‹#›
•Podstata dědičnosti
•Genetická variabilita
(mutace ´ polymorfizmus)
•Monogenní ´ komplexní
  nemoci
Genetická podmíněnost nemocí
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky

Historie
•brněnský kněz a středoškolský profesor Johann Gregor Mendel
• se zabýval křížením různobarevných odrůd hrachu
•
•Genotypové zákony:
oZákon o samostatnosti alel
• Genotyp je soubor samostatných genů určujících znaky.
• Každý znak je určen dvojicí samostatných alel.
o Zákon o segregaci alel
• Dvojice samostatných alel se při zrání rozcházejí a
• do každé gamety přechází jedna z obou alel.
oZákon o nezávislé kombinaci alel
•
•Fenotypové zákony
oZákon o uniformitě hybridů
• Křížíme-li dominantního homozygota s homozygotem recesivním, jsou jejich potomci F1 generace v
sledovaném znaku všichni stejní. Reciproká křížení u jakýchkoliv jedinců F1 generace dávají shodné
výsledky.
oZákon o štěpení v potomstvu hybridů
• Při křížení heterozygotů lze genotypy a fenotypy vzniklých jedinců vyjádřit poměrem malých celých
čísel. Vzniká genotypový a fenotypový štěpný poměr.
•
http://www.artexpertswebsite.com/pages/portraits_identification/scientists/scientists_images/mendel
1.jpg Obsah obrázku tráva, exteriér, strom, park Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
genetics cartoon
Historie
Obsah obrázku text, osoba Popis byl vytvořen automaticky

Genetika
•specializovaný biologický obor zabývající se variabilitou a dědičností
•
oklinická genetika
•zabývá se genetikou patologických stavů
•zabývá se diagnostikou, léčením a prevencí genetických nemocí
•(u celé rodiny!)
•genetické poradenství
olidská genetika
•studuje variabilitu a dědičnost u člověka
ocytogenetika
•studium chromozomů
omolekulární genetika
•studium struktury a funkce jednotlivých genů
opopulační genetika
•studium proměnlivosti populací
okomparativní a evoluční genetika
•mezidruhové srovnání a studium evoluce druhů
•
Obsah obrázku text, savci, vlk Popis byl vytvořen automaticky

Obsah obrázku text, hmyz Popis byl vytvořen automaticky
Genomika
•studuje strukturu a funkci genomů pomocí genetického mapování, sekvenování a funkční analýzy genů
•snaží se o pochopení veškeré informace obsažené v DNA živých organizmů
ostrukturní genomika = pochopení struktury genomu
•konstrukce detailních genetických, fyzických a transkripčních map genomů příslušných organizmů
•reprezentovala zejména iniciální fázi analýzy genomů; konečným cílem byla kompletní znalost DNA
sekvence (např. HUGO projekt)
obioinformatika = shromažďování, analýza a vizualizace biologických souborů dat
•využívá metod výpočetní techniky, tvorba databází a softwarů
ofunkční genomika = studium funkce genů a ostatních částí genomu
•využívá poznatků strukturní genomiky a snaží se o poznání funkce genů; velmi často k tomu využívá
modelové organizmy (kvasinka, nematoda, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Rattus norvegicus,
Mesocricetus auratus aj.) jako časově a finančně výhodnou alternativu vyšších živočichů (zejm. pro
možnost studovat mnoho generací v relativně krátkém čase)
•
Mouse_white

Chromozomální podstata dědičnosti
•DNA, RNA, proteiny
•DNA: nese potřebnou informaci potřebnou
•pro regulaci vývoje, růstu, metabolismu a
•reprodukce
•složena z nukleotidů (zbytek kys. fosforečné, deoxyribóza a dusíkatá báze [A, G, C, T])
•DNA kostra – polynukleotidový řetězec
•zbytky deoxyribózy a kys. fosforečné spojené fosfodiesterovou vazbou
•DNA dvojšroubovice - 2 polynukleotidové řetězce v opačné orientaci
•jedno vlákno v 5’ ® 3’ směru, druhé opačně
•vodíkové vazby mezi páry bází (A=T, GºC)
•
•
•RNA: transport informace z jádra do cytoplazmy
•
•proteiny: základní stavební kameny
•
3_37 3_36

Centrální dogma molekulární biologie
+ epigenetické faktory
Obsah obrázku text, muž, osoba, nošení Popis byl vytvořen automaticky

DNA
•molekula DNA jako taková byla objevena v roce 1869, kdy se švýcarskému lékaři Friedrich
Miescherovi podařilo vyizolovat DNA z bílých krvinek
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•1962 obdrželi společně Francis Crick, James Watson a Maurice Wilkins Nobelovu cenu za fyziologii a
lékařství. Rosalyn Franklin se pro tragické úmrtí této ceny nedočkala.
fm-6 Obsah obrázku text, osoba Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku bílá, sušák na prádlo,
podložka, špinavé Popis byl vytvořen automaticky

Základní genetické pojmy
•gen, alela, genom, chromozom
•
•
•lokus
•alely
•- dominantní
•- recesivní
•
•homozygot
•heterozygot
•
•genotyp
•fenotyp
•

