Techniky molekulární biologie a genetiky

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Monogenní a multigenní nemoci
Advertisements

Mutace a mutageneze FOTO Lenka Hanusová, 2013.
Microarrays and chips M .Jurajda.
Exonové, intronové, promotorové mutace
Redukce lůžek Existuje prostor pro redukci lůžek akutní péče?
Teoretické principy šlechtění a selekce Tomáš Kopec.
Genetické parametry Heritabilita, korelace. primární GP genetický rozptyl prostřeďový rozptyl kovariance sekundární GP heritabilita opakovatelnost genetické.
Proč je nutno začít s léčbou neplodnosti včas MUDr. Kateřina Veselá, Ph.D.
Praktická výuka metod sekvenování DNA, AFLP a mikrosatelitů v botanice 1187 /2006 F4 / a Tomáš Fér.
Význam diferenciálních rovnic převzato od Doc. Rapanta.
Genetika. Genetika – nauka o dědičnosti a proměnlivosti.
Diplomové práce pro CE WOOD a) Bilance toku materiálu pilařského provozu b) Závislost kvality vstupní suroviny na kvalitu výstupních produktů pilařského.
Hodnocení finanční situace obce MKR SURO Finanční analýza Rozbor minulého hospodaření  odhalení pozitivních a negativních faktorů, které hospodaření.
Exonové, intronové, promotorové mutace
1854/2004 F4 / a Karol Marhold & Tomáš Fér
Interpolace funkčních závislostí
Tvůrce: Mgr. Šárka Vopěnková
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Téma 11: Finanční plánování
Struktura lidského genu
2. cvičení
PŘÍRODNÍ VÝBĚR (SELEKCE)
Selekční postupy ve šlechtění rostlin I. – teoretické základy
Vzdělávání pro konkurenceschopnost
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Molekulární genetika Tok genetické informace:
RT – PCR: návrh primerů.
Organizace lidského genomu, mutace a instabilita lidské DNA
Poměr v základním tvaru.
GENETICKÉ RIZIKO FAKTORŮ VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ
Metagenomika Úvod Petra Vídeňská, Ph.D..
C1200 Úvod do studia biochemie 2.1 Biochemická diagnostika
SÁRA ŠPAČKOVÁ MARKÉTA KOČÍBOVÁ MARCELA CHROMČÁKOVÁ LUKÁŠ BARTOŠ B3E1
Jana Michalová Tereza Nováková Radka Ocásková
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Sekvencování DNA.
Biologická variabilita člověka
Polymerase chain reaction Polymerázová řetězová rekce
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
Číslicové měřící přístroje
NUKLEOVÉ KYSELINY DEFINICE DRUHY SLOŽENÍ FUNKCE REPLIKACE
Metagenomika - Metatranskriptomika
Geneticky podmíněné nemoci
Studium lidského genomu
Genom a nemoci
Vyšetření parametrů buněčné imunity
NÁZEV ŠKOLY: ČÍSLO PROJEKTU: NÁZEV MATERIÁLU: TÉMA SADY: ROČNÍK:
GENETICKÝ KÓD, GENY, GENOM
1 ze 400 lidí je nositelem germinální mutace způsobující LS
Genetické patologické stavy
Struktura genomu a jeho interakce s prostředím
Úvod do praktické fyziky
1. Regulace genové exprese:
Univerzita Palackého V Olomouci Průtoková cytometrie
NUKLEOVÉ KYSELINY Dusíkaté báze Cukry Fosfát guanin adenin tymin
Monogenní a multigenní nemoci
18b-Metody studia nukleových kyselin
Monogenní a multigenní nemoci
Předmět Molekulární a buněčná
Poměr v základním tvaru.
Exonové, intronové, promotorové mutace
Molekulární biologie (c) Mgr. Martin Šmíd.
Název školy Gymnázium, střední odborná škola, střední odborné učiliště a vyšší odborná škola, Hořice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Název materiálu.
37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika
37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika
Genomika a Sexace Roman Hruda
Využití bakteriofágů jako modelových organismů
Transkript prezentace:

Techniky molekulární biologie a genetiky MUDr. Michal Jurajda, Ph.D. 3. 4. 2015

Struktura genomu

Základní pojmy Genom – kompletní genová výbava organismu Gen – úsek řetězce DNA přepisovaný do RNA, včetně předcházejících následných a vložených úseků nezbytných pro realizaci genetické informace. Lokus – místo, které zaujímá určitý gen na chromozomu Alela – konkrétní forma genu

Genetika populací Genofond – souhrn všech alel všech genů v určité populaci.

