Dedičstvo, chromozómy; Krvné skupiny - genetika človeka

krvné

Obrázok: „Reprezentatívny karyotyp z dobre diferencovaného prechodného bunkového karcinómu močového mechúra“ od Filipa em. Licencia: CC BY 2.0

Ľudská genetika: čo to je?

Ako súčasť genetiky sa ľudská genetika týka ľudského genómu. Lekárska diagnostika a výskum molekulárnej biológie úzko spolupracujú. V predklinickej fáze sú pre vás obzvlášť dôležité základné pojmy, rôzne modely dedičstva a analýzy rodokmeňa. V klinickej časti kurzu budete opäť hlbšie poučení v kurze blokovania ľudskej genetiky.

Genetické symboly

Autozomálne dedičstvo: dominantné a recesívne

Pri autozomálnej dedičnosti leží genetický materiál na chromozómoch 1-22. Dedí sa teda bez ohľadu na pohlavie.

Autozomálne dominantné dedičstvo

Ak sa znaky dedia autozomálnym dominantným spôsobom, prejavujú sa v heterozygotnom aj homozygotnom stave. Štatisticky najbežnejšie rozdelenie je dedičstvo po jednom rodičovi s polovicou detí (s úplnou penetráciou).

Pravdepodobnosť, že deti prejavia dominantnú vlastnosť: 50% - 100%.

Príklady kombinácií

  • Jeden rodič je pre túto vlastnosť heterozygotný: A.a x aa = 50% A.a + 50% aa
  • Jeden rodič je homozygot pre túto vlastnosť: AA x aa = 100% A.a

Ak je znak príčinou choroby, homozygoti sú zvyčajne postihnutí závažnejšie ako heterozygoti. V rodokmeni možno autozomálne dominantné choroby sledovať po generácie, pretože ľudia sú postihnutí v každej generácii. (Výnimkou sú napr Achondroplázia a Marfanov syndróm kvôli novým mutáciám).

Autozomálne dominantné dedičné choroby

  • Polydactyly (Rôznorodosť)
  • Brachydactyly (Krátke prsty)
  • Rozdelená ruka
  • Rozdelená noha
  • Achondroplázia (neprimeraný nanizmus): narušenie tvorby chrupavky. Nedostatok rastových zón kostí má za následok neprimerane nízky vzrast s normálnou dĺžkou kmeňa a kyprými, výrazne skrátenými končatinami. V 80% prípadov achondroplázie je príčinou nová mutácia.
  • Marfanov syndróm: Mutácie v géne pre fibrilín s poruchami syntézy spojivového tkaniva
  • Chorea huntington: Príčinou je expanzia tripletov (CAG), ktorá má deštruktívny účinok na neuróny bazálnych ganglií mozgu. Penetrácia závisí od počtu opakovaní tripletov: Pri> 60 CAG tripletoch sa Huntingtonova choroba vyskytuje už v juvenilnom veku.

Autozomálne recesívne dedičstvo

V prípade autozomálne recesívneho dedičstva musí byť nosič pre danú vlastnosť homozygotný, inak oň nebude existovať. Heterozygoti pôsobia ako vodiče, ale vo fenotype nevykazujú žiadnu expresiu. Fenotypicky chorý človek musí preto mať rodičov, ktorí obaja zdedili recesívny gén.

Príklady kombinácií

  • Ak je jeden rodič pre tento znak homozygotný a druhý pre tento znak heterozygotný, potom sa všetky deti stanú fenotypicky zdravými, ale polovica detí sa stane nosičmi. A.a x AA = 50% Aa + 50% AA
  • Ak sú obaja rodičia pre túto vlastnosť heterozygotní, je to postihnutých 25% detí, 50% heterozygotných vodičov a 25% je homozygotných a zdravých. A.a x Aa = 25% aa + 50% A.a + 25 AA%

Na rodokmeňoch sú autozomálne recesívne choroby sledovateľné menej ľahko ako autozomálne dominantné choroby. Niekoľko generácií tu môže byť bez znakov, skôr ako niekto opäť ochorie. Ako si viete predstaviť, sú to obzvlášť postihnutí potomkovia z príbuzných manželstiev, pretože sa tu zvyšuje šanca, že obaja rodičia budú niesť recesívny gén.