Gen ´ alela ´ genotyp ´ fenotyp
•gen – základní jednotka dědičnosti
•genové rodiny
•sekvenčně podobné geny, které vznikly zřejmě duplikací během evoluce
•např. geny pro hemoglobiny, imunoglobuliny, některé enzymy, …
•pseudogeny
•podobné konkrétním genům ale nefunkční
•každý gen je umístěn na konkrétním místě konkrétního chromozomu = lokus (např. 12q21.5)
•lokalizace genů je u všech lidí stejná, sekvence ale ne!
•alela – konkrétní varianta genu
•v populaci se pro naprostou většinu genů vyskytuje vícero variant (= alel), které mohou být různě
časté = genetický polymorfizmus
•genotyp – kombinace alel v určitém lokusu na paternálním a maternálním chromozomu diploidního
genomu
•haplotyp – lineární kombinace alel na jenom z homologních párů chromozomů
•fenotyp – vnější projev (vyjádření) genotypu
•znak – jednoduše měřitelná, většinou spojitá proměnná
•fenotyp – sobor znaků
•intermediární fenotyp – podobný znaku, ne vždy musí být spojitý
allele Mouse_white Mouse_brown Genotyp_haplotyp

Gen
•
•základní jednotka dedičnosti
•konkrétní úsek molekuly DNA nesoucí informaci pro tvorbu proteinu nebo NA (rRNA, tRNA…)
•
•geny strukturní
•geny pro RNA
•geny regulační (promotory)
•
•exony = funkční úseky genu, které jsou přepisovány do mRNA a dále translatovány při proteosyntéze
•introny = úseky genu, jejichž funkce dosud nebyla zcela objasněna a které nejsou využívány
pro translaci
•
• Dle jejich obsahu geny dělíme na:
•jednoduché - obsahují pouze exony
•složené - obsahují i introny
•
•genové rodiny = sekvenčně podobné geny,
• které vznikly zřejmě duplikací během evoluce,
• např. geny pro (hemo)globiny, imunoglobuliny...
•
•
•
•
•
•
GEN

Struktura genu



Struktura genu
Např. HIF, NF-κB,…


Karyotyp člověka
•každý biologický druh má svou charakteristickou chrom. výbavu (počet a morfologii) = karyotyp
•u člověka mají somatické  diploidní - 46 chromozomů
•22 párů homologních autozomů
•1 pár gonozomů (44XX nebo 44XY)
•gamety (vajíčko, spermie) 23 – haploidní
•standardní klasifikace číslováním podle velikosti
•zpracování vzorku buněk pro karyotyp
•nejlépe hodnotitelné jsou kondenzované chromozomy v metafázi nebo prometafázi mitózy
•lymfocyty perif. krve nutno uvést do mitózy mitogenem a zastavit v metafázi např. colchicinem
•barvením chromozomů (např. Giems) se dosáhne charakteristického pruhování a tím rozlišení
jednotlivých chromozomů
•hodnocení karyotypu
•manuální – obarvený chromozomový “rozptyl” (nejč. mitotické lymfocyty) se po obarvení vyfotí,
vystřihnou a seřadí do párů
•automatizované (mikroskop + software)
chromosomes

‹#›
Lidský genom
•Human Genome Project (HUGO) – James D. Watson
• v r. 2001 zveřejnění prvních výsledků
• (The first complete human genome was only decoded in 2007)
•haploidní genom obsahuje cca 3.3´109 bp
•gen = konkrétní úsek molekuly DNA nesoucí informaci
• pro tvorbu proteinu nebo NA (rRNA, tRNA…).
• ~ 21 tisíc genů (2011) + alternativní splicing
•pseudogen = sekvence DNA, která je podobná genu,
• ale nedochází k jejímu přepisování v RNA (transkripci)
• ~ 20 tisíc pseudogenů
•genom = soubor všech genů v jedné buňce,
• genom jaderný a mitochondriální (mtDNA)
•několik desítek genů kódujících proteiny zapojené v mitochondriálních procesech
•přenos pouze od matky!
• v jádru diploidní lidské buňky 22 párů chromozomů (autozomy)
• a pár pohlavních chromozomů X/Y (gonozomy) = karyotyp
•
•hustota genů na jednotlivých chromozomech heterogenní
•pouze ~ 10 % kódující sekvence, ~ 2 % kóduje proteiny
•~ 75 % se skládá z jedinečné (neopakující se) sekvence
•zbytek repetitivní sekvence
•
•nejasná funkce, zřejmě udržují strukturu chromozomů, možná jsou “evoluční”rezervou
•
•
•
https://encrypted-tbn1.google.com/images?q=tbn:ANd9GcSYm-BKq9YLeDJWyyJj06sTeJMQISFjEH_KDz8LIoHUt2Vh
2KF9zw

‹#›
Jak velký genom sdílí člověk s banánem?
•50% - 60%
•
•
•Most DNA is involved in production of proteins, enzymes for creating or breaking down sugars, for
building cellular structures and processes, etc. etc. •Structure of the hemoglobin pigment (a
protein) has a lot of common code with the structure of the chlorophyll pigment. • the same basic
molecule structure was basically readapted for two very different functions
•lot of DNA has no function called "junk DNA."
•It's this junk DNA that's really a tell-tale sign of common ancestry. Why else would there be
common sequences of base-pairs in the DNA, that are present in both species, but serves no function
in either species?
•
•
•
•
•90% identita savců, 99,9% identita mezi lidmi
Obsah obrázku žlutá, klipart Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku text, kniha Popis byl
vytvořen automaticky

