Genetyka, wykład I
Dodane przez pasqdnik dnia Kwiecień 05 2014 21:48:59

INFORMACJA GENETYCZNA


1. NOSNIKI INFORMACJI GENETYCZNEJ


chromatyna – struktura skladajaca sie z bialek histonowych i niehistonowych, DNA & RNA. W komorce eukariotycznej wystepuje duza liczba bialek histonowych i niehistonowych, ilosc DNA jest bardzo duza, laczna dlugosc DNA moze wynosic 2m – stad koniecznosc upakowania DNA w komorce – spiralizacji (proces zwiazany z histonami) – brak tego u prokariota

struktura chromatyny nie jest stablina – zwiazki tworzace chromatyne sa w ruchu – spiralizacja i despiralizacja DNA. Mozna wyroznic poziomy organizacji chromatyny:

Nukleosom – rdzeń nukleosomu z owinietym DNA i czasteczka histonu H1, molekularna struktura poznan w 1980 roku przez Kornberga.

Z histonow na zewnatrz "stercza" ogony – ulegaja modyfikacja – jest to molekularna baza epigenetycznej regulacji ekspresji informacji genetycznej.

Histony H3 & H4 to bardzo konserwatywne białka, niezmieniony wiek 1,2 *10 9 lat, bardzo podobne histony u ludzi, drozdzy i roslin.
Nukleofilament – koraliki na sznurku – 10nm – ulatwiona aktywnosc genow
Solenoid – zwiniety w spirale nukleofilament – 30nm – aktywnosc genow utrudniona

Miedzy solenoidem i nukleofilamentem w komorce obserwuje sie ciagle zmiany.

Zawartosc DNA w diploidalnym genomie ma wartosc wartosci 2C – umowna ilosc DNA w jadrze komorkowym, w gametach zwartosc DNA = 1C, od telofazy do poczatku fazy S wynosi 2C, a po replikacji 4C. Zawartosc 2C nie jest skorelowana z laczna dlugoscia chromosomow.

W jadrach komorkowych prawie wszystkich organizmow obserwuje sie duzy nadmiar zawartosci DNA wzgledem potrzeb zwiazanych z zapewnieniem pelnej funkcjonalnosci – problem ten nazwano paradoksem zawartosci C DNA. Paradoks ten zwiazany jest z obecnoscia sekwencji powtarzalnych.

Budowa chromosomu metafazowego



W kazdym chromosomie jest centromer wany przewezeniem pierwotnym odpowiedzialny za prawidlowy rozdzial chromatyd podczas podzialu. Wyrozniamy domene laczaca i centralna, odciaganie chromatyd do biegunowo tworzacych sie komorek to zasluga mikrotubul umieszczonych w kinetochorze, który jest struktura trojwarstwowa.

W centromerze wystepuje satelitarny DNA – funkcja nie znana. Zwiazek z heterochromatyna, a takze podobna dlugosc, zbiezna z odlegloscia pomiedzy kolejnymi nukleosomami zdaja sie wskazywac na udzial sekwencji satelitarnych w:

Panuje tez poglad, ze sekwencje satelitarne nie maja zadnego funkcjonalego znaczenia – stanowia kranocowy przyklad sekwencji niepotrzebnych – selfish DNA.


Na podstawie umieszczenia centromeru okresla sie typy chromosomow:

NOR – obszar jaderkotworczy, wystepuje tylko na niektorych chromosomach, podobnie jak w przypadku przewezenia pierwotnego w obszarze przewezenia wtornego tez wystepuje heterochromatyna. W tym obszarze wystepuje rDNA i kodowany jest rRNA. Szcowane dane o zapotrzebowaniu na rRNA mowia o nawet 10 7 rybosomow w komorce zwierzecej. Jesli komorka dzieli sie raz na 24h to nowe rybosomy a wiec i nowe czasteczki rRNa musza byc syntezowane z szybkoscia okolo 100 czasteczek na minute – jest to mozliwe dzieki istnieniu licznych kipii genowdla rRNA zlokalizowanych glownie w obszarach NOR.

