Variabilita a změny genetické informace, mutace RNDr Z

Prezentace na téma: "Variabilita a změny genetické informace, mutace RNDr Z"— Transkript prezentace:

1 Variabilita a změny genetické informace, mutace RNDr Z
Variabilita a změny genetické informace, mutace RNDr Z.Polívková Přednáška č.69 - GIE

2 Mutace x polymorfismy Mnoho genů – pouze jedna normální verze = „wild type“ alela Jiné geny vykazují polymorfismus (mnoho forem-normálních) v populaci Polymorfismus – variantní alely relativně časté Mutantní alely – vzácné – detegovány skrze klinicky významné genetické choroby Existuje-li více mutatních alel v jednom lokusu = alelická heterogenita

3 Mutace = náhlá, neusměrněná, trvalá změna genetického materiálu
Mutace: spontánní indukované Mutace: somatické – nádory, stárnutí buňky gametické- genetická choroba nebo nosičství mutace v další generaci Mutace: tiché=tolerované=neutrální ztrátové výhodné

4 genomové – změna v počtu chromozomů:
Mutace: genomové – změna v počtu chromozomů: a) euploidní změna = násobek haploidní sady (př.triploidie) b) aneuploidie = chromosom navíc nebo chybí (př. trizomie, monozomie) chromozomové = strukturní chrom.aberace = zlomy a výměny genové = kvalitativní nebo kvantitativní změna sekvence bazí

5 GENOVÉ MUTACE Rozdělení podle důsledků: SYNONYMNÍ nevedou k záměně AK MISSENSE chybný smysl - záměna AK NONSENSE vznik terminačního kodonu ELONGAČNÍ mutace terminačního kodonu POSUNOVÉ inzerce, delece (počet bazí není násobkem 3) Mutace genů pro rRNA a tRNA - chyby translace

6 Rozdělení podle mechanismu vzniku:
SUBSTITUCE → záměna AK - nefunkční enzym - změněná specificita (kys.dusitá,alkylační látky ) metabolické vady - A a INZERCE - posunové mutace, posun čtecího rámce DELECE (akridinová barviva –inzerční mutace)

7 Příklady mutací: A) SUBSTITUCE (alkylace, metylace, hydroxylace→chybné párování) záměna 1 baze (bodová mutace) = záměna 1AK MISSENSE MUTACE - chybný smysl a) uvnitř kódujících sekvencí Př.: srpkovitá anemie G A G → G T G v beta globinovém genu glu → val → HbS

8 A → G v oblasti promotoru genu pro faktor IX.
b) vně kódujících sekvencí Př.: hemofilie B: A → G v oblasti promotoru genu pro faktor IX. → změněné množství produktu NONSENSE MUTACE - vznik terminačního kodonu → vznik abnormálního produktu Př.: neurofibromatosa NF1 C G A → T G A arg stop v nádor. supresorovém genu

9 MUTACE RNA SPLICINGU mezi exonem a intronem
Př.: Tay-Sachsova choroba mutace v hexosamidasovém genu - není vyříznut intron mezi exonem 12. a 13. defekt hexosamidázy A

10 B) DELECE, INZERCE (1 nebo více párů bazí, delece části genu, celého genu i více genů - mikrodeleční sy) a) malého počtu bazí (ne násobek 3) posun čtecího rámce ( frame shift mutace ) Př.: ABO krevní skupiny delece G T G → posun čtení v genu pro alelu A → O Tay - Sachsova choroba inzerce 4 párů bazí → posun čtení a vznik stop kodonu b) 3 nebo násobek 3 bazí Př.: cystická fibrosa nejčastěji delece 3 bazí → chybí 1 AK ( např. delta F 508 = chybí fenylalanin)

11 c) celého genu Př.: X- vázaná ichtyosa delece genu pro steroidní sulfatázu d) velké části genu Př.: Duchennova muskulární dystrofie delece dystrofinového genu (asi 60 % případů ) Vznik velkých delecí a inzercí : nerovnoměrným crossing overem (aberantní rekombinace) Př.: delece alfa globinového genu u alfa thalasemie delece pigmentových genů u barvosleposti delece retinoblastomového genu