‹#›
Mimojaderná DNA
•mitochondriální DNA
•původ: alfaproteobakterie pohlcena eukaryotickou buňkou
•mnoho genů během evoluce bylo z mtDNA horizontálně přeneseno do buněčného jádra (geny v jádře
kódující různé mitochondriální proteiny silně připomínají bakteriální proteiny)
•~ 16,5 tisíce bp
•kóduje 37 genů
o24 genů pro různou nekódující RNA
o13 genů kóduje vlastní mitochondriální polypeptidy zapojené v mitochondriálních procesech
(využívány během oxidativní fosforylace)
•maternální dědičnost
•genetické analýzy: na základě mtDNA určena migrace lidstva - „mitochondriální Eva“, která žila ~
před 140 000 lety v místech dnesšní Etiopie, Keni nebo Tanzanie
o
•
http://4.bp.blogspot.com/_oUc6WpOAwto/TG3NIvuujhI/AAAAAAAAZ68/8tW--8-B5Qs/s1600/migration_map_tut.g
if
Typický rodokmen pro onemocnění s mitochondriální dědičností Image:Human Mitochondrial DNA en.svg
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Repetitivní sekvence
•Repetitivní  sekvence = DNA s vysokým množstvím kopií
•se podílí na formování vyšších nukleoproteinových struktur, jako jsou telomery nebo centromery
•při chromozomových přestavbách, mají vliv na regulaci genové exprese při procesu zvaném RNA
interference, zajišťují ochranu konců lineárních chromozomů, řídí správný průběh mitotického i
meiotického dělení buňky
•zřejmě udržují strukturu chromozomů, možná jsou “evoluční” rezervou
•
•rozptýlené
• vs.
•tandemové = za sebou jdoucí identické repetice, VNTR
omikrosatelity – opakování 1- 5 bp
ominisatelity -  v rozsahu kilobazí, které se více vyskytují
•     v subtelomerických oblastech chromozomů
•genetické markery
•
•
•
•
satelity

‹#›
Repetitivní sekvence-význam
•Huntingtonova choroba, fatální neurologické onemocnění s nástupem v dospělosti, projevující se
jako demence s extrapyramidovou poruchou motoriky. V genu pro huntingtin je repetitivní sekvence
(CAG)n, která kóduje úsek bílkoviny tvořený zbytky glutaminu (polyglutaminový úsek, polyglutamine
tract). Za normálních okolností mají lidé méně než 20 trinukleotidů CAG a tedy i glutaminů v
huntingtinu, kde tyto tvoří důležitou doménu pro interakce s jinými proteiny. Pokud se však mutací
toto množství zvětší nad 30 glutaminů, protein nepracuje správně s výsledným progresivním
odumíráním neuronů v nucleus caudatus.
•myotonické dytrofie (svalová dystrofie se svalovou slabostí provázenou paradoxně zvýšeným svalovým
tonem) se nachází patologická expanze trinukleotidu CTG v 3´ nepřekládané oblasti genu DMPK
(dystrophia myotonica protein kinase). Mutantní mRNA má sama o sobě patogenní potenciál.
•expanze trinukleotidových repetic
http://hihg.med.miami.edu/code/http/modules/education/Design/images/Slide20101.gif Cross section of
a brain showing undulating tissues with gaps between them, there are two large gaps evenly spaced
about the centre

Genetická variabilita (~0.1%)
bimeiosis
•DNA sekvence kódujících i nekódujících úseků genomu je variabilní
•v populaci pro daný gen vyskytuje vícero variant (= alel) s různou populační frekvencí = genetická
variabilita, která je výsledkem několika procesů
•1) sexuální reprodukce
•2) nezávislé meiotické segregace
•23 párů ch. ® 223 kombinací = 8,388,608 různých gamet
•3) rekombinace (meiotický crossing-over)
•>> kombinací než 8 miliónů
•4) mutageneze de novo
•chyba při DNA replikaci
•proof-reading DNA polymerázy ani mismatch DNA repair není 100%
•působení externích mutagenů
•5) genetický drift
•6) přirozená selekce

Crossing-over a rekombinace
•při meióze získává každá gameta náhodně 1 z páru homologního chromozomu  - paternálního (CHp) nebo
maternálního (CHm)
•při celkovém množství 23 páru je tedy teoreticky možných 223 kombinací (= 8,388,608 různých gamet)
•ve skutečnosti ale gameta obsahuje směs homologního CHm a CHp chromozomu v důsledku procesů během
prvního meiotického dělení = crossing-overu a rekombinace
•takže např. alely, které původně pocházely od různých prarodičů, mohou být na jednom chromozomu
•vzniká tedy mnohem vyšší počet kombinací než 8 miliónů
•pravděpodobnost rekombinace ale není pro každý úsek DNA stejná, ale záleží na vzdálenosti
•čím blíže jsou geny u sebe tím menší je pravděpodobnost rekombinace
•vzdálenost se může udávat i v centimorganech (1cM = 1% pravděpodobnost rekombinace)
•existence haplotypů
•lineární kombinace alel (SNPs) na vícero sousedních lokusech jednoho z homologních chromozomů
přenášená pohromadě (Æ rekombinace)
•statistická asociace mezi DNA variantami
•na dané chromatidě se tedy vyskytují skupiny těsně vázaných variant = haplotypové bloky
•
•
•
crossingover01

