Ekogenetika Bak 06

transcript

Ekogenetika

Praktika zítra• Téma:

– Typy dědičnosti II

– Mutagenní a karcinogenní látky, testování

genotoxicity

• Test nebude.

• Skripta: Praktická cvičení z klinické cytogenetiky

– kapitola 10, str. 47 – 52.

• Databáze IARC (Praktická cvičení, str. 52)

• Pro přímý vstup použijte adresu:http://monographs.iarc.fr/index.php

POLYMORFISMUS

…aneb nejsme všichni stejní

Ekologie• věda o vztahu organismu k okolnímu prostředí

– Biotické prostředí, resp. biotické faktory (vzájemné vztahy živých

organismů)

– Abiotické prostředí, resp. abiotické faktory (chemické, fyzikální,

geografické a geologické podmínky ovlivňující život organismu)

Ekogenetika

• Disciplina, která se zabývá geneticky podmíněnou vnímavostí jedinců vůči určitým faktorům vnějšího prostředí.

• Odlišná vnímavost jednotlivých osob vůči faktorům vnějšího prostředí je dána polymorfismem různých genů (tj. výskytem a kombinací jejich specifických alel).

Polymorfismus

• Environmentální(vyvolaný změnami vnějšího prostředí)

• Genetický(podmíněný geneticky rozdíly v sekvencích DNA)

Obě formy polymorfismu se při vyjádření znaků mohou vzájemně kombinovat.

Environmentální polymorfismus

1000 m

Nadmořská výška

Genetický polymorfismus• Výskyt dvou nebo více geneticky

podmíněných fenotypů v populaci.

• POLYMORFISMUS x MUTACE

Za polymorfismus považujeme případ, kdy frekvence výskytu vzácnější alely v

populaci převyšuje 1%.

1%MUTACE POLYMORFISMUSPolymorfismus prvého

typuPolymorfismus druhého

Projevy a možnosti studia genetického polymorfismu

• Fenotypový polymorfismus (studium variabilních,

geneticky podmíněných znaků)

• Biochemický (imunologický) polymorfismus

(variabilita ve struktuře a molekulární hmotnosti

proteinů, v přítomnosti různých antigenů,

determinant krevních skupin atd.)

• Chromozomový polymorfismus

• Polymorfismus DNA (studium odlišných DNA –

odlišné sekvence, popř. různě dlouhé úseky)

Fenotypový polymorfismus

• Výskyt variabilních

geneticky podmíněných

znaků

– příklady: hrách setý

(barva květů, vzhled

semen, výška rostlin atd.)

• Biochemický, resp. imunologický polymorfismus

proteinů, přítomnost různých antigenů,

Izozymy a alozymy

• Izozymy (též izoenzymy) – všechny funkčně podobné formy daného enzymu kódované různými geny (tj. různými lokusy) nebo různými alelami téhož genu (tj. téhož lokusu).

• Alozymy – podskupina izozymů – všechny formy daného enzymu syntetizované různými alelami stejného genu (tj. stejného lokusu).

Alozymy

• Identifikace založena na rozdílné

molekulové hmotnosti jednotlivých

alelických forem pomocí elektroforézy.

• např. fosfoglukomutáza,

malátdehydrogenáza, kyselá fosfatáza

Alozymová analýza – příprava vzorku

Elektroforéza

Biologický materiál

Homogenizace

Centrifugace

Elektroforéza proteinů

1 2 3 4 5 6 7 8 9

AA AA Aa aa Aa AA Aa aa Aa

ČÍSLA JEDINCŮ

Imunologický polymorfismus

• Histokompatibilitní antigeny (HLA)• Erytrocytární antigeny

– ABO– MN– Rh– Lutheran (Lua, Lub)– Lewis (Lea, Leb)– Duffy (Fya, Fyb)– Kell (K, k)– Xg (Xga, Xg)– …a ještě asi 10 dalších

Chromozomový polymorfismus

• Rozdílné délky p-ramének u

akrocentrických chromozomů

• Rozdílný rozsah heterochromatinových

oblastí (např. lidské chromozomy 9 a Y)

Variabilita heterochromatinové oblasti na Yq

Polymorfismus na úrovni DNA

• Různě dlouhé úseky (často

repetitivní sekvence - VNTR)

– DNA-fingerprinting, RFLP atd.

