Genetický polymorfismus

Řecky morphos = tvar polymorfní = vícetvarý, mnohotvárný

Genetický polymorfismus je tedy označení pro výskyt téhož znaku ve více tvarech, formách, přičemž tato mnohotvárnost je geneticky podmíněna.

Znak s nejméně 2 geneticky podmíněnými variantami v 1 populaci, kdy zřídkavá varianta má alespoň 1% výskyt.

Do polymorfismu nepatří: - znaky, jejichž variabilita není podmíněna geneticky - znaky se zřídkavým výskytem (např. dědičné choroby) - znaky s kontinuální proměnlivostí - znaky, které jsou polymorfní mezi více populacemi téhož druhu, ale ne v rámci jedné

Členění: 1/ polymorfismus DNA 2/ polymorfismus biochemický 3/ polymorfismus imunologický 4/ polymorfismus morfologický

1/ polymorfismus DNA

Všechny typy genetického polymorfismu mají svůj podklad v polymorfismu v kódujících sekvencích DNA.

2 hlavní typy polymorfismu DNA: bodový polymorfismus polymorfismus repetitivních sekvencí

Bodový polymorfismus: většinou záměna báze (substituce), méně často jiné typy mutací. Single Nucleotide Polymorphism SNP

AGT CAG TC TCA GTC AG AGT GAG TC TCA CTC AG SNP AGT CAG TC TCA GTC AG AGT GAG TC TCA CTC AG

SNP Změna báze/bází v kódující sekvenci může vést k změně aminokyseliny a tím k projevu ve fenotypu, tj. k polymorfismu biochemickému, imunologickému nebo morfologickému.

SNP Změna báze/bází v nekódující sekvenci se ve fenotypu neprojeví.

U eukaryot cca 1 polymorfismus na 500 nukleotidů v kódující a 50 nukleotidů v nekódující sekvenci

SNP Metody genotypizace: PCR/RFLP RT-PCR DNA microarrays a další přístrojové techniky

SNP V současné době jsou objektem intenzívního výzkumu. Hlavní využití: genomická selekce

Genotypizace SNP na principu Genomická selekce: Genotypizace SNP na principu hybridizace alelově specifického značení odečtení genotypu

Vysoce kapacitní přístrojová metoda, Genomická selekce: Vysoce kapacitní přístrojová metoda, analýza 54 000 SNP na jednom chipu. Nové čipy – analýza 777 000 SNP.

Genomická selekce: Hledání vztahu mezi alelickou variantou SNP a plemennou hodnotou – vazba mezi lokusy.

Výhoda: SNPs jsou rovnoměrně rozloženy po celém genomu. Genomická selekce: Výhoda: SNPs jsou rovnoměrně rozloženy po celém genomu.

Výhoda: Selekci lze provést okamžitě po narození!!! Genomická selekce: Výhoda: Selekci lze provést okamžitě po narození!!!

SNP Další aplikace: Konstrukce genetických map Ověřování rodičovství Identifikace jedinců Populačně – genetické studie

Polymorfismus repetitivních sekvencí

Variable Number of Tandem Repeats VNTR Variable Number of Tandem Repeats

Výskyt mnoha relativně krátkých sekvencí v genomu ve formě tzv Výskyt mnoha relativně krátkých sekvencí v genomu ve formě tzv. tandemových repetic Třídění podle délky sekvence: maxisatelity, minisatelity a mikrosatelity

Polymorfismus repetitivních sekvencí: mikrosatelity repetitivní motiv tvořen 2-6 bázemi

Mikrosatelity jsou krátké segmenty DNA s opakující se sekvencí, např Mikrosatelity jsou krátké segmenty DNA s opakující se sekvencí, např. CACACACA, vět. se vyskytují v nekódující DNA. V řadě mikrosatelitů se repetitivní motiv (např. CA) opakuje 4x, v jiných 7x, 2x nebo 30x.

V diploidních organismech má každé individuum dvě kopie mikrosatelitu V diploidních organismech má každé individuum dvě kopie mikrosatelitu. Např. otec má genotyp s 12 a 19 opakováními, matka 18 a 15 opakování, potomek 12 a 15 opakování.