‹#›
Vliv prostředí na lidský genom
•Genetická výbava jedince je sice osudově zadána v okamžiku zplození, ale není pro další život
konečná, protože v průběhu  života se může měnit  jak pod vlivem četných faktorů epigenetických
(vlivy prostředí), tak pod vlivem dalších faktorů genetických (např. mutacemi somatických buněk
v průběhu maligní transformace).
http://4.bp.blogspot.com/_PhPp2bIEv5g/R7EztcTjQBI/AAAAAAAAAFg/jTU5nPJAivo/s320/phenotype.png
•Biologické mutageny:
onkogenní viry: adenoviry, herpes viry, virus Epsteina-Barrové, Rousův sarkomální virus a
Rauscherův virus leukémie
•Fyzikální mutageny:
záření (rentgenové, gama, UV – tvorba thymidinových dimerů)
•Chemické mutageny:
organické, alkylační činidla (ATB), anorganické látky, alkaloidy, kationty těžkých kovů, peroxidy,
dusitany, aromatické chlorované deriváty, volné radikály (O.)
•
•

‹#›
Epigenetické faktory
•
•
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Genetická proměnlivost
•je zdrojem individuální variability (vytváří se nové kombinace alel):
•segregace alel při vzniku gamet
•rekombinace při crossing-overu
•vznik náhodných kombinací alel při oplození
•
•
•
•procesy, při kterých se mění počet alel (mění se kvalita a kvantita genů)
•mutageneze = proces vzniku mutací
•mutace = náhodné změny genotypu, změna genetické informace, poměrně vzácné
•
•Typy mutací (indukované  nebo spontánní, ty mají četnost ~10-7, oprava polymerázou a proteinem
p53):
•Genové mutace
•Chromozomové mutace (genomové mutace) = aberace
•
•
Mutace
Obsah obrázku text, noviny, podepsat Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Vzácné mutace a polymorfismus
•vzácné mutace - jsou výrazně patologické a tudíž jsou z populace odstraňovány selekcí, nebo
vznikly nedávno a nestačily se v populaci rozšířit), vyskytuje se v populaci méně než v 1 %
•polymorfismus – nukleotidová záměna, jsou základem interindividuální variability jedinců, v
jediném genu je často mnoho polymorfizmů, jejich kombinace tvoří haplotypy, vyskytuje se v populaci
více než v 1 %. Představují 90% veškeré variability mezi jedinci.
• - SNP = jednonukleotidový polymorfismus - bialelické
• - minisatelitní a mikrosatelitní polymorfismy - multialelické
•
•
•
•germinativní mutace - přenášeny na potomstvo (často příčinou zániku plodu), u potomka přítomny ve
všech buňkách, mají vliv na vývoj druhu, „úspěšnost“ germinativní mutace 1:100000
•somatické mutace - vznikají v somatických buňkách v průběhu života (maligní transformace x žádný
fyziologický vliv)
•
Germinativní a somatická mutace
Obsah obrázku text, noviny Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Genové mutace
•mění jednotlivé geny (alely), většinou jsou indukované
•podstata je molekulární, mění se struktura DNA, ale nenarušuje se celistvost stavby chromozomu
•v somatických nebo v pohlavních buňkách
•mutace v regulačních genech pro množení a diferenciaci→nádorového onemocnění
•
•bodové mutace - substituce = záměna páru nukleotidu za jiný (→změna AA sekvence, změna v regulaci,
ovlivnění transkripce a translace… nebo tvorba STOP kodonu)
•delece/inzerce = ztráta/zařazení nukleotidů (→možný posun čtecího rámce), spíše v intronech
•
•
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Genové mutace
•Srpkovitá anemie
•missense mutace genu pro hemoglobin na
•    6. pozici v ß-řetězci (hydrofóbní valin
•    místo hydrofilní glutamové kyseliny,
•    tvorba shluků Hb a tím změna tvaru ery) →  HbS
•autosomálně recesivní
•
•
•
•
•Srpkovité červené krvinky mnohem hůř přenášejí kyslík. Lidé se srpkovitou anémií mají proto ve
srovnání s obyčejnými lidmi červených krvinek víc. To jim dává proti malárii velkou výhodu, díky
níž mají lepší šanci přežít.
ancestral
mutant
DNA
-CTC-
-CAC-
mRNA
-GAG-
-GUG-
AA
-glu-
-val-
http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTiPTyiCdKbC7MejKXFE6eKGq08KBFUD3xYhQM2hy7sTTUvyJc- Obsah
obrázku text, osoba, muž Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Genové mutace
•β0 thalasemie
•nonsense mutace pro Hb – chybná syntéza jednoho z řetězců globinu
•autozomálně recesivní
•
•
•
•
•
•Huntingtonova choroba
•trinukleotidová expanze
ancestral
mutant
DNA
-AGT-
-ACT-
mRNA
-UCA-
-UGA-
AA
-ser-
-STOP
ancestral
mutant
DNA
…TAC-GTC-…
…TAC-(GTC-GTC-GTC)20-GTC-…
mRNA
…-AUG-CAG-…
…-AUG-(CAG-CAG-CAG)20-CAG-…
AA
…-met-gln-…
…-met-(gln-gln-gln)20-gln-…
1190134872

