Genóm človeka a jeho štruktúra JEDNÝM Z NAJVÄČŠÍCH TAJOMSTIEV ŽIVOTA JE SPÔSOB VYUŽITIA GENETICKEJ INFORMÁCIE, KTORÁ SA NACHÁDZA V NAŠICH BUNKÁCH. SÚBOR VŠETKÝCH GÉNOV A ICH ALEL V KAŽDEJ NAŠEJ BUNKE SA NAZÝVA GENÓM. DELÍ SA NA JADROVÝ A MITOCHONDRIÁLNY. GÉNY SAMOTNÉ TVORIA LEN ASI 5% GENÓMU A SÚ V ŇOM NEROVNOMERNE DISTRIBUOVANÉ. ZVYŠOK SÚ RÔZNE TYPY SEKVENCIÍ DUSÍKOVÝCH BÁZ A O ICH FUNKCII VIEME DOTERAZ VEĽMI MÁLO, AK VÔBEC NEJAKÚ MAJÚ. ŠTRUKTÚRA NAŠICH GÉNOV JE ZLOŽITÁ A MÔŽU SA NAVZÁJOM OVPLYVŇOVAŤ. DOTERAZ NEVIEME DOSŤ O TOM, AKÝMI MECHANIZMAMI SA DOSAHUJE TO, ŽE AK JE V BUNKE POTREBNÁ URČITÁ BIELKOVINA, TRANSKRIBUJÚ SA VŠETKY ALELY, KTORÉ SÚ V BUNKE PRÍTOMNÉ (AK NIE SÚ CIELENE ZABLOKOVANÉ). SITUÁCIU KOMPLIKUJE AJ DEGENERÁCIA GENETICKÉHO KÓDU A ALTERNATÍVNE POUŽITIE GENETICKEJ INFORMÁCIE, KEDY SA V RÔZNYCH BUNKÁCH SYNTETIZUJÚ ODLIŠNÉ BIELKOVINY, KÓDOVANÉ ROVNAKÝMI GÉNMI. 15. APRÍLA 2003 BOLO OFICIÁLNE OZNÁMENÉ, ŽE JE PREČÍTANÁ SEKVENCIA ĽUDSKÉHO GENÓMU. NAPRIEK TOMU BUDÚ PRÁCE ĎALEJ POKRAČOVAŤ, PRETOŽE SME V SITUÁCII ŽIAČIKA STOJACEHO PRED OBROVSKOU, 46 DIELNOU KNIHOU, V KTOREJ SA MEDZI TROMI MILIARDAMI ZNAKOV SKRÝVA VIAC AKO DVADSAŤ PÄŤ TISÍC SLOV. Extragénová DNA tvorí viac ako ¾ genómu. Jej najväčšou časťou (80%) sú tzv. „génové púšte“, v ktorých sa (zdanlivo chaoticky) vyskytujú nukleotidy s rôznymi dusíkovými bázami, alebo ich krátke „motívy“. Ich funkcia zatiaľ nie je známa. Známe je, že sa jednotlivé chromozómy odlišujú podielom génov, repetitívnych (opakujúcich sa) sekvencií a uvedených „prázdnych“ oblastí. Repetitívne (opakujúce sa) sekvencie sa vyskytujú v rôznom počte kópií a navzájom sa líšia: 1) mierne repetitívne sekvencie sú najmä gény pre rRNA, tRNA a signálne sekvencie. Údaje o počte génov pre RNA sa rôznia. O génoch pre rRNA sa uvádza, že ich je v genóme niekoľko desiatok tisíc kópií. Nachádzajú sa v mieste tzv. sekundárnej konstrikcie krátkych ramien akrocentrických chromozómov. Tu sa kompletizujú podjednotky ribozómov a tvoria jadierko. Gény pre tRNA sú (podľa literárnych prameňov) roztrúsené po genóme v niekoľkých stovkách tisícov kópií. Signálne sekvencie sú motívy dusíkových báz, ktoré slúžia na naviazanie základných regulačných bielkovín – tzv. domén. Funkciou domén je základná regulácia (riadenie) použitia genetickej informácie – od väzby na DNA pri jej kontrole, až po riadenie začiatku transkripcie. 2) v genóme sa nachádzajú dva typy vysoko repetitívnych (často sa opakujúcich) sekvencií: A) tandemové (za sebou nasledujúce) repetície (opakovania) určitých motívov dusíkových báz. Majú zásadný význam pri tzv. polymorfizme nekódujúcich oblastí DNA. Ide o veľké bloky s rôznym počtom opakovaní jednotlivých motívov báz. Používajú sa na identifikáciu jednotlivca (prípadne biologického materiálu od neho pochádzajúceho) pri tzv. vyšetrení „VNTR“ alebo „fingerprint“. Jedná sa napríklad o rôzne typy tzv. satelitných DNA: Typ DNA veľkosť bloku dĺžka motívu satelitná 100 kb – niekoľko mb 5 – 171 bp minisatelitná 0,1 – 20 kb 6 – 24 bp mikrosatelitná 100 – 150 bp 1 – 4 bp Uvádzame príklady niektorých polymorfizmov, ktoré s používajú napr. pri určovaní otcovstva. Sú súčasťou chromozómov a odovzdávajú sa