12 Mutageny Fyzikální: záření
UV – dimery T-T, C-C, T-C = poruchy replikace, traskripce ionizační (rtg,gama) přímý účinek záření – zlomy DNA nepřímý účinek – ionizace molekul prostředí- zlomy DNA Chemické látky – alkylační látky - addukty - analogy bazí - akridinová barviva – inzerce - kys. dusitá – deaminace bazí – porucha párování látky přímo působící nepřímo působící – po metabolické aktivaci (cytochrom dependentní oxygenázy) Biologické – viry – integrace do genomu hostitelské buňky

13 tento typ mutací nevzniká v důsledku působení mutagenů !
Mutace dynamické – postupný vznik – počáteční změna potencuje další změnu = amplifikace opakování tripletů, např. fragilní X vznik přes „premutaci“ v předchozí generaci tento typ mutací nevzniká v důsledku působení mutagenů !

14

15 Nádory Dědičnost: většinou děděna vnímavost - multifaktoriálně
5% familiární nádory (AD s neúplnou penetrancí) u všech se uplatňují mutace při vzniku Nádor = genetické onemocnění = důsledek mutací a dalších genetických změn nádor = klon - vznik z 1 buňky formy sarkom - z mezenchymální tkáně karcinom - z epiteliální tkáně leukemie - hematopoetická tkáň lymfomy - lymfoidní tkáň

16 Klonální vznik nádoru Genetická změna v 1 buňce, její namnožení

17 Nádory – benigní - maligní Charakteristika maligních nádorů: invazivní růst metastazování Vznik nádoru = vícestupňový proces faktory genetické + faktory vnějšího prostředí

18 Karcinogenní faktory prostředí: chemické - karcinogeny
Genetické faktory: Mutace: protoonkogenů - (AD ) → onkogeny = abnormál. buněč.dělení nádorových supresorových genů - (AR) = ztráta funkce obou alel = abnormál.buněč. dělení mutatorových genů (reparačních) - (AR) - zvýšená frekvence mutací - maligní transformace Karcinogenní faktory prostředí: chemické - karcinogeny fyzikální - UV, ionizující záření biologické - DNA nádorové viry RNA nádorové viry - retroviry

19 Onkogeny Protoonkogeny - kontrola buněčného dělení, diferenciace
produkty: růstové faktory, receptory růstových faktorů GTP vazebné proteiny tyrozinkinázy (fosforylace proteinů) cytoplazmatické proteiny proteiny kontrolující buněčný cyklus …. úloha v buněčných komunikacích a v přenosu signálu

20 Změna protoonkogenu na onkogen :
- bodovou mutací - chromozomální translokací → fuzované geny nebo asociace s jinými regulačními sekvencemi - inzercí retroviru - amplifikací: „ double minutes“ – volné kopie onkogenu HSR = homogenně se barvící oblasti = amplifikované kopie, integrované do chromozomu dysregulací imprintingu (metylace) – epigenetické změny stačí změna v jednom párovém protoonkogenu – mutace má dominantní charakter

21 Chromozomální translokace
Důsledek změny: tvorba abnormální produktu nebo nadprodukce normálního produktu Chromozomální translokace př. CML = chronická myeloidní leukemie Ph1 chromozom - t (9;22) c abl z 9q přenesen na 22q → chimerický gen (fuzovaný bcr/abl) → abnormální protein se zvýšenou tyrozinázovou aktivitou - abnormální stimulace buněč.dělení př. BL= Burkittův lymfom - t(8;14) c myc z 8q přenesen na 14q do blízkosti imunoglobulinových genů - vysoká transkripční aktivita → nadprodukce normálního produktu

22 Cme.medscape.com

23 Detekce fuzovaných genů lokus specifickými sondami
Wysis katalog 1996/97

24 Fuzovaný gen bcr/abl u CML

25 Translokace 8q/14q u Burkittova lymfomu
ncbi.nlm.nih.gov

26 Cytogenetická manifestace amplifikací:
„double minutes“ - volné kopie HSR=homogenně se barvící oblasti =tandemně integrované kopie nebo kopie vmezeřené do různých míst chromozomu