‹#›
Genové mutace
•Hemofilie A
•= nedostatek srážecího faktoru VIII
•inzerce 3000 bp – snížení tvorby  proteinu
•gonozomálně recesivní – vazba na X chromozom
•žena je přenašečka
•
•
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ae/Queen_Victoria%2C_Prince_Albert%2C_and_chi
ldren_by_Franz_Xaver_Winterhalter.jpg/400px-Queen_Victoria%2C_Prince_Albert%2C_and_children_by_Fran
z_Xaver_Winterhalter.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Alexis.png Obsah obrázku text, hračka, panenka
Popis byl vytvořen automaticky

‹#›
Genová mutace
•Cystická fibróza
•deleční mutací genu produkujícího protein CFTR (chloridový ABC transportér na buň. membráně) →
nefunkční protein •delece 3 bp v pozici 1652 až 1655 v exonu 10 (delece phe v kodonu 508)
•autozomálně recesivní
•
http://www.epgonline.org/images/tobi/cf-1.jpg
ancestral
mutant
DNA
-TAG-AAA-CCA-
-TA A-CCA-
mRNA
-AUC-UUU-GGU-
-AUU-GGU-
AA
-ile-phe-gly-
-ile-gly-

‹#›
Genová mutace
•Duchennova svalová dystrofie •„frameshift“ mutace = posun čtecího rámce v genu pro protein
dystrofin •gonozomálně recesivní – vazba na X chromozom
•
•
ancestral
mutant
DNA
-CAC-TGT
-CAC-TTG-T..-
mRNA
-GUG-ACA-
-GUG-AAC-U..-
AA
-val-thr-
-val-asp-
http://ap-biology-lab.wikispaces.com/file/view/byr10494_fm-1.gif/200083672/byr10494_fm-1.gif

‹#›
Chromozomové mutace - aberace
•nemění strukturu samotných genů, ale mění strukturu chromozomů.
•dají se pozorovat ve světelném mikroskopu
•mohou být překážkou normálního průběhu meiózy a jimi postižené gamety mohou být sterilní nebo
mohou po splynutí vznikat neživota schopné zygoty.
•
•Strukturní chromozomové aberace
•následkem chromozomových zlomů, na které navazuje určitá přestavba. Primární je tedy porucha
struktury, přičemž původní množství genetického materiálu může - ale nemusí - být zachováno. Dělíme
je na balancované (kdy je zachováno původní množství genetického materiálu) a nebalancované (kdy
část genetického materiálu chybí či přebývá).
•
•deficience = ztráta koncové části chromozomu, oddělený kousek se rozpadne v cytoplazmě, dochází ke
ztrátě genů, ztráta důležitých genů vede ke smrti
•delece = ztráta vnitřní části chromozomu.
•duplikace  = zdvojení některých částí chromozomů
•inverze = převrácení části chromozomu o 180°
•translokace = přesun části chromozomu na jiný chromozom, může vést k vytvoření nového znaku
•fragmentace = rozpad na malé části
•
•

‹#›
Chromozomové mutace
•Numerické chromozomové aberace
•způsobeny abnormálním počtem chromozomů v karyotypu
•struktura chromozomů je neporušená, patologicky se uplatňuje nestandardní množství genů
•vznikají díky chybě při rozchodu chromozomů do dceřiných buněk během buněčného dělení
(nondisjunkce) nebo abnormalitami fertilizace či časné embryogeneze
•
•aneuplodie - numerická odchylka se týká pouze určitého chromozomu nebo chromozomů, ne však celé
sady. Konkrétní chromozom může být buď znásoben - trisomie (3x - tři kopie
chromozomu), tetrasomie (4x - čtyři kopie chromozomu), nebo naopak ztracen - monosomie (1x - jedna
kopie chromozomu), nulisomie (0x - žádná kopie chromozomu)
•
•polyploidie - znásobena je celá chromozomová sada - porucha rozdělení celých sad nebo oplození
spermiemi (dispermie]), u člověka přichází v úvahu zejména triploidie (3n = 69 chromozomů)
a tetraploidie (4n = 92 chromozomů), většinou ale:
•těhotenství je potraceno
•molla hydatidosa (a pak těhotenství nutno ukončit potratem)
•porod novorozence s triploidií – velmi časná letalita
•
•

‹#›
Aneuploidie
•Aneuploidie (změna počtu chromozomů v sadě)
omonosomie
•gonozomální
•Turnerův sy. (45, X0)
•
otrisomie
•autozomální
•Downův sy. (47, XX/XY + 21)
•Edwardsův sy. (47, XX/XY +18)
•Patauův sy. (47, XX/XY +13)
•gonozomální
•Klinefelterův sy. (47, XXY
•XXX sy.
•XYY sy.
•
down'schild2 turner