Chromosmy olbrzymie – politeniczne


Chromosomy z gruczolow slinowych Drosophila sa zdespiralizowane i przez to bardzo dlugie. Zachowuja wyglad przypominajacy stadium profazy, nadaja sie do barwienia i szczegolowej obserwacji.

Sa uzyteczne przy badania aktywnosci metabolicznej genow, szczegolnie rozulznienie struktury poszczegolnych chromosomow (rozluznienie prazkow) charakteryzuje sie wystpeowaniem zgrubien zwanych pufami lub pierscieniami Balbianego.

Telomery


Zostały odkryte w latach 30-tych XX wieku.McClintok & Muller pracujac niezaleznie zauwazyli, ze chromosomy na koncach maja specjalne skladniki, ktore zapewniaja im stabilnosci, Muller wymyslil dla nich nazwe telmery (gr. telos – koniec, meros – czesc).

McClintok stwierdzila,ze bez tych koncowych tworow chromosomy kleja sie do siebie, ulegaja zmiana strukturalnym i wogole "zle sie prowadza" (sic!), brak telomerow zagraza przezyciu i wiernej replikacji, a w efekcie i komorkom w ktorych sie znajduja.

Sekwencje telomerowe zlokalizowane w terminalnych odcinakch ramion chromosomow, sa szczegolnym rodzajem sekwencji tandemowych. Sekwencji zawieraja kopie wysoce konserwatywne – krotkie (6-7 pz) sekwencje powtorzone tysiace razy o motywie TTTAGGG.

Czasteczki telomerowego DNA maja koniec 3` bogaty w G, koniec ten tworzy kompleksy wewnatrz i miedzyniciowe, stabilizowane przez zasady A-C lub G-A, a wiec niezgodnie z modelem budowy czasteczki DNA wg Watsona & Cricka.

Odmiany podstawowego motywu u roznych poznanych gatunkow – w zargonie sekwencje telomerowe to "ciagi krancowej nudy":

Sekwencje telomerowe zostały opisane w 1978 rzez Elizabeth Blackburn.

W 1991 roku (Los Alamos) sklonowano ludzki telomer u wyznaczono jego sekwencje nukleotydowa. Wykryto, że:

Dlugosc telomerow jest genetycznie warunkowana i jest dziedziczna. Kazdy gatunek ma srednia liczne powtorzen. U Tetrachymena telomer zawiera srednio 70 powtorzen u czlowieka przecietnie 2000 razy. Dobor naturalny nadal naszym telomerom taka dlugosc (7-10 tysiecy liter DNA) aby mogly przetrwac okolo 75-90 lat uzywania i napraw. Indywidulane roznice w dlugosci zycia miedzy ludzi moga miec zrodlo w roznicy dlougosc telomerow.

Obszar subtelomerowy (subtelomerowy DNA) – nie jest telomerem ale jeszcze nie nalezy do kodujacego DNA:

Telomeraza "eliksir wiecznego zycia komorek" (Greider & Blackburn, 1984)

Podobnie jak wszytkie polimerazy i praktycznie wszystkie enzymy jest zbudowana z bialka. Jest jednak unikalna – zwiera pojedyncza zasteczke RNA, ktora stanowi niezbedna nukleotydowa matryce do budowania podjednostek telomerowych.

Bialko telomerazy kodowane jest przez gen na chromosomie 14 o nazwie TEP1 (telomerase associated protein 1). Telomeraza zostala sklonowana w 1997 roku przez firme Geron Corporation – jej zalozyciel Cal Harley udowodnil, ze telomery skracja sie przy podziale komorek.

Z powodu uzywania RNA przez telomeraze zaliczono ja do reliktow "swiata RNA". Bialko TEP1 jest uderzajaco podobne do odwrotnej transkryptazy, enzymu umozliwiajacemu namnazanie sie retrowirusow wewnatrz genomu. Uwaza sie, ze telomeraza jest przodkiem retrowirusow i transpozonow, pierwotnym wynalazcja trnaskrypcji RNA na DNA.

