Obsah přednášky
•Struktura lidského genomu a cytogenetika
•
•Reakce lidského genomu na vlivy prostředí. Exonové, intronové a promotorové mutace.
•
•Monogenní a polygenní choroby a vztah multigenních nemocí a prostředí.
•
•Genetické studie a klinická genetika.

Genetika
•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.
oZákon 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

Genetika
•specializovaný biologický obor zabývající se variabilitou a dědičností
oklinická genetika
•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
•
adoption of white baby by black NBA star / Grace Photography

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)
•
male_fly Mouse_white

DNA
•molekula DNA jako taková byla objevena v roce 1869, kdy se švýcarskému lékaři Friedrich
Miescherovi podařilo izolovat DNA z leu
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•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

DNA
dna pyri puri


Gen
• = konkrétní úsek molekuly DNA nesoucí informaci pro tvorbu proteinu nebo NA (rRNA, tRNA…).
•
•geny strukturní
•geny pro RNA
•geny regulační
•
•exony = funkční úseky genu, které jsou přepisovány do mRNA a dále translantovány 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, …
•
•

Struktura genu a transkripce



Genová translace
TranslationDetails


Genetický kód
•určuje pořadí aminokyselin v proteinu
ouniverzální = podobný princip u většiny živých organizmů
otripletový = trojkombinace 4 nukleotidů (A, C, G, T)
odegenerovaný = 43 = 64, ale aminokyselin jen 21
•
•
genetic%20code lbdna21p

Základní genetické pojmy
•chromozom
•
•
•
•
•
•
•lokus
•alely
odominantní
orecesivní
•
•homozygot
•heterozygot
•
•genotyp
•fenotyp
•
Rotation of sejmout0016

Mitóza a meióza
mitosis_meiosis
Mitóza = 2 dceřinné buňky s diploidním počtem chromozomů, 1 cyklus DNA replikace následuje
rozdělení chromozomů a jádra (profáze ® prometafáze ® metafáze ® anafáze ® telofáze) a násl. celé
buňky (cytokineze)
Meióza = 1 cyklus replikace následován 2 cykly segregace chromozomů a buněčného dělení
1.meiotické (redukční) dělení – rozdělení homologních chromozomů
významné – odehrává se zde meiotický crossing-over (rekombinace) – žádná z gamet není identická!
poruchy rozestupu – např. trisomie
2.meiotické dělení – rozestup sesterských chromatid
2 dceřinné buňky s haploidním počtem chromozomů
vznik pohlavních buněk (spermie, vajíčko)
dodatečné promíchání genetického materiálu crossing-overem

Cytogenetika a stanovení karyotypu
•cytogenetika se zabývá studiem organizace genomu, struktury a funkce chromozomů u eukaryot
•
•Vyšetření chromozomů
• materiál: b. z periferní krve, plodové vody atd. se kultivují in vitro (stimulace mitózy pomocí
fytohemaglutininu), zastavení mitózy za 2-3 dny (pomocí kolchicinu, kt. zabraňuje tvorbě dělícího
vřeténka)
•b. do hypotonického prostředí → barvení → fotografování
•
•karyotyp = soubor všech chromozomů v jádře b., zjišťuje se na základě cytogenetického barvení, kt.
využívá různé barvitelnosti sekvencí bohatých na AT páry a GC páry nukleotidů
•idiogram = obraz chromozomů v b. určitého jedince
•
•FISH

Lidský genom
•Human Genome Project (HUGO) – James D. Watson – v r. 2001 zveřejnění prvních výsledků
•
•gen = konkrétní úsek molekuly DNA nesoucí informaci pro tvorbu proteinu nebo NA (rRNA, tRNA…). ~
21 tisíc genů (2011)
•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)
•
•v jádru diploidní lidské buňky 22 párů chromozomů (autozomy) a pár pohlavních chromozomů X/Y
(gonozomy) = karyotyp
–
https://encrypted-tbn1.google.com/images?q=tbn:ANd9GcSYm-BKq9YLeDJWyyJj06sTeJMQISFjEH_KDz8LIoHUt2Vh
2KF9zw
http://scienceparameter.com/museum/images/cell-dna.gif

Lidský genom
•hustota genů na jednotlivých chromozomech dost heterogenní
•pouze ~ 10 % kódující sekvence
•~ 75 % se skládá z jedinečné (neopakující se) sekvence
•zbytek repetitivní sekvence
–