‹#›
Klasifikace geneticky podmíněných nemocí
•prakticky každá nemoc (tj. její vznik a progrese) je u daného jedince modifikována genetickou
výbavou, avšak s různým podílem na finálním fenotypu
•snad s výjimkou úrazů, závažných intoxikací a vysoce virulentních infekcí, kde individuální
genetická konstituce nehraje prakticky žádnou roli
•monogenní nemoci
•jedna kritická “chyba” (tj. alela) konkrétního genu je sama o sobě nebo v homozygotní kombinaci
téměř výhradně zodpovědná za rozvoj nemoci (fenotypu) nebo přenašečství a tedy zvýšenému riziku pro
potomky
•chromozomální poruchy
•nejedná se o konkrétní chybu ale o nadbytek/nedostatek genů obsažených v celých chromozomech nebo
jejich segmentech (“gene dosage” efekt)
•komplexní (poly-, multigenní) nemoci
•genetická dispozice podmíněná kombinací alel několika genů je výrazně manifestována prostředím a
komorbiditami

‹#›
Monogenní nemoci
•Rozvoj molekulárně biologických metod umožnil detailní analýzu  genetického podkladu mnoha
mendelisticky děděných, tzv. monogenních nemocí.
•U těchto chorob se dědičný podklad uplatňuje jako velký faktor, tj. je přítomen prakticky u všech
nemocných a jedná se prokazatelně o faktor příčinný (např.  defekty v dystrofinovém genu u
muskulárních dystrofií), k němuž se přidávají  jen jako přídatné další  faktory genetické i faktory
zevního prostředí.  Příčinou těchto nemocí bývají především tzv. vzácné alely.
•
•je determinována alelami v jednom lokusu
•variantní alela, která vznikla mutací někdy v nedávné nebo vzdálené minulosti a je většinou
relativně málo častá, nahrazuje původní „divokou“ alelu na jednom nebo obou chromozomech
•mají charakteristický způsob přenosu v rodinách
•
•

‹#›
Monogenní nemoci
•choroby dětského věku
•méně než 10% z nich se manifestuje po pubertě a pouhé 1% se objeví po skončení reprodukčního věku
•často výrazně patologické
•V populační studii na 1 milionu živě narozených dětí byla incidence vážných monogenních chorob
odhadnuta na 0,36%, u  6-8% hospitalizovaných dětí se uvažuje o monogenních chorobách.
•doposud známé shrnuje OMIM (On-line Mendelian Inheritance in Man)
•~6000 klinicky významných fenotypů
•čtyři základní typy dědičnosti:
•
dominantní
recesivní
autosomální
autosomálně dominantní (AD)
autosomálně recesivní (AR)
X-vázaný
X-dominantní (XD)
X-recesivní (XR)

‹#›
Monogenní nemoci
•typy přenosu
•autozomální
•geny na obou autozomech aktivní
•gonozomální (X-chromozom vázané)
•muži hemizygotní
•u žen 1 X-chromozom inaktivován!!
•jiné
•imprinting, mozaicizmus, …
•
•podle projevu genotypu ve fenotypu
•recesivní
•nemoc jen u mutovaného homozygota
•dominantní
•nemoc stejná u heterozygota a mutovaného homozygota
•neúplně dominantní
•odstupňovaná tíže nemoci u heterozygota a mutovaného homozygota
•kodominantní
•jak normální tak patologická alela jsou vyjádřeny ve fenotypu
•
pedigree

‹#›
Monogenní nemoci - AD
•nemoci jsou důsledkem jak mutací přenášených mezi generacemi tak vzniklých nově
•nemoc se projevuje v každé generaci - postižený jedinec má postiženého rodiče (a prarodiče), a to
matku nebo otce
•riziko pro potomka 0.50 (pokud by byli oba rodiče postižení pak 0.75, ale to je vzácné)
•
•familiární hypercholesterolemie (1/500),
•myotonická svalová dystrofie (1/1000)
•Huntingtonova chorea (1/3000)
•
•

‹#›
Monogenní nemoci - AR
•• u heterozygotů  s  1  mutovanou  alelou  stačí  produkt  k  udržení  normální  funkce
•• velmi  často  enzymové  defekty  (enzymopatie)
•• postižen  je  mutovaný  homozygot  (popř.  sourozenci),  heterozygotní  rodiče  jsou přenašeči
(asymptomatičtí)  -  riziko  0.50 x 0.50  =  0.25
•• frekvence  přenašečů  nemoci  v  populaci  >>>  frekvence  nemocných
•• nejčastější  AR  nemocí  u  bělochů  je  cystická  fibróza  (f  nemocných  1/2500,  f přenašečů
1/25),  fenylketonurie,  galaktosemie….
•• konsanguinita  (příbuzní  rodiče)  a  geneticky  izolované  populace  (např.  Aškenazi  židé  –
Tay-Sachsova  choroba)
•

‹#›
Monogenní nemoci - X-vázané
•ženy 3 genotypy, muži pouze 2
•X-vázané nemoci se manifestují u všech mužů, kteří zdědili mutaci, a pouze u homozygotních žen
•hemofilie A
•Duchenneova muskulární dystrofie
•Wiskott-Aldrichův syndrom (imunodeficience)
•
•inaktivace X-chromozomu u žen
•kompenzace dávky a exprese X-vázaných genů
•hypotéza Lyonové (“lyonizace”)
•v somatických bb. je 1 X inaktivovaný a v interfázi se zobrazuje jako “Barrovo” tělísko (viz
sporné identifikace pohlaví)
•proces je náhodný, může se týkat jak otcovského tak mateřského X
•důsledkem je variabilní exprese X-vázaných genů u heterozygotek (“manifestující přenašečka”)
•funkční mozaicismus
mosaic1