Autozomálne recesívne dedičné choroby

  • Albinizmus: Poruchy v biosyntéze melanínov v dôsledku nedostatku tyrozínhydroxylázy. Výsledkom je nedostatok pigmentu: veľmi biela pokožka a vlasy a vysoká citlivosť na UV svetlo
  • Fenylketonúria: Fenylalanín sa nemôže odbúravať kvôli nedostatku fenylalanínhydroxylázy a hromadí sa v organizme. Výsledkom je ťažká psychomotorická retardácia. Terapia: prísna diéta bez fenylalanínu!
  • Cystická fibróza: Trinukleotidová delécia na chromozóme 7, ktorá kóduje transportér CFRT (transportér chloridov). Týmto spôsobom už nemôžu byť chloridové ióny transportované v sekrétoch; zostávajú viskózne a pomaly tečúce s vážnymi klinickými následkami pre chorých (vrátane opakujúcich sa respiračných infekcií a porúch malabsorpcie). Postihnuté sú všetky exokrinné žľazy.
  • Hluchá hlúposť

Autozomálne recesívnym znakom, ktorý nie je ochorením, je krvná skupina 0.

Gonozómy: dôležité fakty o chromozómoch X a Y.

V súbore ľudských chromozómov je pár chromozómov, ktorý nie je homológny: gonozómy X a Y. Určujú genetické pohlavie.

Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad vlastností a funkcií chromozómu Y a chromozómu X.

Y chromozóm X chromozóm
slabá informácia (lokalizácia veľmi malého množstva génov) bohatý na informácie (riadenie mnohých funkcií organizmu)
najdôležitejší gén chromozómu Y definuje pohlavie (oblasť určujúca pohlavie Y SRY) dvojnásobná dávka génov viazaných na X
SRY indukuje tvorbu semenníkov, produkciu testosterónu Mechanizmus kompenzácie dávky: Kompenzácia prostredníctvom ireverzibilnej inaktivácie jedného z dvoch X chromozómov >> Barrove telieska (pohlavný chromatín) na okraji bunkového jadra
Sexuálny nežiaduci vývoj: XX muž: Gén SRY sa počas meiózy translokuje do iných chromozómov >> mužský fenotyp napriek absencii chromozómu Y, sterilitaXY žena: SRY inaktivácia mutáciou >> sekundárny pohlavný vývoj sa nevyskytuje, možná neplodnosť Genetické mozaiky: v 50% je materský chromozóm X aktívny v ženskom organizme, v 50% je otcovský chromozóm X
Feminizácia semenníkov: chybný receptor pre testosterón >> XY osôb s ženským fenotypom, sterilita Zrušenie deaktivácie v zárodočnej línii

Gonozomálne dedičstvo

Gonozomálne spojené dedičstvo je prítomné, ak je charakteristický znak na jednom z dvoch pohlavných chromozómov.

Dominantné dedičstvo spojené s X.

Dominantné dedičstvo viazané na X je veľmi zriedkavý spôsob dedenia.

Príklady kombinácií

  • Otec nesie zmutovanú alelu: všetci synovia sú zdraví, všetky dcéry choré. Xy x xx = 50% xy + 50% XX
  • Matka nesie mutovanú alelu: 50% synov, 50% dcér je chorých. xy x Xx = 25% Xr + 25% xy + 25% Xx + 25% xx

X-viazané dominantné choroby

  • Rachitída odolná voči vitamínu D. (Hypofatémia)
  • Rettov syndróm
  • Alportov syndróm

X-spojené recesívne dedičstvo

Recesívny režim dedenia spojený s X je oveľa bežnejší. Z hľadiska charakteristík sú muži postihnutí podstatne častejšie ako ženy.