Lidský genom
•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
oDNA transpozony
oretrotranspozony
o
•tandemové
omikrosatelity
ominisatelity
o
–

Lidský genom
–DNA transpozony
•např. „Sleeping Beauty“ – možné využití při genové terapii díky více specifickým místům integrace,
než je tomu např. u retrovirů
•jádrem je sekvence kódující enzym transponázu, který se váže k oběma koncům repetitivního
elementu, jež jsou tvořeny invertovanými repeticemi
•invertované konce si tedy mohou "vyměnit" řetězce a stabilizovat tak strukturu stopka-klička,
nezbytnou pro aktivitu transponázy
•transponáza pak vyštěpí transpozon a liguje takto vzniklé volné konce chromozomální DNA -
podobnost u maturace genů pro Ig (V-D-J rekombinace) a TCR při vyštěpení mezilehlých sekvencí
•uvolněný komplex transpozon-transponáza se váže na specifický sekvenční motiv jinde v genomu,
transponáza štěpí hostitelskou DNA a liguje transpozon na nové místo
•transpozon se pohybuje mechanismem vyjmout-vložit (cut and paste) a počet kopií zůstává stabilní
»
»
•
•
http://www.med.umn.edu/ihg/prod/groups/med/@pub/@med/documents/asset/med_55364.jpg
http://i1-news.softpedia-static.com/images/news2/Jumping-Genes-Could-Cure-Genetic-Maladies-2.jpg

Lidský genom
–Retrotranspozony
•endogenní retrovity - obsahují na koncích dlouhé repetitivní části zvané LTR („long terminal
repeat“) a jsou poměrně časté, ačkoliv v lidském genomu nejsou známy žádné v současnosti aktivní
•autonomní – LINE (long interspersed nuclear elements) velmi hojné v lidském genomu (21 % celku),
nejčastější L-1 obsahují ve své sekvenci i geny ORF1 a ORF2, které se účastní jejich další
replikace
•neautomní – SINE (short…) samy nekódují žádné geny a zneužívají pouze určité buněčné proteiny
(včetně ORF proteinů LINE elementů), pouze se přepisují do RNA a následně pomocí reverzních
transkriptáz zpět na nějaké místo do DNA, nejčastější jsou Alu-repetice (11 % celku),
–
•tandemové = za sebou jdoucí identické repetice, VNTR
omikrosatelity – opakování 1- 5 bp
ominisatelity - VNTR (v kb)
» - v subtelomerických oblastech
» - genetické markery
»
»
•
•
satelity

Lidský genom
•Huntingtonova chorea, 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
•autosomálně dominantní choroby
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

Lidský genom
•mtDNA
•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 - není pouhým důsledkem nepoměru počtu mitochondrií lidského oocytu (cca 100
000) a spermie (50-70), ale předpokládá se aktivní proces, který po oplození zlikviduje
mitochondrie paternálního původu

Lidský genom
•mtDNA
•frekvence mutací je u mitochondrií 10-20x vyšší než u jaderné DNA
•→ heteroplazmie = smíšená populace s více variantami mtDNA, pokud je heteroplazmická mutace
zděděna nebo k ní dojde v časných fázích embryogeneze, normální i mutovaná varianta jsou náhodně
předávány při buněčném dělení dceřinným buňkám (mitotická i meiotická segregace)
•distribuce a zastoupení mutované mtDNA v jednotlivých orgánech jsou proto patrně závislé na čase a
vzniku mutace a rovněž na typu postižené buňky
–
•
Typický rodokmen pro onemocnění s mitochondriální dědičností

Lidský genom
•mtDNA
•na základě mtDNA určena migrace lidstva - „mitochondriální Eva“, která žila ~ před 140 000 lety v
místech dnešní Etiopie, Keni nebo Tanzanie
o
•
http://4.bp.blogspot.com/_oUc6WpOAwto/TG3NIvuujhI/AAAAAAAAZ68/8tW--8-B5Qs/s1600/migration_map_tut.g
if
Image:Human Mitochondrial DNA en.svg

Obsah přednášky
•Struktura lidského genomu
•
•Reakce lidského genomu na vlivy prostředí. Exonové, intronové a promotorové mutace.
•
•Monogenní a polygenní choroby a vztah multigenních nemocí a prostředí.
•
•Genetické studie a klinická genetika.