27 Detekce amplifikace onkogenů lokus specifickou sondou

28 Úloha virů při vzniku nádorů
schopnost virů integrovat svoji NK do genomu hostitelské buňky - nesou onkogeny (buď vlastní - DNA nádorové viry) nebo přenáší buněčné protoonkogeny- RNA nádorové viry) Buněčné protoonkogeny homologní virovým onkogenům Retroviry = RNA nádorové viry v-onkogeny - nemají introny původ z protoonkogenů hostitelské buňky genom viru replikován a transkribován hostitelskou buňkou transcript - mRNA protoonkogenu po vyříznutí intronů se stane součástí virového genomu spolu s virovou RNA

29 př.virus Rousova sarkomu
virus v hostitelské buňce: RNA viry - přepis reverzní transkriptázou integrace onkogenu do DNA hostitelské buňky = akutní nádorové viry (př.RSV, gen src = onkogen, delece src - virus je infekční, množí se, ale netransformuje buňku) integrace proviru - latentní nádorové viry = nemají onkogen, ale integrují se do sousedství buněčného protoonkogenu - svými „enhancery“ (=regulační sekvence) aktivují vyšší transkribci protoonkogenu (př.ALV - ptačí leukozové viry)

30 Nádorové supresorové geny
produkty: blokují růst a buněčné dělení mutace tumor supresorových genů - recesivní charakter – mutace obou alel - ztráta funkce (Loss Of Heterozygozity - LOH)

31 Př. Retinoblastom (model 2 stupňového vzniku nádoru)
dědičný nádor: časný nástup, bilaterální 1.stupeň: mutace zárodečná (zděděná nebo vzniklá „de novo“- tj. v 1 pohlavní buňce), nebo delece na 13q (gen pro Rb protein) zárodečná mutace je ve všech buňkách jedince (heterozygot) 2. stupeň: mutace somatická v 1 buňce retiny = ztráta heterozygozity (LOH=loss of heterozygosity)

32 Retinoblastom = mutace nádorového supresorového genu (AR), ale dědičnost AD s neúplnou penetrancí!!! - je vysoká pravděpodobnost druhé mutace sporadický nádor: unilaterální většinou, pozdější nástup, obě mutace somatické v 1 buňce retiny -nastávají v průběhu života Další př. Wilmsův tumor (embryonální tumor ledvin) nádorový supresorový gen na 11p

33 Nádorový supresorový gen TP53 (protein p53) (17p13) - reguluje aktivitu genů, jejichž produkty reagují s DNA poškození dočasnou zástavou buněč. cyklu - umožnění reparace (blokáda G1-S = velký repair, S-G2 = postreplikační repair) pokud poškození není zreparováno - vyvolání apoptozy = programovaná buněčná smrt mutace p53 - výskyt v různých nádorech (Li Fraumeni syndrom - nádorové rodiny=rodiny s vysokým výskytem různých nádorů v časném věku )

34 Rodina se syndromem Li- Fraumeni

35 Mutátorové geny geny DNA reparace -
odpovídají za reparaci poškození DNA mutace mají recesivní charakter Př.: dědičný nádor tlustého střeva, bez předchozího polypózního stadia (tzv. dědičný nepolypózní kolorektální nádor tl.střeva nebo rekta)

36 Mnohastupňový vznik nádoru- více genetických změn
1.stupeň může být dědičná změna – mutace na 5q APC (adenomatózní polyposis coli)– střevní polypóza, Gardnerův sy tu su genu APC 5q Mutace/delece Ztráta iheterozygozity DNA hypometylace Mutace K-ras onkogenu 12p Normální epitel. buňka Nadměrná proliferace Adenom I raný tu su genu DCC 18q Mutace/delece, chrom. ztráta chrom.ztráta tu su genu p53 na 17p Ztráta heterozygotnosti Mutace/delece Karcinom Adenom II Středně pokročilé Adenom III metastáze DCC- deleted in colorectal cancer

37 Vlastnosti normální a maligní buňky
in vivo maligní zvrat - nekontrolovatelné množení - invazivní růst - metastazování (lymfogenně, hematogenně) in vitro normální maligní kontaktní inhibice nakupení omezený počet generací nesmrtelnost původní antigenní determinanty nádorové, fetální antigenní determinanty euploidie různé aberace tvar specifický dediferenciace