DNA Jaderná Mitochondriálni

Realizace genetické informace Genotyp Fenotyp

Organizace genomu

DNA

Genetický kód

Genetický kód je univerzální Genetický kód je „degenerovaný“

gen 3´ 5´ DNA 3´ 5´ RNA 5´ 3´ Transkripce RNA transkript 5´ 1 I 2 I 3 Kódující vlákno 3´ 5´ DNA Promotor Exon 1 Intron 1 E2 I 2 E 3 I 3 Exon 4 3´ 5´ templátové vlákno RNA 5´ 3´ Transkripce RNA transkript 5´ 1 I 2 I 3 I 4 3´ 5´UTR Processing (capping, adice poly A, splicing) Zralá mRNA Cap 1 2 3 4 AAAAAn 3´UTR 5´UTR Translace 1 2 3 4 Protein NH2 COOH

Chromozóm

Karyotyp

Vlivy zevního prostředí Mutace Epigenetické efekty - methylace, acetylace DNA

Mutace

Základní pojmy Gen Alela

Mutace Změna v genetickém kódu (v pořadí bází) v genetické výbavě jedince.

Příčiny vzniku mutací Chyba při duplikaci DNA Fyzikální vlivy (UV, ionizující záření) Chemické mutageny Viry SHM (somatic hypermutation) proces diversifikace imunoglobulinových genů.

Typy mutací podle dědičnosti Mutace somatické, nepřenosné na potomky (vyjímka rostliny) Mutace zárodečné

Somatické mutace Týkají se jedné somatické buňky Pokud se buňka dělí může vzniknout klon buněk nesoucí danou mutaci. Vznik nádorových klonů Klonální diferenciace, selekce

Zárodečné mutace Přítomné ve všech buňkách postiženého organismu Přenosné na další generace

Vliv mutace na „fitness“ organismu Je relativní s ohledem na zevní podmínky Pozitivní Negativní Neutrální

Mutace a polymorfismy Každá nová změna sekvence DNA v populaci se objevuje ve formě mutace. Vyskytne se jen u jednoho jedince v populaci a pokud je zárodečná dostává se do dalších generací.

Mutace x polymorfizmy Mutace Genetické polymorfizmy Selekce Neutrální mutace – genetický drift Genetické polymorfizmy Populační četnost vzácnější alely aspoň 1%

Typy mutací podle změny struktury DNA Bodové mutace tranzice A  G, C  T transverze A/G C/T

Bodové mutace v kódující oblasti genu Silent mutations: kódují stejnou aminokyselinu Neutral mutations: kódují podobnou aminokyselinu Missense mutations: kódují jinou aminokyselinu Nonsense mutations: kódují STOP kodon a zkracují protein

Inzerce Delece Jedna nebo více bází replikace repetitivních sekvencí, transpozony Změna čtecího rámce Splice site mutations Delece

Chromozomální aberace - strukturální Amplifikace Delece Translokace Inverze Fúzní geny: bcr-abl

LOH Loss of heterozigosity Ztráta heterozygotnosti – např. u nádorových bb.

Nomenklatura DNA 76A>C , 76_78del , 76_77insT Protein M235T, ΔF508 Jedinečný identifikátor rs6200616T

Monogenní a multigenní nemoci

Terminologie Symptom Syndrom Nemoc jako nosologická jednotka příznak (chorobný) Syndrom skupina příznaků Nemoc jako nosologická jednotka obvykle definována podle příznaků a příčin (etiologie) Pojem normality

Nemoc Nosologická jednotka popsaná deskriptivně a empiricky Molekulárně patofyziologický děj, manifestující se různě za daných podmínek zevního prostředí

Dělení nemocí podle etiologických faktorů Nemoci z vnějších příčin Nemoci z vnitřních příčin Choroby z jedné „velké“ příčiny Multifaktoriální choroby

Nemoci z vnějších příčin Příčiny: Fyzikální Chemické Biologické

Nemoci z genetického hlediska Nemoci monogenní Nemoci multigenní multifaktoriální

Multifaktoriální nemoci Projevují se obyčejně v postreprodukčním věku – selekční tlak Jsou projevem nerovnováhy genomu a zevního prostředí – civilizační nemoci

Multifaktoriální dědičnost

Efekt zkoumané alely Je alela riziková jen pro jednu chorobu, nebo pro více chorob? Je alela pro některou chorobu riziková a pro jinou se uplatňuje jako ochranný faktor?