Ověření parentity 12,19 15,18 12,15 12,18 19,15 19,18 15,21 !!!

Genotypizace metodou PCR a elektroforézy, v souč Genotypizace metodou PCR a elektroforézy, v souč. na automatických kapilárních přístrojích.

Aplikace: Markery asistovaná selekce MAS Konstrukce genetických map Ověřování rodičovství Identifikace jedinců Populačně – genetické studie

2/ biochemický polymorfismus

Výskyt strukturně či funkčně odlišných variant 1 proteinu, jehož syntéza je řízena z 1 lokusu Polymorfní systém Hb Alely HbA, HbB Polymorfní varianta HbA, HbB Genotyp HbA/HbA, HbB/HbB, HbA/HbB Polymorfní typ HbA, HbB, HbAB

Variabilita proteinů Dána změnami v jejich primární struktuře, prostetické skupině apod. Příčiny: 1) mnohotný alelismus (mutace) 2) posttranslační změny 3) více genů kódujících týž protein

Typy biochemické variability Variabilita bez detekovatelné změny aktivity Strukturálně odlišný protein, změna vlastností – aktivita, rychlost rozpadu

Typy biochemické variability Mutace jiného genu, která modifikuje aktivitu proteinu Ztráta proteinu – nulová alela Hybridní proteiny

Populačně – genetické mechanismy rozšíření biochemického polymorfismu Selekce Genetický drift – zřejmě významnější

Využití biochem. polymorfismu Vztah mezi polymorfismem a užitkovou vlastností – kappa-kasein, DGAT1 atd. Markery pro užitkové vlastnosti (stejně jako kterýkoliv jiný polymorfismus) Mapování genomu Populačně – genetické studie

Protein (polymorfní systém) alely skot : mléko aS1 kasein A, B, C, D, E, nejčastější je B s frekvencí 90% a více aS2 kasein A, B, C, D b kasein A1, A2, A3, B1, B2, C, D, E, nejč. A2 (23-75%) a A1 (10-78%) k kasein A, B, C, D, E, F, G, nejč. A (40-85%) a B (10-50%, holštýn i méně) a laktalbumin A, B, C, u evropských plemen skotu se vyskytuje pouze alela B b laktoglobulin A, B, C, D, E, F, W, X, nejvíce A (25-60%) a B (40-60%) imunoglobulin G1, G2, A, M skot: sérum transferin A, D1, D2, E, B, F, N albumin A, B, C a další postalbumin F, S alkalická fosfatáza A,O amyláza I A,B,C a další amyláza II A,B ceruloplazmin A,B,C skot : erytrocyty hemoglobin karbonic. anhydráza F, S a další

3) Imunologický polymorfismus Imunogenetika – zabývá se genetickými aspekty imunologického systému Antigen x protilátka

Imunologický polymorfismus v širším slova smyslu: nauka o genetické podstatě vzniku (založení) antigenů a tvorbě protilátek v užším slova smyslu: nauka o alloantigenech (erytrocytárních a histokompatibilních) aj. - nauka o krevních skupinách - nauka o tkáňové snášenlivosti

Antigen: - látka, která je u příjemce schopna vyvolat imunitní reakci - je nejčastěji charakteru glykoproteinů nebo glykolipidů Antigeny: - xenoantigeny (cizodruhové), např. viry, bakterie - alloantigeny (stejnodruhové), vlastní antigeny determinující specifitu každého jedince

Protilátky (imunoglubuliny): protein vznikající jako odezva na působení antigenu monospecifický protein eliminující příslušný antigen Protilátky: - přirozené (vznikají bez antigenního podnětu, přesněji bez známého podnětu) - imunní (vznikají po působení antigenu – imunizaci)

Erytrocytární antigeny Krevní faktor – geneticky determinovaný erytrocytární antigen Krevně skupinový systém – souhrn antigenů determinovaných z jednoho lokusu Krevní skupina – kombinace antigenů jednoho individua děděných na jednom chrom. Krevní typ – souhrn všech erytrocytárních antigenů jedince