• Rozdíly v sekvenci DNA

– Sekvenování DNA, RFLP,

hybridizace se specifickými

sondami atd.

C T A C G … C T A C A …

K čemu je to všechno dobré?• Využití ve forenzní genetice (testy paternity, identifikace osob)

• Transplantace (polymorfismus transplantačních antigenů)

• Molekulární epidemiologie (identifikace kmenů patogenů na základě polymorfismu)

význam v mikrobiologii a parazitologii

(identifikace kryptických druhů – sibling species)

• Molekulární taxonomie

studium evolučních vztahů – „molekulární hodiny“

Některé polymorfismy se mohou za určitých podmínek nepříznivě projevit a vyvolat

chorobný stav (např. po přijetí určité potravy, po medikaci určitým lékem atd.)

EKOGENETIKA FARMAKOGENETIKA

Každá osoba má odlišnou, geneticky podmíněnou vnímavost vůči určitému faktoru

vnějšího prostředí, vůči určitému léku.

Entamoeba dispar X Entamoeba histolytica

E.disparE.histolytica

4-jaderné cysty

1-jaderné cysty

8-jaderné cysty

Oba druhy lze rozlišit jen metodami molekulární taxonomie.

Ekogeneticky významné polymorfismy v lidské populaci I.

• Varianty hemoglobinu (HbS – homozygoti trpí srpkovou anémií, heterozygoti jsou odolní vůči infekci malárií)

• Deficit glukózo-6-dehydrogenázy (po podání některých léků, popř. po požití bobu dochází k hemolytickým krizím – tzv. favismus)

• Rozdílná aktivita laktázy (laktózová intolerance po požití mléka)

• Rozdílná aktivita acetaldehyddehydrogenázy – ALDH (ztráta aktivity enzymu vede k nesnášenlivosti k alkoholu – největší frekvence deficience ALDH zjištěna u Japonců, Číňanů a jihoamerických Indiánů)

• Alfa 1-antitrypsin – ATT (proteázový inhibitor, snížená hladina vede ke vzniku chronických zánětů dýchací soustavy, pankreasu a jater)

• Cytochrom P450-monooxygenáza (enzym oxiduje cizorodé látky včetně silných karcinogenů a mutagenů, znám velký počet izoenzymů s rozdílnou induktibilitou)

• Arylhydrokarbonová hydroxyláza – AHH (aktivuje aromatické uhlovodíky na epoxidy, které mají zpravidla karcinogenní aktivitu)

Ekogeneticky významné polymorfismy v lidské populaci II.

Mutageny a karcinogeny v životním prostředí

Objev spontánních mutací

• Hugo DeVries

• Počátek 20. století

• Formulace teorie

mutacionismu

(rozhodujícím

činitelem při evoluci

jsou mutace).

Objevy indukovaných mutací

• 1927 – Herrman Joseph Muller prokázal mutagenní účinky ionizujícího záření.

• 40. léta 20. století – Charlotte Auerbachová zjistila, že yperit vyvolává u octomilek stejné mutace jako ionizující záření (radiomimetické látky).

• Brzy byl mutagenní účinek prokázán u mnoha dalších sloučenin.

Mutageny a karcinogeny

• Mutageny – látky, popř. faktory schopné vyvolat poškození DNA – genotoxické látky (mutagenita = genotoxicita).

• Některé mutageny mají karcinogenní aktivitu – poškození genů, které se účastní regulace buněčného cyklu, popř. reparačních procesů může vyvolat změnu normální buňky na buňku nádorovou.