Príklady kombinácií:

  • Ak má muž zmutovanú alelu, je fenotypicky chorý a prenesie túto alelu na svoje dcéry. V takom prípade, ak je matka homozygotná, sa dcéry stanú iba nositeľkami. Alela sa neprenáša z otca na synov, nie sú chorí ani vodiči. XY x XX = 50% XX + 50% Xy
  • Ak je matka heterozygotná prenášačka, ochorie 50% jej synov. 50% dcér sa stane dirigentmi. XY x XX = 25% xY + 25% XY + 25% XX + 25% XX
  • Ak je muž chorý a žena je nositeľkou (príbuzenská plemenitba!), Ochorie 50% synov a 50% dcér. Druhá polovica dcér sa stáva dirigentmi. XY x XX = 25% XY + 25% XY + 25% XX + 25% xx

X-viazané recesívne choroby

  • Hemofília A. (Nedostatok faktora VIII) a Hemofília B. (Nedostatok faktora IX):
  • Červeno-zelená slepota (Heterogónia)
  • Duchennova svalová dystrofia

Známy rodokmeň ukazujúci na recesívne ochorenie viazané na X je rodokmeň anglickej kráľovnej Viktórie. Kráľovská rodina trpela hemofíliou, „krvnou chorobou“.

Dedenie krvných skupín

V súčasnosti existuje 20 rôznych systémov krvných skupín. Najdôležitejšie sú Systém AB0, the MN systém a Rh systém.

Systém krvných skupín AB0

The Systém krvných skupín AB0 je príkladom viacerých alel (genetické polymorfizmy >> prečítajte si tu všetko o formálnej genetike). S viacerými alelami existujú v populácii dve alely génu. Tieto alely sú u každého jedinca dominantné/recesívne alebo kodominantné. V systéme AB0 existujú tieto alely:

  • A pre antigén A
  • B pre antigén B
  • 0 pre žiadny antigén.

A a B sú navzájom kodominantné a dominantné voči 0 a nesú antigény vo svojich glykokalyxoch, 0 ustupuje ako recesívna alela a môže sa prejavovať iba homozygotnosťou. Alela 0 nenesie v glykokalyxe žiadne antigény.

Systém krvných skupín MN

V prípade kodominancií sa obe alely prejavujú vo fenotype súčasne (v prípade heterozygotnosti). V prípade čisto kodominantného dedičstva sa dá vždy odvodiť genotyp priamo z fenotypu: Neexistuje žiadna recesívna alela, ktorá by sa mohla skrývať. Príkladom toho je tento Systém krvných skupín MN. V systéme MN existujú dve rôzne alely proteínu glykokalyxu erytrocytov.

V nasledujúcej tabuľke sú zhrnuté genotypy a výsledné fenotypy dedičnosti krvných skupín v systéme MN a AB0. Tieto pravidlá dedenia možno použiť na predbežné určenie otcovstva. Ak sa konštelácia krvných skupín medzi otcom a dieťaťom nezhoduje, je možné vylúčiť otcovstvo a ďalšie genetické testy sú nadbytočné.

Fenotyp genotyp
Systém AB0 A. AA, A0
B. BB, B0
ZO ZO
0 00
MN systém M. MM
N NN
MN MN

Systém Rh: faktor Rhesus

The Faktor Rhesus je proteín a dedí sa dominantne. U ľudí s negatívnym výsledkom sa môžu vyvinúť protilátky proti faktoru Rh, ale len po kontakte s krvou s pozitívnym účinkom na Rh. To vytvára problémy počas tehotenstva pre Rh-negatívnu matku a Rh-pozitívneho otca. Krv dieťaťa, Rh pozitívna, je počas pôrodu v kontakte s krvou matky. U matky sa teraz vytvárajú protilátky proti Rh. Sú schopné prestúpiť cez placentu v nasledujúcom tehotenstve a aglutinovať Rh-pozitívne erytrocyty v organizme plodu. Výsledkom je ťažká žltačka u dieťaťa po narodení s ťažkým poškodením mozgu.

Heterozygotný otec Rhrh Homozygotný otec RhRh
komplikácie vznikajú u 50% potomkov komplikácie vznikajú u 100% potomkov

Profylaxia protilátok

Po narodení prvého dieťaťa sa matke injekčne podá vysoká dávka Rh-AB. Maskujú Rh antigény dieťaťa a zaisťujú rýchlu elimináciu a následne sa netvoria materské Rh-AB.