‹#›
Komplexní nemoci
•multifaktoriální, multigenní
•roli hrají kombinace určitých genů a určitých faktorů zevního prostředí
•Na odhalení nejobecnějších principů genetiky multifaktoriálních nemocí se na rozdíl od genetiky
nemocí mendelistických v současné době stále ještě čeká.
•v klinické praxi  často kolísá názor na výsledky genetických studií, které se snaží odhalit
genetický podklad komplexních nemocí, od neodůvodněného očekávání nad  nalezenými geny velkého
účinku až po velkou  skepsi  vzhledem k existenci  genetického podkladu  v populaci četných nemocí
( nad 1%),   jako je v kardiologii např. esenciální hypertenze.
•pokud  choroba má prokazatelně familiární výskyt,  musíme očekávat podíl genetického podkladu na
její manifestaci, a to i v tom případě,  že není dosud dobře definován nebo dosavadní znalost
nepovažujeme za přesvědčivou.
•Své genetické pozadí mají i tak relativně vzdálené proximální fenotypy, jako je např. kvalita
života  u nemocných s chronickým kardiovaskulárním onemocněním.
•Každá choroba má nějaké  genetické pozadí, jehož podíl na manifestaci dané choroby  je různý.
•
•

‹#›
Komplexní nemoci
•choroby, na jejichž vzniku a progresi se podílí „komplex“ genetických, epigenetických a vnějších
faktorů
•fenotyp nevykazuje klasickou mendelistickou dominantní či recesivní dědičnost jako důsledek změn
v jediném lokusu (tzv. jednolokusových)
•predisponující “geny” zvyšují pravděpodobnost onemocnění, ale nedeterminuje jednoznačně jeho
přítomnost
•je nutné spolupůsobení negenetických faktorů (prostředí)…
•dieta, fyzická aktivita, kouření, ….
•…a interakcí genů mezi sebou
•nejčastější komplexní nemoci
•diabetes (1. i 2. typu)
•dyslipidemie
•esenciální hypertenze
•alergie
Complex Diseases

‹#›
Komplexní nemoci
•Nádorová onemocnění
•
•Komplexní dlouhodobý vývoj onemocnění
•Velký vliv prostředí
•Existence dědičných nádorových syndromů
•Genetický vliv, predispozice – onkogeny
•Mutovaný BRCA1/2
•
Angelina Jolie, Breast Cancer, and You: How to Make the Right Decisions for YOUR Health - Our
Bodies Ourselves
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/19/BRCA1_and_BRCA2_mutations_and_absolute_ca
ncer_risk.jpg/905px-BRCA1_and_BRCA2_mutations_and_absolute_cancer_risk.jpg

‹#›
Komplexní nemoci
•komplexní onemocnění jsou charakterizována:
•neúplnou penetrancí patologického fenotypu
•u určité části osob, přestože zdědí nevýhodný genotyp (zde ve smyslu souboru vícero genů) se
patologický fenotyp nerozvine
•existencí fenokopií
•patologický fenotyp může být přítomen u lidí, kteří nejsou nosiči zmíněného genotypu
•genetickou heterogenitou (lokusovou a alelickou)
•klinický obraz není specifický, ale může se rozvinout v důsledku záměn v genech ležících na
různých lokusech (= lokusová heterogenita), v jednotlivých genech může být přitom vícero mutací či
polymorfizmů (= alelická heterogenita)
•polygenní dědičností
•predispozice k rozvoji patologického fenotypu se zvyšuje pouze při simultánním výskytu určitého
souboru alel
•vysokou populační frekvencí alel zodpovědných za rozvoj patologického fenotypu
•každá jednotlivá predisponující alela pravděpodobně není sama o sobě výrazně patogenní
•spolupůsobením dalších mechanizmů přenosu
•mitochondriální dědičnost, imprinting

‹#›



‹#›
Genetické studie
•Základní debata nad genetickým podkladem nemocí logicky začíná  od strategie výběru tzv.
kandidátních genů. Tato otázka je podstatně jednodušší u mendelisticky děděných nemocí, kde se
změněná funkce jednoho genu snadněji identifikuje.
•Celogenomové asociační studie
•(GWAS=Genome-Wide Association Study) vyhledávají
• polymorfismus jednotlivých nukleotidů nebo běžné
•genové variace, které se typicky chovají jako ukazatelé
•genových oblastí s malým efektem u stoupajícího
•rizika nemocí.
•Dalším významným momentem je výběr statistické
•metodologie, která zhodnotí sílu asociace genů s
•chorobami. Možnosti jsou v zásadě dvě: linkage
•(vazebná) analýza a asociační studie. K detekci
•specifických genetických oblastí a genů, které se
•účastní v transmisi nemoci, je v principu možné použít
•obě metody.

