GENOMorganizace genomu

struktura a exprese genumutace

KolektivLaboratoře molekulární biologie

Onkologické centrum J. G. Mendela Nový Jičín

FAKTA• Nukleární DNA je lokalizována v jádře buněk

• Haploidní genom obsahuje 3x109 bp

• Počet předpokládaných genů 20.000 - 30.000 (50.000 – 100.000)

• Kódující sekvence 2 - 3 %

• Genetický kód je univerzální

• Geny jsou lokalizovány na chromosomech lineárně

• Geny mají exon/intronovou strukturu

• Diploidní lidský genom obsahuje 46 chromozomů (2x22 autosomů a 2 pohlavní chromozomy - X a Y) (žena 46 XX,

muž 46 XY)

ZÁKLADNÍ POJMY

Genom – veškerý genetický materiál jednotlivce

Transkriptom – sada transkripovaných sekvencí

Proteom – sada proteinů kódovaná genomem

GENOMKódující sekvence: - cca 2 - 3%

- „single genes“

- „repetetivní geny“ (pro rRNA, tRNA, histony)

Intergenové oblasti

Repetitivní sekvence: - tandemové

- telomerické a subtelomerické

- retropozóny (SINE, LINE)

- MERs (medium and low reiteration frequency repeats)

- endogenní retroviry a virální retrotranspozony

Unikátní sekvence

GENOM

STRUKTURA GENU

promotor UTR

exon 1 exon 2

UTRintron 1

místo „splicing“-u

5´ - - 3´terminátor

GEN A JEHO STRUKTURA

transkriptovaná oblast genupromotor

kódující sekvencemRNA 5´ UTR

mRNA 3´ UTR

ex 1 int 1 ex 3ex 2 int 2

iniciační kodón pro syntézu proteinu

začátek transkripce terminační kodón pro ukončení syntézy proteinu

(UGA, UAA, UAG

signál pro poly(A)

5´- konec 3´- konec

GEN A JEHO STRUKTURA

GENOVÁ RODINA

Konstantní exony

2 3 4 5

BUNEČNÍ CYKLUS REPLIKACE DNA

semikonzervativní replikace

templát

nově syntetizovaná DNA

M

G1

G2

S

„GAP1“ fáze - příprava na syntézu DNA

„syntetická“ fáze - syntéza

(replikace) DNA

buněčný cyklus

REPLIKACE

3´ 5´ 5´3´

REPLIZÓM - proteinový komplex, s enzymatickou povahou, zajišťující replikaci úseku DNA.

REPLIKON - úsek genomu, kde probíhá replikace.

EXPRESE GENU – CENTRÁLNÍ DOGMA

DNA

RNA

PROTEIN

transkripce

translace

EXPRESE GENU

CENTRÁLNÍ DOGMA

EXPRESE GENUCIS/TRANS REGULACE

GENETICKÝ KÓD

MUTACE

•DĚDIČNÁ ZMĚNA GENOTYPU

•JAKÁKOLIV ZMĚNA V NUKLEOTIDOVÉ SEKVENCI NEBO V USPOŘÁDÁNÍ DNA

•selekčně škodlivé

•selekčně neutrální

•selekčně výhodné

EVOLUCE: MUTACE SELEKCE

DĚLENÍ MUTACÍ

podle vzniku - spontánní

- indukované

podle druhu buněk- gametické

- somatické

podle charakteru - genomové (numerické, chromosomové)

- chromosomové (strukturální)

- genové

TYPY MUTACÍ

1. substituce - tranzice (PU-PU; PY-PY)

- transverze (PU-PY; PY-PU)

2. delece

3. inzerce

4. duplikace

5. amplifikace repetitivních sekvencí

DELECE

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

del 3 bp 5´ - - - AGC TCC AAC CCC GTA TTC - - - 3´

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC GGG- - - 3´

del 1 bp 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCG TAT TCG GG - - - 3´

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

del 3 bp 5´ - - - AGC TCC AAC CCC GTA TTC - - - 3´

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC GGG- - - 3´

del 1 bp 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCG TAT TCG GG - - - 3´

INZERCE

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

ins 9 bp 5´ - - - AGC TCC AAC AAA AGC TTT CCC GTA TTC - - - 3´

ins 7 bp 5´ - - - AGC TCC AAC AAA AGC TCC CGT ATT C - - - 3´

SUBSTITUCE

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

tranzice (PU-PU; PY-PY)

M 5´ - - - AGC TCC GAT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

transverze (PU-PY; PY-PU)