Genomický odtlačok: identifikácia podľa rodičovského pôvodu

Všetko, čo ste sa doteraz naučili, ukázalo, že väčšina génov je duplikovaná: jeden od matky, jeden od otca. Podľa Mendelových pravidiel formujú fenotyp dominantné alely. U niektorých znakov sa však pozorovalo, že je rozdiel, ktorý rodič zdedil postihnutú alelu. Aktivita jedného z dvoch génov je výrazne znížená. Toto značenie rodičovských génov bude Genomic Imprinting - genomický odtlačok zavolal. K potlačeniu dochádza pri vývoji zárodočných buniek. Genomický odtlačok sa doteraz preukázal u približne 20 génov.

Genomický odtlačok sa odohráva nanovo v každej generácii, zdedený odtlačok sa vymaže.

Delécia v proximálnej časti q ramena chromozómu 15

Tento príklad ukazuje genómové potlačovanie. Ak dieťa zdedí chybný chromozóm po otcovi, prejaví sa to u dieťaťa Prader-Williho syndróm (okrem iného s mentálnou retardáciou, nízkym vzrastom, obezitou). Ak dieťa zdedí chybný chromozóm po otcovi, tzv. Angelmanov syndróm (vrátane disproporcie lebky a tváre, nekontrolovaných záchvatov smiechu).

Cvičenie pri výpočte rizika v ľudskej genetike

Otázka: Dvaja bratia trpia X-viazanou recesívnou dedičnou chorobou. Aké veľké je riziko, že vaša neter (dcéra sestry) bude heterozygotným nosičom?

Riešenie: Títo dvaja bratia určite zdedili mutovanú alelu po matke. Dedí ako zdravá dirigentka (XX) alela s pravdepodobnosťou 50% (p = 1/2) u vašej dcéry. To potom prenesie mutovanú alelu na jej deti s pravdepodobnosťou 50% (p = 1/2) (jej manžel je zdravý, a preto nie je zahrnutý do výpočtu). Pravdepodobnosť pre neter sa počíta z produktu jednotlivých pravdepodobností: 1/2 x 1/2 = 1/4 = 25%

Zdroj: G. Poeggel (2009): Kurzlehrbuch Biologie. S. 99. Thieme Verlag.

Populárne skúšobné otázky z biológie pre lekárov: Predmet humánnej genetiky

Riešenia sú uvedené nižšie.

1. Páry v príbuzných manželstvách často využívajú genetické poradenstvo. Pre ktoré dedičné choroby majú deti z týchto manželstiev zvýšené riziko?

  1. Choroby s X-viazaným recesívnym spôsobom dedenia
  2. Choroby s autozomálne recesívnym spôsobom dedenia
  3. Choroby s dominantným spôsobom dedičnosti viazaným na X
  4. Choroby spojené s trinukleotidom sa opakujú
  5. Choroby mitochondriálny spôsob dedičnosti

2. Ktoré z nasledujúcich ochorení sa nezdedí ako autozomálne recesívny znak?

  1. Albinizmus
  2. Fenylketonúria
  3. Chorea huntington
  4. Hluchá hlúposť
  5. Cystická fibróza

3. Čo sa nevzťahuje na recesívne dedičstvo viazané na x?

  1. Ak má muž zmutovanú alelu, je fenotypicky chorý a prenesie túto alelu na svoje dcéry.
  2. V takom prípade, ak je matka homozygotná, sa dcéry stanú iba nositeľkami.
  3. Alela sa neprenáša z otca na synov, nie sú chorí ani vodiči
  4. Ak je matka heterozygotná prenášačka, ochorie 50% jej synov
  5. 100% dcér sa stane dirigentmi

Tip na kurz o genetike v biológii pre lekárov

Chceli by ste sa zmestiť do všetkých základov genetiky? Analýza rodokmeňov a výpočet pravdepodobností by už nemal byť problém? Stačí sa naučiť s naším kurzom o ľudskej genetike alebo s našou videoprednáškou o ľudskej genetike a analýze rodokmeňa od spoločnosti Lecturio a ste optimálne pripravení na Fyzikum. Vyskúšajte naše kurzy zadarmo.

nafúknuť

Wenisch (2013): mediscript short bookbook biology. Vydavateľstvo Elsevier.

Poeggel (2009): Krátka učebnicová biológia. Vydavateľstvo Thieme.

riešenia: 1: B., 2: C.: 3: E