Základní rozdělení mutagenů

• chemické mutageny – způsobují poškození DNA na základě chemické modifikace bází, popř. jiných složek polynukleotidového řetězce;

• fyzikální mutageny (např. ionizační záření, UV-záření);

• biologické mutageny (viry).

Působení a aktivace mutagenů

• Některé mutageny působí přímo (tzv.

direct acting mutagens) – např. kyselina

dusitá, některé alkylační látky.

• Většina mutagenů patří mezi promutageny

– tj.látky vyžadující metabolickou přeměnu

– tzv. metabolickou aktivaci

Metabolická aktivace promutagenů

PROMUTAGENAKTIVNÍ

(ULTIMÁTNÍ)

MUTAGEN

VAZBA NA DNA (POPŘ. CHEMICKÁ MODIFIKACE BÁZÍ)

MUTACE

enzymy

NÁDOR

Vliv polymorfismu AHH, popř. cytochromomu P450-

monooxygenázy na karcinogenezi

Čím vyšší induktibilita enzymu, tím větší množství karcinogenního produktu.

Osoby s vyšší induktibilitou jsou více ohroženy.

Karcinogeny (kancerogeny)

• Karkinos (řec.) – rak

• Cancer (lat.) – rak, krab

• Látky, popř. jiné faktory

způsobující změnu

(transformaci) normální

buňky na buňku

nádorovou

Krátce k historii

aneb začalo to kominíky…

Londýnský chirurg Percival Pott se ve 2.polovině 18. století zabýval mimo jiné také zdravotním

stavem kominíků…

Dr. Percival Pott (1713 – 1788)

…a zjistil, že:

• u kominíků se ve

zvýšené míře vyskytuje

rakovina (karcinom

dlaždicových buněk)

šourku, které se dokonce

dostalo označení

„kominický nádor“

Podobnou malignitou (na ruce) byl postižen i zahradník, jenž používal

saze ke hnojení zahrady.

Ve svém pojednání z roku 1775 Percival Pott předpokládá, že:

• nádor šourku je vyvolán vnějšími faktory – zřejmě látkami obsaženými v sazích nebo v dehtu.

• Teprve ve 20. století byly ze sazí a dehtu izolovány a chemicky identifikovány látky, které mají vskutku karcinogenní účinek.

Benzo(a)pyren• Polycyklický aromatický uhlovodík s

prokazatelnou karcinogenní aktivitou.

• Obsažen v dehtu, v sazích, v kouři i jiných

produktech spalovacích procesů.

• Po vstupu do organismu dochází k

metabolické konverzi (připojení epoxidové

skupiny a dvou hydroxylových skupin).

• Vzniklý reaktivní derivát se váže na báze

nukleových kyselin a vytváří tzv. adukt (částice

vzniklá adicí).

• Adukt může být příčinou vzniku mutace.

• Mutace může být příčinou přeměny normální

buňky na buňku nádorovou.

viz skripta Praktická cvičení – str. 48

Objev Percivala Potta byl tak prvním důkazem karcinogenní

aktivity chemické látky.

Mutagenní účinky vnějších faktorů byly prokázány daleko později.

Rozdělení karcinogenů podle charakteru

• chemické

• fyzikální

• biologické

Epstein-Barrové virus&

Burkittův lymfom

Biochemické a molekulárně biologické rozdělení karcinogenů

• DNA-reaktivní karcinogeny – všechny mutageny

s prokázanou karcinogenní aktivitou.

• Epigenetické karcinogeny – nevykazují mutagenní

aktivitu, napomáhají však procesu karcinogeneze jinými

mechanismy: – stimulují buňku k proliferaci;

– ovlivňují receptory růstových faktorů a inhibitorů na povrchu

buněk;

– ovlivňují methylaci genů, které se účastní regulace buněčné

proliferace (methylace genu rozhoduje o tom, zda nastane

transkripce nebo nikoliv).

Na shledanou!

Ekogenetika Bak 06

Technology