Vliv prostředí na lidský genom
•Genetická výbava jedince je zadána v okamžiku zplození, ale není pro další život konečná -
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.)
•
•

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 = aberace
•Genomové mutace
•
Mutace

Genetická uniformita
–Science.1983 Jul 29;221(4609):459-62.
–The cheetah is depauperate in genetic variation.
–O´Brien SJ, Wildt DE, Goldman D, Merril CR, Bush M.
•A sample of 55 South African cheetahs (Acinonyx jubatus jubatus) from two geographically isolated
populations in South Africa were found to be genetically monomorphic at each of 47 allozyme
(allelic isozyme) loci. Two-dimensional gel electrophoresis of 155 abundant soluble proteins from
cheetah fibroblasts also revealed a low frequency of polymorphism (average heterozygosity, 0.013).
Both estimates are dramatically lower than levels of variation reported in other cats and mammals
in general. The extreme monomorphism may be a consequence of a demographic contraction of the
cheetah (a population bottleneck) in association with a reduced rate of increase in the recent
natural history of this endangered species.
•
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/28/Tamed_Cheetah_Ancient_Egypt.jpg/180px-Tame
d_Cheetah_Ancient_Egypt.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/15/Cheetah_Feb09_02.jpg/250px-Cheetah_Feb09_0
2.jpg

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 - častá mutace, tyto mutace jsou základem interindividuální variability jedinců, v
jediném genu je často mnoho polymorfizmů, jejich kombinace tvoří haplotypy, vyskytuje se v populaci
více než v 1 %
• - 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

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), transverze/tranzice, spíše v
exonech
•
•delece/inzerce = ztráta/zařazení nukleotidů (→ možný posun čtecího rámce), spíše v intronech
•
•

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.
Soubor:Sicklecells.jpg
ancestral
mutant
DNA
-CTC-
-CAC-
mRNA
-GAG-
-GUG-
AA
-glu-
-val-
http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTiPTyiCdKbC7MejKXFE6eKGq08KBFUD3xYhQM2hy7sTTUvyJc-

Genové mutace
•β0 thalasemie
•nonsense mutace pro Hb – chybná syntéza jednoho z řetězců globinu
•autosomálně recesivní
•
•
•
•
•
•
•
ancestral
mutant
DNA
-AGT-
-ACT-
mRNA
-UCA-
-UGA-
AA
-ser-
-STOP

Genové mutace
•Huntingtonova choroba
•trinukleotidová expanze
•
•
•
•
•
•
•
•
•Hemofilie A
•= nedostatek srážecího faktoru VIII
•inzerce 3000 bp – snížení tvorby  proteinu
•gonosomálně recesivní – vazba na X chromozom
•žena je přenašečka
•
•
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

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)
•autosomálně 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 •gonosomálně recesivní –
vazba na X chromozom
•
•
ancestral
mutant
DNA
-CAC-TGT
-CAC-TTG-T..-
mRNA
-GUG-ACA-
-GUG-AAC-U..-
AA
-val-thr-
-ile-gly-
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 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
•dělíme je na:
obalancované – je zachováno původní množství genetického materiálu
onebalancované - část genetického materiálu chybí či přebývá

Chromozomové mutace - aberace
•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°
•fragmentace = rozpad na malé části
•translokace = přesun části chromozomu na jiný chromozom, může vést k vytvoření nového znaku
•
•

Chromozomové mutace - aberace
•Philadelphský chromozom
•chromozomální translokace mezi dlouhými raménky 9. a 22. chrom. t(9;22)(q34;q11),
•u CML je fúzní gen ABL/BCR exprimován jako cytoplazmatický protein p210, ten asociuje s
cytoskeletárním aktinem
•
•p210 má silnou tyrozin-kinázovou aktivitu → fosforylace více než 50 proteinů → fenotyp. změny b.:
•  proliferační aktivity (mitogenní úč.)
•  adhezivity ke stromatu krvetv. tkáně
•  rezistence k apoptóze
•  nestabilita genomu
•
•
•

Genomové 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
oKonkrétní chromozom může být buď znásoben - trisomie (2n + 1), tetrasomie (2n + 2)
o nebo naopak ztracen - monosomie (2n -1), nulisomie (2n - 2)

Genomové mutace
•Aneuploidie
•monosomie
ogonosomální
–Turnerův sy. (45, X0)
o
•trisomie
oautosomální
–Downův sy. (47, XX/XY + 21)
–Edwardsův sy. (47, XX/XY + 18)
–Pataův sy. (47, XX/XY + 13)
–
–
ogonosomální
–Klinefelterův sy. (47, XXY)
–super female – triple X sy. (47, XXX)
–super male = Jackobův sy. (47, XYY)
–
down'schild2