z rodičov na potomkov. Majú rôznu dĺžku, ktorá sa určuje metódou VNTR: B) disperzné , tzv. RETRO a a iné transponibilné elementy. Ide o sekvencie, ktoré sa do nášho genómu dostali v priebehu vývoja človeka – niektoré pred niekoľkými miliónmi rokov. Vyznačujú sa tým, že sú „schopné“ meniť svoju polohu v genóme a „vytvárať“ rôzny počet svojich kópií. Delia sa na nevírusové (napr. Alu sekvencie) a vírusové (napr. HERV, Line, Sine a pod.) Mitochonriový genóm je krátky. Obsahuje len 37 génov – 2 pre rRNA, 22 pre tRNA a 13 štruktúrnych génov kódujúcich proteíny. Všetky mitochondrie nášho tela pochádzajú od matky (z vajíčka) a teda aj znaky a ochorenia podmienené génmi v týchto organelách majú tzv. matroklínny typ dedičnosti. Genóm je obsiahnutý v kruhovom útvare, ktorý má znaky prokaryotického (bakteriálneho) chromozómu. Jeho vonkajší reťazec je dlhší („ťažký“) a vnútorný je kratší („ľahký“). Okrem toho je výnimočný tým, že obsahuje úsek, v ktorom sú 3 reťazce DNA (tzv. D-loop). Ľudský genóm sa skladá z jadrového a mitochondriového: Ľudský genóm Jadrový genóm 3 000 000 kb viac ako 25 000 génov Genóm mitochondrie 16,6 kb 37 génov Gény a k nim patriace sekvencie 2 gény pre rRNA 22 génov pre tRNA gény kódujúce 13 polypeptidov extragénová DNA unikátne, alebo málo opakované sekvencie kódujúca nekódujúca unikátne, alebo s malým počtom kópií mierne, alebo vysoko repetitívna pseudogény fragmenty génov intróny, neprekladané oblasti a i. tandemové alebo zhlukové opakovania roztrúsené opakovania 30% 70% 80% 20% 10% 90% Jadrový genóm sa skladá z génovej a extragénovej DNA. Eukaryotické gény a k nim patriace sekvencie (definované zoskupenia) dusíkových báz tvoria 30 % z jadrového genómu. Ide o sekvencie, ktoré sa v genóme nachádzajú v jednej verzii alebo sú len málo opakované. Eukaryotický gén sa skladá z regulačnej a kódujúcej oblasti, Kódujúca oblasť sa skladá z kódujúcich exónov a nekódujúcich intrónov. Využívanie tejto informácie pri transkripcii je uvedené v posteri C6. Väčšina génov je izolovaná, ale existujú aj tzv. génové rodiny (napr. hemoglobínová), ktoré sú riadené z jednej regulačnej oblasti (LCR). Gény v nich sú transkribované v definovanom poradí a čase. Gény majú rôznu dĺžku, od génov pre tRNA (80 bázových párov = bp) až po najväščí ľudský gén – pre dystrofín (2480 000 bp). Exóny sú vždy kratšie ako intróny a ich podiel na dĺžke génov je rôzny. Nekódujúca DNA, súvisiaca s génmi sa skladá z pseudogénov (sú poškodené a nemožno ich transkribovať), fragmentov génov, intrónov, neprekladaných oblastí (UTR) a pod. Dôvod prítomnosti intrónov v eukaryotických, a teda aj v našich génoch nie je zatiaľ známy. Prokaryoty (napr. baktérie) ich nemajú. Neprekladané úseky DNA (tzv. UTR) majú dĺžku približne 10 bp a naliehajú na kódujúcu oblasť génu. Majú závažné úlohy pri používaní mRNA, na začiatku a konci translácie (samotnej syntézy bielkoviny), ako bude opísané v posteri C6. 3´ embryo plod dospelý názov VNTR systému lokalizovaný na chromozóme v susedstve je gén pre počet alel v populácii Apo B 2 Apolipoproteín B 15 Col 2A 12 Kolagén typu II 8 PAH Fenylalanín hydroxyláza YNZ 22 17 D17S30 13 MCT 118 1 D1S80 ľahký reťazec ťažký reťazec