38 Další faktory karcinogeneze:
1. Geny podmiňující přeměnu chemických látek = metabolická aktivace – polymorfismus genů geneticky podmíněná schopnost detoxikovat škodlivé látky enzym arylhydrokarbon hydroxyláza - přeměna polycyklických hydrokarbonů (cigaretový kouř) na epoxidy (karcinogenní) Jedinci s vysoce aktivní alelou a kuřáci nebo osoby pracující v riziku (asbest) = riziko Ca plic recesivní homozygoti - enzym neaktivní - nemetabolizují = rezistentní na CA plic Různé variantní alely = různá aktivita enzymu

39 2. Geny DNA reparace – polymorfismus = různá aktivita
2. Geny DNA reparace – polymorfismus = různá aktivita reparačních enzymů 3. Geny imunitní odpovědi Imunitní systém: T lymfocyty - cytotoxický efekt + cytokiny NK buňky - nespecificky cytotoxické selhání imunitních mechanismů - rozvoj nádoru defekt v imunitě - vrozený nebo získaný =zvýšené riziko nádorů př. AIDS = vysoké riziko nádorů

40 Genotoxické účinky: mutagenní karcinogenní
teratogenní – poškození plodu v těhotenství imunosupresivní alergenní

41 Teratogeneza Morfogenetické procesy
proliferace distribuce a migrace integrace redukce

42 Morfogenetické systémy:
embryonální - orgán.soustavy, orgány fetální - orgánové složky perinatální - integrované systémy (nervový, endokrinní, imunitní) postnatální - krvetvorba, imunitní systém Regulační mechanismy v morfogenezi: vnitrobuněčné - regulace transkripce mezibuněčné - kontakty buněč. membrám mediátory působící na krátkou vzdálenost - cAMP hormony - působí na delší vzdálenost

43 Vrozené vývojové vady - extinkce
16% oplozených vajíček se nerýhuje 15% se neimplantuje 27% ztráty během prvních týdnů těhotenství 1-2% novorozenců - vvv

44 VVV- příčiny: 20% vvv příčiny genetické (monogenní nebo chrom. abnormalita) 10% - polygenní (genetické + prostředí) 10% viry 5% léky, chemické látky zevní příčiny, ale interakce s genotypem 5% metabolická dysbalance matky 1% radiace 50% vůbec neznáme příčinu - předpoklad interakce genetických a exogenních faktorů

45 Teratogeneza embryotoxický efekt smrt malformace růstová retardace
porucha funkce Citlivost k teratogenům: genotyp matky + embrya druh teratogenu a dávka prostupnost placentou období, kdy teratogen působí

46 Kritická perioda: období, kdy se daný morfogenet.systém vyvíjí v terminačním bodě-kritická velikost období, do kdy je možno vyvolat vvv Sensitivní perioda teratogenu: závisí na typu teratogenu a dávce posunuje se s dávkou Průnik kritické a sensitivní periody - vznik vvv

47 - obecně cytotoxické - působí na proliferaci
Teratogeny: - obecně cytotoxické - působí na proliferaci záleží na tom, co se právě vyvíjí - specifické – receptorové Vzrůst znečištění život. prostředí: frekvence vad se nezvyšuje, ale mění se spektrum vad - ubývá těžkých vad - potratí se

48 funkční maturace implantace histogeneze oplození embryogeneze organogeneze porod týden dny období embryonální fetální perinatální postnatální vše/nic vznik velkých vad funkční vady (karcinogeneze) menší vady

49 Teratogeny: Fyzikální: radiace (vyšetření radioizotopy)
hypertermie (horečka >39oC>2 dny, lázeň) Chemické: léky, drogy 1. prokázané: vit. A a jeho analogy cytostatika warfarin 2. pravděpodobné: antiepileptika lithium (psychofarmakum) 3. možné: hormonální preparáty inhibitory enzymů (ACE) diazepam salicyláty drogy: alkohol, kokain, LSD, cigarety

50 Biologické: 1. viry: zarděnky, neštovice, chřipka, CMV 2. bakterie: Treponema pallidum – syfilis 3. parazité: Toxoplasma gondii (akutní infekce) Plasmodium Mateřské faktory: 1.výživa: jod, vápník, vitamin D, kys. listová, bílkovinná podvýživa 2.choroby: diabetes mellitus, fenylketonurie, hypo(hyper)thyreosa, hypoxie

51