov malý červ C. elegans má 19 000 myš má toľko ako my, rozdiel v štruktúre a funkcii je malý. Tajomstvo je v komplexite: 230000 >>>> 219000 Nečakané prekvapenia na úrovni transkripcie a translácie – život sa začal RNA? Prečítané to je, ale rozumieme tomu? Poznáme klávesy klavíra, ale nevieme zahrať ani jednoduchú skladbu a vonkoncom nie koncert od Franza Liszta GENETIKA / EPIGENETIKA / GENOMIKA 26.9.2016 gens16a.ppt

Gény a choroby XIX. storočie Symptóm Þ diagnóza XX. storočie Symptóm, etiopatogenéza Þ diagnóza XXI. Storočie Symptóm, gény a prostredie, etiopatogenéza Þ diagnóza Predtým veľa zriedkavých ochorení (Mendel) Dnes 2/3 chorôb, ktoré sa manifestujú počas života má genetickú zložku (pozadie) 26.9.2016 gens16a.ppt

Gény, prostredie a choroby GENÓM PROSTREDIE A DNA JE MRTVÁ MOLEKULA KOMUNIKUJE S PROSTREDÍM CEZ EPIGENETICKÉ MECHANIZMY Metylácia DNA Acetylácia histónov siRNA.... (kódované v DNA) ŤAŽKÉ MONOGÉNOVÉ CHOROBY NEGATÍVNE A POZITÍVNE FAKTORY PROSTREDIA fyzikálne chemické biologické výživa životospráva B MENEJ ZÁVAŽNÉ MUTÁCIE C GENETICKÉ RIZIKO ZDRAVIE ALEBO CHOROBA 26.9.2016 gens16a.ppt

Mutácie – zmeny genetickej informácie TRI ZÁKLADNÉ MOŽNOSTI nezlučiteľné so životom základ vývoja druhov a biodiverzity choroba alebo zvýšené riziko choroby GENÓMOVÉ. CHROMOZÓMOVÉ A GÉNOVÉ MUTÁCIE SOMATICKÉ A GAMETICKÉ MUTÁCIE Amorfné (strata funkcie), hypomorfné, hypermorfné (gain of function), neomorfné 26.9.2016 gens16a.ppt

Génové mutácie a “SNP” Bodové mutácie v exónoch silent, missense (AK zmena) and nonsense (stop) nie sú celkom náhodné (metylC ® T), hot spots presnosť replikácie je úžasná Frameshift mutácie v exónoch (1,2,4,5...) Delécie a inzercie tripletov (3,6...) Väčšie delécie, inzercie, inverzie – plynulý prechod k chromozómovým aberáciam 26.9.2016 gens16a.ppt

SNP a iné novinky Bodové mutácie nie sú len v exónoch SNP = single nucleotide polymorphism zmeny nukleotidov v širšom zmysle slova. Je ich asi 3 000 000 veľká väčšina v nekódujúcich oblastiach Delécie a inzercie nie sú len v exónoch Variabilita v repetitívnych sekvenciách (VNTR, kriminalistika) Dynamické mutácie – triple repeats Gény v mitochondriách – Antimendel Epigenetika – prenos vlastností bez zmien DNA 26.9.2016 gens16a.ppt

KLASICKÉ MONOGÉNOVÉ CHOROBY Autosomal recessive (AR) Kosáčiková anémia, iné hemoglobinopátie, talasémie Cystická fibróza Vrodené poruchy metabolizmu Autosomal dominant (AD) Polydactylia Familiárna hypercholesterolémia Polycystické obličky X chromosome linked diseases Heamofília A, B Porucha farbocitu Plešatosť??? Inteligencia??? 17. 9. 2018 gene16a

Autosomal recessive (AR) Dvaja zdraví (carrier heterozygotes) skryté v populácii Pravdepodobnosť chorého potomka (homozygote) 1:4 (25%) Veľký počet relativne zriedkavých chorôb, často fatálne Autosomal dominant (AD) Jeden chorý (heterozygote) rodič Pravdepodobnosť prenosu do ďalšej generácie 50% Prežívanie je dobré – “low penetration and expression” 2 * prečo? X chromosome linked diseases Zdravá (heterozygote) matka Pravdepodobnosť chorých synov 50 % (Charles, William, George) 17. 9. 2018 gene16a