Genomové mutace
•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
•
•
•
•
•
•
•
•u rostlin polyploidie časté: triploidie (banány), tetraploidie (brambory), hexaploidie ( pšenice),
oktoploidie (jahody) - spojitost mezi růstem a vnitřními hodinami rostlin →  hybridní a polyploidní
rostliny mají za denního světla sníženou funkci represorů transkripce, kt. regulují aktivitu genů →
během dne jsou tak aktivnější geny, jejichž produkty se účastní fotosyntézy a metabolismu škrobu →
díky zvýšenému výkonu fotosyntézy i ukládání škrobu pak hybridní a polyploidní rostliny rostou lépe

Obsah přednášky
•Struktura lidského genomu
•
•Reakce lidského genomu na vlivy prostředí. Exonové, intronové a promotorové mutace.
•
•Monogenní a polygenní choroby a vztah multigenních nemocí a prostředí.
•
•Genetické studie a klinická genetika.

Monogenní nemoci
•mendelistická dědičnost
•
•dědičný podklad - 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
•
oje determinována alelami v jednom lokusu
ovariantní 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
omají 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
•

Monogenní nemoci
–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)
omuži hemizygotní
ou žen 1 X-chromozom inaktivován!!
•
•jiné
oimprinting = aktivita určitého genu regulována v závislosti na tom, od kt. rodiče byl gen zděděn
omozaicizmus = přítomnost dvou (nebo více) buněčných linií s různým karyotypem, pocházejících z
jedné zygoty
•
–

Monogenní nemoci
•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
–

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
•manifestní onemocnění u heterozygota je důsledkem:
ohaploinsuficience - pro normální funkci je potřeba >50% aktivního genového produktu
odominantě negativního efektu - syntéza abnormálního proteinu, který “soutěží” s normálním a
ovlivňuje fenotyp
ozesílení funkce (“gain-of-function”) - mutací je posílena přirozená vlastnost proteinu
oztráty heterozygozity (loss-of-heterozigosity, LOH) v somatické buňce - např. familiární
predispozice k nádorůmv důsledku mutací v supresorových genech (např. retinoblastom)
•velmi často enzymové defekty
•postižen je mutovaný homozygot (popř. sourozenci), heterozygotní rodiče jsou přenašeči
(asymptomatičtí) - riziko 0,50 ´ 0,50 = 0,25
•frekvence přenašečů nemoci v populaci >>> frekvence nemocných
•nejčastější AR nemocí u bělochů je cystická fibróza (f nemocných 1/2000, f přenašečů 1/22)
•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)
mosaic1
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 a důsledkem je variabilní exprese X-vázaných genů u heterozygotek
(“manifestující přenašečka”)
•funkční mozaicismus
•
•
•

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
•neúplná penetrance patologického fenotypu
ou určité části osob, přestože zdědí nevýhodný genotyp (zde ve smyslu souboru vícero genů) se
patologický fenotyp nerozvine
•existence fenokopií
opatologický fenotyp může být přítomen u lidí, kteří nejsou nosiči zmíněného genotypu
•genetickou heterogenitou (lokusovou a alelickou)
oklinický 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
opredispozice k rozvoji patologického fenotypu se zvyšuje pouze při simultánním výskytu určitého
souboru alel
•vysokou populační frekvencí alel zodpovědných za rozvoj patologického fenotypu
okaždá jednotlivá predisponující alela pravděpodobně není sama o sobě výrazně patogenní
•spolupůsobením dalších mechanizmů přenosu
omitochondriální dědičnost, imprinting

Komplexní choroby
•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
•Obezita – Hypotéza typu „thrifty genotype“
•V současné populaci jsou selektovány alely, které favorizují přírůstek váhy a skladování tuků, aby
byl zajištěn dostatek živin pro častá období nedostatku potravy.
•Při konstantně vysoké nabídce potravy a poklesu fyzické aktivity tato predispozice vede k pandemii
obezity v rozvinutých zemích.
http://www.harcovka.cz/ckfinder/userfiles/images/hubnuti/pl%C3%AD%C5%BEiv%C3%A1-obezita.jpg




Obsah přednášky
•Struktura lidského genomu
•
•Reakce lidského genomu na vlivy prostředí. Exonové, intronové a promotorové mutace.
•
•Monogenní a polygenní choroby a vztah multigenních nemocí a prostředí.
•
•Genetické studie a klinická genetika.