M 5´ - - - AGC TCC GTT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

tranzice (PU-PU; PY-PY)

M 5´ - - - AGC TCC GAT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

transverze (PU-PY; PY-PU)

M 5´ - - - AGC TCC GTT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

TYPY MUTACÍCHROMOZOMÁLNÍ VS

MOLEKULÁRNÍ ÚROVEŇ:

CITLIVOST METODY:

SUBSTITUCE ANO NE

DELECE ANO ANO/NE

DUPLIKACE ANO ANO/NE

INVERZE ANO ANO/NE

INZERCE ANO ANO/NE

TRANSLOKACE ANO ANO/NE

MG CG

ÚČINEK MUTACÍ1. mutace měnící smysl kodonu (missense)

Arg na Glu

2. mutace beze smyslu (nonsense – vznik stop kodonu)

3. mutace neměnící smysl kodonu (silent mutation)

4. posunová mutace (frameshift)

--ACG-GCT-AAA-TTC--

--ACA-AAT-TC--

5. nestabilita (vedoucí k anticipaci)

1. mutace měnící smysl kodonu (missense)

Arg na Glu

2. mutace beze smyslu (nonsense – vznik stop kodonu)

3. mutace neměnící smysl kodonu (silent mutation)

4. posunová mutace (frameshift)

--ACG-GCT-AAA-TTC--

--ACA-AAT-TC--

5. nestabilita (vedoucí k anticipaci)

FRAMESHIFT/NON-FRAMESHIFT

Delece: N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

del 3 bp 5´ - - - AGC TCC AAC CCC GTA TTC - - - 3´

(non-frameshift)

del 1 bp 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCG TAT TC - - - 3´

(frameshift)

Delece: N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

del 3 bp 5´ - - - AGC TCC AAC CCC GTA TTC - - - 3´

(non-frameshift)

del 1 bp 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCG TAT TC - - - 3´

(frameshift)

Inzerce:N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

Ins 3 bp 5´ - - - AGC TCC GGT GCG AAC CCC GTA TTC - - - 3´

(non-frameshift)

Ins 1 bp 5´ - - - AGC TCC GGT TTA ACC CCG TAT TC - - - 3´

(frameshift)

Inzerce:N 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

Ins 3 bp 5´ - - - AGC TCC GGT GCG AAC CCC GTA TTC - - - 3´

(non-frameshift)

Ins 1 bp 5´ - - - AGC TCC GGT TTA ACC CCG TAT TC - - - 3´

(frameshift)

DELECE

5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

5´ - - - AGC TCC AAC CCC GTA TTC - - - 3´

5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC GGG- - - 3´

5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCG TAT TCG GG - - - 3´

5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

5´ - - - AGC TCC AAC CCC GTA TTC - - - 3´

5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC GGG- - - 3´

5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCG TAT TCG GG - - - 3´

H2N ----- ser ser gly asn pro val phe ---- COOH

H2N ----- ser ser asn pro val phe ---- COOH(non-frameshift)

(frameshift)

H2N ----- ser ser gly asn pro val phe gly---- COOH

H2N ----- ser ser gly asn pro tyr ser ---- COOH

wt

del 3 bp

del 1 bp

wt

NONSENS MUTACEN DNA 3´ - - - AGC ATA GGT AAC CCC GTA ACC GGG - - - 5´

N mRNA 5´ - - - UCG UAT CCA UUG GGG CAU UGG CCC - - - 3´

N PROTEIN

M DNA 3´ - - - AGC ATT GGT AAC CCC GTA ACC GGG - - - 5´

M mRNA 5´ - - - UCG UAA CCA UUG GGG CAU UGG CCC - - - 3´

M PROTEIN

M DNA 3´ - - - AGC ATA GGT AAC CCC GTA ACT GGG - - - 5´

M mRNA 5´ - - - UCG UAT CCA UUG GGG CAU UGA CCC - - - 3´

M PROTEIN

H2N

H2N

H2N

COOH

COOH

COOH zkrácený protein

zkrácený protein

(substituce A na T – vznik stop kodonu)

(substituce C na T – vznik stop kodonu)

INZERCE

N DNA 5´ - - - AGC TCC GGT AAC CCC GTA TTC - - - 3´

ins 9 bp 5´ - - - AGC TCC AAC AAA AGC TTT CCC GTA TTC - - - 3´

ins 7 bp 5´ - - - AGC TCC AAC AAA AGC TCC CGT ATT C - - - 3´

H2N COOH

H2N COOH

H2N COOH

N PROTEIN

M PROTEIN

M PROTEIN

REKOMBINACE