Studium multifaktoriální dědičnosti

Asociační studie

Výběr vzorku pacientů a vzorku kontrol Severly affected x Extremely normal Affected with early onset x Normal eldery Positive family history x Negative family history Affected x Normal with intense environmetal exposure Eldery survivor x Young I. Day (ed.), Molecular Genetic Epidemiology – A Laboratory Perspective

Confoundings „matoucí faktory“ Rozvrstvení populace Linkage disekvilibrium mezi studovaným markrem a skutečnou nemoc způsobující alelou Rozdíl v genetických a environmentálních rizikových faktorech mezi pacienty a kontrolami

Kauzální asociace Konzistence asociace Síla asociace Biologická věrohodnost Biologický gradient Existence analogií Specificita – těžko očekávatelná u pleiotropních genů Experimentální důkaz The Pharmacogenomics Journal (2002) 2, 349–360

Metody detekce genových polymorfismů

Typ polymorfismu SNP Short repeats Insertion/deletion

Metody detekce nukleotidových polymorfismů Hledání přítomnosti neznámé alely Detekce známých alel

Využívané metodiky PCR RFLP Real time PCR PAGE Kapilární elektroforéza ELFO na agaróze Real time PCR PAGE SSCP, heteroduplexní analýza Kapilární elektroforéza v podstatě varianta PAGE

Strategie volby metody Flexibilita Cena Dostupnost Rychlost vyšetření

PCR 1983 Kary Mullis 1993 Nobelova cena

Amplifikace DNA

Základní komponenty reakce voda pufr dNTP (dATP+dTTP+dCTP+dGTP) MgCl2 Taq polymeráza primers templát

Teplotní režim 96ºC Iniciální denaturace 96ºC denaturace 40-72ºC annealing 72ºC elongace 72ºC závěrečná elongace 4ºC zchlazení 30x

Elektroforéza v agarovém gelu

+ -

Přímá sekvenace Umožní detekovat dosud nepoznané mutace/polymorfismy Drahá Relativně zdlouhavá Metody využívající sekvenační instrumentárium

PCR s následnou analýzou délky produktů Pokud je polymorfismus způsoben insercí/delecí většího počtu bází, produkt PCR analyzujeme přímo na agarové elektroforéze. V případě analýzy počtu dinukleotidových repetic používáme kapilární elektroforézu. Alelově specifické primery – poskytnou produkt jen za přítomnosti dané aley

PCR s následnou RFLP Pokud polymorfismus způsobuje vznik restrikčního místa, podrobíme produkt PCR působení daného enzymu a na agarové elektroforéze pozorujeme výsledek. Mismatch primery – umožňují vnést restrikční místo do blízkosti SNP a umožní jeho detekci pomocí endonukleáz

Real-time PCR Různé systémy sond (TaqMan, FRET) Melting curve analysis

Metody využívající kapilární sekvenátor SNPlex SNaPshot

Microarrays and chips

High throughput techniques Snaha zvýšit množství zpracovaného materiálu a získaných dat za kratší čas. Větší nároky na přístrojové vybavení. Větší nároky na bioinformatickou podporu při zpracování dat.

High throughput techniques Arrays SAGE High-throughput sequencing

Co je microarray Skleněná nebo plastová destička/membrána s maticí mikroskopických bodů, které obsahují DNA sondy

K čemu je microarray dobrá? Technologie microarrays umožňuje analyzovat během jednoho experimentu až desetitisíce genů. Přináší ohromnou časovou úsporu a úsporu analyzovaného vzorku. Umožňuje automatizovat proces analýzy DNA

Nevýhody DNA microarrays Vyžadují obvykle nákladné přístrojové vybavení. Samotné arrays jsou poměrně nákladné, ale při přepočtu na analýzu jednoho genu je tato zpravidla levnější než při použití klasických postupů. Výsledky získané paralelním studiem několika tisíc genů vyžadují speciální postupy při statistickém zpracování.

Pracovní postup „spotování“ arraye – specializovaná firma Izolace analyzované DNA/RNA/cDNA Označení studované NA pomocí např. chemiluminiscenční značky. Hybridizace s array. Analýza v readeru Statistické zpracování (clusterová analýza)

Praktické použití DNA arrays Expression profiling Genotyping, SNP detection Comparative genomic hybridization

Podobné technologie Agilent Technology, Lab-on-a-Chip

Tissue microarrays