Erytrocytální antigeny Na povrchu erytrocytů Rozčleněny do polymorfních (krevně skupinových) systémů (člověk 15, skot 12, prase 15) Každý systém tvořen alelami z jednoho lokusu Vytvářejí druhovou i individuální specifitu

Krevně-skupinové systémy Komplexní Jednoduché Uzavřené Otevřené

Dědičnost krevně skup. systémů 1 alela = 1 antigen Např. F-V systém skotu Alela F1- antigen F1

Dědičnost krevně skup. systémů 1 alela = žádný antigen Např. systém ABO u člověka Alela 0 – žádný antigen

Dědičnost krevně skup. systémů 1 komplexní alela = skupina antigenů Např. B systém u skotu Komplexní alela O1T1Y2E3´F´I´K´ antigeny O1,T1,Y2,E3´,F´,I´,K´

Dědičnost krevně skup. systémů Až na výjimky kodominantní dědičnost, nulové alely se chovají jako recesívní.

krevní skupina genotyp antigen protilátky I0/I0 - anti-A, anti-B A IA/IA, IA/I0 B IB/IB, IB/I0 anti-A AB IA/IB A, B

P HH IAIB x HH I0I0 AB 0 F1 HH IAI0 HH IBI0 A B

P hh IAIB x HH I0I0 0 0 F1 Hh IAI0 Hh IBI0 A B

Označení systémů a minimální známý počet krevních skupin Druh Počet systémů Označení systémů a minimální známý počet krevních skupin Skot 12 A(10), B(500), C(70), FV(5), J(4), L(2), M(3), N(2), S(8), Z(3), R'S'(3),T'(2) Ovce 8 R(2), I(2), A(4), B(60), C(4), D(2), M(3), XZ(2) Kůň A(5), C(2), D(3), K(2), P(3), Q(6), T(2), U(2) Prase 15 A(2), B(2), C(2), D(2), E(13), F(3), G(2), H(6), I(2), J(3), K(5), L(6), M(9), N(3), O(2) Kur A(5), B(35), C(5), D(5), E(9), H(3), I(5), J(3), K(4), L(2), P(10), R(2)

Krevně-skupinové systémy u lidí (14)

Využití krevně-skupinových systémů Ověřování původu Paternita a parentita

Histokompatibilní komplex Tzv. transplantační antigeny Na plazmatické membráně každé buňky Působí jako alloantigen

MHC - Major histocompatibility complex MHL - Major histocompatibility locus HLA - Human lymphocyte antigens BOLA - Bovine lymphocyte antigens PLA - Pig lymphocyte antigens

Hlavní histokompatibilní komplex (MHC) na 6. chromozomu je tvořen velkým počtem genů geny rozděleny do tříd I., II. III. každá z nich je vysoce polymorfní třída I. a II. obsahuje geny pro leutocytární antigeny (HLA), které mají zásadní význam pro odvržení transplantátu třída III. zahrnuje řadu genů které asociují s některými onemocněními

BP, PQ, DR = geny antigenů II. třídy B, C, A = geny antigenů I. třídy LMP = geny kódující velké multifunkční proteázy DM = heterodimér DMA a DMB genů kódující antigen zpracovávající molekulu potřebnou pro vazbu peptidu s antigeny II. třídy

Haplotyp MHC haplotyp Souhrn alel na jednom chromozomu. Souhrn alel na MHC lokusu.

Dědičnost HLA haplotypů

Každý rodič má dva exprimované haplotypy Alely na MHC lokusu jsou těsně vázané, nedochází k rekombinacím Potomkovi předává každý rodič jeden haplotyp Rodič a potomek sdílejí jeden shodný haplotyp

Některé haplotypy jsou mnohem častější, jiné vzácné Většina z 3x107 kombinací (haplotypů) nebyla nikdy nalezena Existují významné etnické distribuce haplotypů (rozdíly mezi etniky)

4) Morfologický polymorfismus má multifaktoriální etiologii např. otisky prstů