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
•s intermediálním fenotypem
•s klinickou manifestací nemoci
•s klinickou závažností nemoci
•s odpovídavostí nemoci na léčbu
•
•
•Linkage (vazebná) analýza
•testuje kosegregaci genového markeru a fenotypu nemoci v rodině
•marker a nemoc se v dané rodině mají vždy vyskytovat spolu.
•

Genetické studie
• 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 např.:
oklinické subtypy nemoci (studie case-case)
ozávažnost nemoci
očasný začátek nemoci
orizikové faktory pro nemoc včetně pohlaví
ovhodné 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 nebo součet věku rodičů nad 70 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
ovazba denaturované sDNA se specifickou sondou
•AmnioPCR je moderní metoda sloužící ke genetickému vyšetření  plodu.
oporovnání DNA markerů  matky  i plodu → stanovení početu jednotlivých chromozomů u plodu.
ovýsledek je následně potvrzen klasickým cytogenetickým vyšetřením
ok 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 viz přednáška č.8,
•      celiakie, cystická fibróza…

Klinická genetika
•Celiakie
•celoživotní autoimunitní onemocnění způsobené nesnášenlivostí lepku (glutenu)
•
•lepek mění povrch sliznice tenkého střeva, mizí zde mikroklky a klky, povrch tenkého střeva
snižuje, s tím se zmenšuje jeho schopnost trávení a vstřebávání živin
•
•příznaky: průjem, plynatost, křeče, pokles hmotnosti nebo únava, anémie z nedostatku železa,
zvracení, snížená chuť k jídlu, osteoporóza, zvýšená kazivost zubů, bolesti kloubů, deprese
•
•od dětství, nebo později - po zátěži (nemoc, těhotenství)
•
•bezlepková dieta
•

Klinická genetika
•Celiakie
•Diagnostika
•stanovení autoprotilátek k tkáňové transglutamináze v krevním séru
•při pozitivním výsledku je indikována biopsie sliznice dvanáctníku u nemocného, který konzumuje
stravu s obsahem lepku
•
•Cílený screening
•Pro osoby s rizikovými chorobami
•S podezřelými nebo nespecifickými symptomy
•S autoimunními chorobami asociovanými s celiakií (T1DM…)
•U příbuzných jedinců s celiakií
•
• GHC GENETICS 1600Kč
•
•
•http://medicinman.cz/?p=nemoci-sympt&p_sub=celiakie/f-dg
•

Klinická genetika
•Celiakie
•AD s neúplnou penetrancí
•Genetické vyšetření predispozičních HLA alel II. třídy kódujících heterodimer DQ2
(DQA1*0501/DQB1*0201 nebo DQA1*02:01/DQB1*02:02) a heterodimer DQ8 (DQA1*0301/DQB1*0302)
•Heterodimer HLA-DQ2 se vyskytuje asi u 95 % pacientů s celiakií (jen ve 20 % u kontrolních osob).
•Riziko pro jednotlivce spojené s přítomností heterodimeru HLA-DQ2 je 50× zvýšeno oproti průměrnému
riziku v populaci.
•Menšina pacientů, kteří jsou HLA-DQ2 negativní, bývají pozitivní na HLA-DQ8, často ještě ve
spojení s alelou HLA-DRB1*04.
•Genetické vyšetření má vysokou negativní prediktivní hodnotu, nepřítomnost predispozičních alel
DQ2/DQ8 téměř s jistotou (99%) vylučuje diagnózu celiakie.
•Oproti sérologickému vyšetření protilátek vykazuje menší výskyt falešně negativních výsledků,
zejména u dětí mladších 2 let a u pacientů na bezlepkové dietě.

Klinická genetika
•Cystická fibróza
•více než 30 mutací, které způsobují toto onemocnění
•
•důvody k vyšetření jsou:
•podezření na klinické onemocnění
•příbuzenský vztah rodičů
•opakované potraty
•léčená neplodnost
•
http://4.bp.blogspot.com/-iB3efyIUVRg/TzbCWpWB8rI/AAAAAAAALoc/j0_OqLlKvi4/s1600/cleutus+and+brandin
e+the+simpsons+hillbilly+parody.png