‹#›
Genetické studie
•Kandidátní geny
•Linkage (vazebná) analýza
•testuje kosegregaci genového markeru a fenotypu nemoci v rodině. Čili  marker a nemoc se v dané
rodině mají vždy vyskytovat spolu.
•Asociační studie
•vyšetřují souvýskyt markeru a nemoci na populační úrovni, tj. u nepříbuzných jedinců, obvykle
srovnáním frekvencí markerů u nepříbuzných nemocných a kontrolních subjektů (studie case-control).
•Statistickou sílu asociace je možno dále zvýšit obohacením o další kritéria, jako jsou klinické
subtypy nemoci (studie case-case), závažnost nemoci, časný začátek nemoci, rizikové faktory pro
nemoc včetně pohlaví a vhodné biologické znaky (např. plasmatické hladiny cytokinů při asociaci
genetických polymorfismů v cytokinových genech; studie genotyp-fenotyp).
•
•

‹#›
Klinická genetika
•zabývá se diagnostikou, léčením a prevencí genetických nemocí
•
•genetické poradenství
•vrozené vady - poruchy utváření orgánů, které vznikly v období nitroděložního života, i poruchy
funkční (např. duševní opoždění) a poruchy na úrovni biochemické a molekulární (např. vrozené vady
metabolismu).
•
•
•
•
Skupina
Příčina
Zastoupení
Primárně (geneticky)

chromozomální aberace
10 %
monogenní dědičnost
20 %
Sekundárně (prostředí)


léky, infekce, záření
5 %
porodní poranění
12 %
infekce po narození
7 %
Neznámé (multifaktoriální)
geny + prostředí
46 %

‹#›
Klinická genetika
•Prenatální diagnostika
•zahrnuje vyšetřovací postupy směřující k vyhledávání statisticky významné odchylky ve struktuře
nebo funkci, která přesahuje hranice fenotypové variability
•umožňuje v závažných případech ukončení gravidity, u dalších je možno v předstihu plánovat
optimální perinatální péči.
•
•Rizikové faktory:
•věk matky v době porodu je vyšší jak 35 let
•pozitivní biochemický screening  z krve matky
•ultrazvukový nález, který zvyšuje riziko přítomnosti chromozomální aberace (nahromadění tekutiny v
podkoží, nepřítomnost nosní kůstky, srdeční vada plodu aj.)
•přítomnost chromozomální aberace v rodině
•
•

‹#›
Klinická genetika
•Vyšetření karyotypu plodu
•invazivní metody - amniocentéza, biopsie choriových klků, kordocentéza
•genetické vyšetření, přesněji vyšetření cytogenetické (neboť se vyšetřují chromozomy), ovšem
nejedná se o test DNA
•FISH – fluoresceční hybridizace in situ
•vazba denaturované sDNA se specifickou sondou
•AmnioPCR je moderní metoda sloužící ke genetickému vyšetření  plodu.
•porovnání DNA markerů  matky  i plodu → stanovení početu jednotlivých chromozomů u plodu.
•výsledek je následně potvrzen klasickým cytogenetickým vyšetřením
•K dispozici je v současné době vyšetření 21. chromozomu - amnioPCR, nebo sada vyšetřující
chromozomy 13,18, 21, X a Y- tzv. multiamnioPCR.
•
•
•
http://www.mojebrisko.cz/wp-content/uploads/2011/10/odber-plodove-vody.jpg

‹#›
Klinická genetika
•Stanovení pohlaví plodu
•volné fetální DNA kolující v krvi matky
•neinvazivní s přesností ~98 %
•od 10. týdne těhotenství
•DNA plodu z venózní krve matky
•z klinického hlediska je určení pohlaví plodu důležité v případě rizika nějaké genetické choroby
vázané na určité pohlaví (např. hemofilie).
•
•Preimplantační diagnostika
•metodu časné prenatální diagnostiky, která je vázána na techniky umělého oplodnění. Za účelem
minimalizace chyby genetického vyšetření je třeba k oplozování vajíček použít metody
intracytoplazmatické injekce spermie
•buňky pro genetické vyšetření jsou odebírány z embrya nejčastěji ve stadiu 8 buněk nebo
blastocysty
•
•Postnatální diagnostika
•např. trombofilie , cystická fibróza…

‹#›
Klinická genetika
•Trombofilie
•vrozený sklon ke zvýšenému srážení krve
•může být v některých případech pro své nositele výhodná (omezení ztrát krve při poranění)
•i příčinou různých komplikací v těhotenství, při dlouhodobém znehybnění nebo při  užívání
některých léků může způsobit hlubokou trombózu či plicní embolii
•genetické vyšetření u: gravidních, před začátkem užívání hormonální antikoncepce, před
chirurgickým zákrokem
•
•Leidenská mutace – mutace genu pro inhibitor koagulace faktor V - riziko trombembolie ~30 %,
genová mutace rs6025 G1691A, R506Q (arg→gln), AD
•
•Hyperhomocysteinemie - mutace  enzymu konvertujícího kyselinu listovou –
metyltetrahydrofolátreduktáza (MTHFR) - projeví při nedostatku vitaminů B6, B12 a kyseliny listové,
genová mutace rs1801133 C677T, AR
•
•Defekt antitrombinu (FII) - mutace koagulačního faktoru II zvyšujícího hladinu protrombinu –
riziko trombembolie ~70 – 90 %, genová mutace rs1799963 G20210A
•

‹#›
Adobe Systems
Příběhy vědy: rakovina
Bi0001
Příběhy vědy: gen
Bi0002
https://www.ceskatelevize.cz/porady/10441294653-hyde-park-civilizace/220411058090919/
GATTACA
Doporučená literatura