YAC – yeast artificial chromosome


Pierwszy na swiecie sztuczny chromosom zostal skonstruowany in vitro w 1983 roku (Murray & Szostak) i wprowadzony do drozdzy Saccharomyces cerevisiae (n=16). YAC powielal sie razem z pozostalymi chromosomami i przenosil do potomnych komorek geny, ktore dodano mu na drodze inzynierii genetycznej. Szostak zaopatrzyl YAC-a w telomery Tetrachymena.

YAC-i konstruuje sie z syntetycznych minichromosomow, zawierajacych centromer (C), ORI, i przylaczone telomery (TI i Tr). Dodatkowo chromosomy te zawieraja trzy geny markerowe (M1, M2, M3), ktore, gdy ulegna ekspresji pozwalaja na selekcje komorek niosacych sztuczny chromosom.

YAC jest kolisty – tylko naturalne chromosomy sa liniowe

Obecnie YAC-i uzywane sa glownie do przechowywania duzych fragmentow do 2 mln nukleotydowych fragmentow DNA, pochodzacych z organizmow, ktorych genomy byly sekwencjonowane (HUGO, Arabidopsis, mysz).

Umiejetnosci zdobyte przy tworzeniu YAC-a wykorzystano do proby stworzenia dodatkowego ludzkiego chromosomu.

HAC – human artificial chromosome


Zawiera wszystkie niezbedne elemtny – ORI, centromer, telomery, geny markerowe. Dotad nie udalo sie pobudzic HAC-a do dzialania – prawdopodobnie nie zostala prawidlowo odtworzona sekwencja centromeru.

Telomeraza a starzenie się ludzi





Komorki somatyczne pochodzace od noworodkow dziela sie zwykle w hodowli 70-80 razy, podczas gdy pochodzace od 70-latka najwyzej 20-30.


Natomiast, gdy zmiany genetyczne w okresie przedkryzysowym spowoduja pojawienie sie telomerazy, komorki nie do konca straca swoje telomery. Skrocone telomery ratuja i utrzymuja swoja dlugosc przy kojelnych podzialach. W ten sposob komorki uzyskuja niesmiertelnosc wlasciwa komorka nowotworowym (jest to jedna z ich cech).

Brak telomerazy jest glowna przyczyna starzenia sie komorek, ale czy jest glowna przyczna starzenia sie i umierania ciala? Pewne dane wskazuja, ze tak, inne lacza starzenie sie z akumulacja postarzalych komorek ze skrocomymi telomerami.

Telomeraza i kancerogeneza


Niektorzy badacze podejrzewaja, ze utrata zdolnosci do podzialu obserwowana w komorkach ludzkich pozbawionych telomerazy (komorki somatyczne) powstala w trakcie ewolucji nie po to bysmy sie starzeli ale by uchronic nas przed rakiem.

Telomerazaa jest kontrolowana przez gen, ktorego locus znajduje sie na krotkim ramieniu 3 chromosomu ludzkiego. Wyprowadzenie chromosomu 3 ze zdrowa kopia tego genu do hodowli komorek raka piersi spowodowalo to ich obumarcie (Newbold, Nature 1999).

Dzika kopia tego genu zablokowala produkcje telomerazy, co w konsekwencji doprowadzilo do smierci komorek nowotworowych. Odkrycie to wskazuje, ze telomeraza nie jest przypadkowym skladnikiem komorek nowotworowych ale musi byc elementem procesu kancerogenezy.

Poniewaz telomeraz jest takze obecna w totipotencjalnych komorkach macierzystych i komorkach zarodkowych (w mniejeszej ilosci niz w nowotworowych) – wskazuje to, ze jest enzymem o dotad niepoznanej funkcji.

Z jednej strony jest obecn przy roznicowaniu sie komorek (krew), a z drugiej jest obecna w transformowanych komorkach, ktore dzieki niemu staja sie niesmiertelne. Skoro gen/geny na 3 chromosomie reguluja aktywnosc telomerazy musi istniec inna sekwencja/sekwencje decydujace i tym, ktore oblicz telamerazy sie ujawnia.

Więcej na iuczelnia.edu.pl

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies.