molekularna patologia
Stiahnuť PPT · 823 kBPreber si túto poznámku so svojou AI
Skopíruj pripravený podklad a vlož ho do ChatGPT, Claude alebo inej AI — bude ťa učiť alebo skúšať len z tejto poznámky.
Náhľad poznámky
Molekulárny aspekt monogénnych ochorení
Typy mutácií, zapríčiňujúcich monogénne ochorenia
Mutácie v kódujúcich sekvenciách
–
model: Hb varianty
Mutácie v nekódujúcich sekvenciách
–
model: talasémie
Nomenklatúra lokusov, alel a mutácií
Lokusová a alelová heterogenita monogénnych
ochorení
Typy mutácií
Triedenie mutácií s patogénnym efektom
Triedenie mutácií s patogénnym efe
1.
podľa zmeny na úrovni DNA
podľa zmeny na úrovni
2.
podľa dôsledkov na štruktúru polypetidu
podľa dôsledkov na štruktúru polype
3.
podľa dôsledkov na funkciu polypeptidu
podľa dôsledkov na funkciu polype
4.
podľa miesta lokalizácie
podľa miesta lokalizáci
1. podľa zmeny na úrovni DNA
1. podľa zmeny na úrov
substitúcie
substit
–
tranzícia - purín > purín alebo pirimidín
rín alebo pirimi
>
pirimidín
pirim
–
transverzia – purín pirimidín
purín pirim
–
najčastejšie
najčastejš tranzícia
tranzí
C > T (8,5 krát)
CpG dinukleotid je mutačné „
CpG dinukleotid je mutačné horúce miesto“
horúce mi
C > metylácia
metyláci > metylc
m
ytozín > deaminácia
deamináci > T
–
ostatné:
ostatné chyby pri replikácii a v oprave DNA
chyby pri replikácii a v oprave DN
delécie (rozsah 1 bp – desiatky Mb)
(rozsah 1 bp – desiatky
–
delécie rozsahu 1 – niekoľko bp často vznikajú v
delécie rozsahu 1 – niekoľko bp často vznikaj
repetitívnych sekvenciách (
repetitívnych se
strand slippage)
strand sl
–
nehomologický crossing-over
nehomologický crossing-ove
–
nehomologická výmena sesterských chromatíd
nehomologická výmena sesterských chrom
duplikácie – v podstate sú opakom delécií
v podstate sú opakom de
–
aj spôsob vzniku
aj sp
–
duplikácia génu
duplikácia gé
PMP22 –
PMP2
Charcot-Marie-Tooth sy.
Charcot-Marie-T
–
delécia génu
delécia g
PMP22 –
PMP2
myopatia HNPP
myopatia HNP
expanzie – zmnoženie krátkej sekvencie o niekoľko
zmnoženie krátkej sekvencie o nie
desiatok až stovák
desiatok až s
–
najčastejšie trinukleotidu (napr CAG pri
najčastejšie trinukleotidu (napr CAG pri
Huntingtonovej chorei
Huntingtonovej chor
•
normálna variabilita:
normálna variabi
do 27 opakovaní
•
premutácia (instabilita):
premutácia (instab
27 – 34 opakovaní
•
variabilná penetrancia
variabilná penetranci : 35 – 39 opakovaní
•
mutácia (patológia).
mutácia (patológi
nad 39 opakovaní
inzercie
–
prerušenie génu inou DNA sekvenciou
prerušenie génu inou DNA sekvenci
–
najčastejšie sú to transpozabilné elementy (nspr.
najčastejšie sú to transpozabilné elementy (nspr
L1 pri hemofílii A)
L1 pri hemofíl
inverzie – otočenie úseku DNA v dôsledku
otočenie úseku DNA v dôs
intrachromozomálnej rekombinácie
intrachromozomálnej rekombinácie
–
dôsledkom je prerušenie génu (50 % prípadov
dôsledkom je prerušenie génu (50 % prí
ťažkej HA je zapríčinených inverziou)
ťažkej HA je zapríčinených inve
fúzované (hybridné) gény
fúzov
vznik – nehomologický crossing-over
vznik – nehomologický cros
- translokácia chromozómov
- transl
t(9;22) > BCR/ABL > chronick
chroni á myeloidná
á myel
leukémia
leuké
génová konverzia –
génová konv
je nerecipročný prenos
je nerecipročný prenos
sekvenčnej informácie z donorovej sekvencie na
sekvenčnej informácie z donorovej sekvencie
akceptorovú sekvenciu
akceptorovú sekvenci
–
najčastejšie z nefunkčného pseudogénu na
najčastejšie z nefunkčného pseudog
fukčný gén
fukčný g
–
dôsledok – vyradenie funkčného génu
dôsledok – vyrade
•
napr
nap SMN1
SMN1 > SMN2 >
> SMN
spin
s
álna svalová atrofia
álna svalová a
2. podľa dôsledkov na štruktúru polypetidu
podľa dôsledkov na štruktúru polypet
substitúcie sa delia:
substitúcie s
–
nemé (silent): - nedochádza zámena
: - nedochádza záme
aminokyseliny
aminokyse
–
meniace zmysel
meniace zm
(missense)
(misse
: zámena
aminokyseliny
aminokyse
–
nezmyselné
nezmy
(nonsense)
(nonse
: vzniká STOP kodón
: vzni
UGC (cysteín)
(cys
(degenerácia kódu)
(degeneráci
UGU
U
(cysteín)
(cysteín)
UAU (tyrozín)
(tyroz
UGA (STOP)
(STO
všeobecne:
všeob
–
STOP mutácie sú závažné
STOP mutácie sú záva
–
závažnosť missenese mut. závisí od toho či postihujú
závažnosť missenese mut. závisí od toho či postihu
funkčne dôležité domény
funkčne dôležité dom
–
aj silent mutácie môžu mať patologický dopad
aj silent mutácie môžu mať patologický do
(aktivácia kriptického zostrihového miesta)
(aktivácia kriptického zostrihového mies
2. podľa dôsledkov na štruktúru polypetidu -
podľa dôsledkov na štruktúru polypetid
pokr
p
.
posunové mutácie
posunové mut
(frame-shift)
(frame
–
úpĺne zmenená sekvencia polypeptidu od bodu
úpĺne zmenená sekvencia polype
mutácie
–
najčastejšie sa však vytvorí
najčastejšie sa však vytvor STOP kodón
–
závažný dopad na funkciu
závažný dopad na funkci
–
na úrovni DNA sú to predovšetkým malé delécia a
na úrovni DNA sú to predovšetkým malé d
inzercie, ktoré nie sú násobkom 3 (kodónu)
inzercie, ktoré nie sú nás
pridanie nových aminokyselín do polypeptidu
pridanie nov
–
inzercie násobku 3 bp
inzer
–
expanzie: napr. „CAG“ kódujúci glutamín u
expanzie: napr. „CAG“ kódujúci glutamí
Huntingtonovej chorei
Huntingtonovej chor
3. podľa dôsledkov na funkciu polypeptidu
podľa dôsledkov na funkciu polypept
.
Z hladiska patológie dôležitý je vplyv na funkciu
Z hladiska patológie dôležitý je vplyv na funkc
polypeptidu a nie zmena na úrovni DNA
polypeptidu a nie zmena na úr
a)
znížená až nulová funkcia (loss-of-function)
(loss-of-functi
b)
nová (abnormálna) funkcia
nová (ab
(gain-of-function)
(gain-of-functio
a) loss-of-function
a) loss-of
–
môže mať rôzne mechanizmy (4. roč.)
môže mať rôzne mechaniz
–
najčastejšie sú recesívne (nie je dôležité presné
najčastejšie sú recesívne (nie je dôležité pre
množstvo produktu, napr. enzýmy – 50 % akt.
množstvo produktu, napr. enzýmy – 50 %
•
haploinsuficiencia
haploinsuficienci – polovičná dávka nestačí
– polovičná dávka nes
•
dominantný negatívny efekt –
dominantný negatívny ef
nefunkčný
polypeptid blokuje produkt normálnej alely
polypeptid blokuje produkt normálnej ale
–
všetky typy zmien na úrovni DNA môžu viesť k
všetky typy zmien na úrovni DNA môžu vi
„loss-of-function“
„loss-of-functi
a) loss-of-function
a) loss-of
– pokr.
všeobecne:
všeobec
–
missense mut., duplikácie, delécia a inzercie neporuš.
missense mut., duplikácie, delécia a inzercie nepor
čítací rámec zachovajú urč. reziduálnu funkciu
čítací rámec zachovajú urč. reziduálnu fun
–
veľké prestavby (delécie, inzercie, inverzie), STOP mut.
veľké prestavby (delécie, inzercie, inverzie), STOP m
úplne eliminujú funkciu alely
úplne eliminujú funkciu a
–
prevažná väčšina mutácií je tohto typu
prevažná väčšina mutácií je tohto t
b)
gain-of-function
gain-of-funct
―
zmenený polypeptid získa novú funkciu
zmenený polypeptid získa novú fun
―
môže mať rôzne mechanizmy (4. roč.)
môže mať rôzne mechanizmy (4. r
―
väčšinou sú to špecifické zmeny na DNA úrovni (exp.
väčšinou sú to špecifické zmeny na DNA úrovni (ex
CAG, hybridný gén)
CAG, hybridný g
―
mutácia je charakteristická pre dané ochorenie (HD,
mutácia je charakteristická pre dané ochorenie (H
CML)
CM
―
nový fenotyp je dominantný
nový fenotyp je dominan
―
v tom istom géne sa môže vyskytnúť mut.“loss-of-
v tom istom géne sa môže vyskytnúť mut.“loss
function“ (delécia
function“ (delé
PMP22
PM
u HNPP) aj „gain-of-function“
u HNPP) aj „gain-of-functio
(duplikácia u CMT)
(duplikácia u CM
4. podľa miesta lokalizácie
a)
v kódujúcich sekvenciách
v kódujúcich sekvenciá
b)
v nekódujúcich sekvenciách
v nekódujúcich sekvenc
b) mutácie v nekódujúcich sekvenciách s
b) mutácie v nekódujúcich sekvenciách
patogénnym dopadom
patogénnym d
mut. vedúce k nesprávnemu zostrihu
mut. vedúce k nesprávnemu zostri
–
priamo v zostrihových miestach
priamo v zostrihových miesta
(splice site m.)
(splice site m
•
v donorovej sekv. (GT)
v donorovej sekv. (G > prepis intrónu do mRNA
prepis intrónu do mR
•
v akceptorovej sekv. (AG)
v akceptorovej sekv. (AG > delécia prísl. exónu
delécia prísl. ex
–
v intrónoch
v intróno
> aktivácia kriptického zostr. miesta
aktivácia kriptického zostr. m
aj nemá mutácia v exóne môže viesť k aktivácii kript.
aj nemá mutácia v exóne môže viesť k aktivácii kript
zostrihového miesta
zostrihového mi
> strata/získanie kódujúcej sekvencie
strata/získanie kódujúcej sekve
mut. v regulačných sekvenciách na
mut. v regulačných sek
–
na 5’ konci
•
v TATA
v T
-, CAAT-boxe, v iných oblastiach
-, CAAT-boxe, v iných ob
promótora, v enhanceroch – ovplyvňujú
promótora, v enhanceroch – ovplyvňuj
rýchlosť transkripcie
rýchlosť transkripci
> znížené množstvo produktu
znížené množstv
–
na 3’ konci
•
mutácie poly(A) signálu – nestabilná mRNA
mutácie poly(A) signálu – nestabilná mR
> znížené množstvo produktu
znížené množstv
OMIM: Online Mendelian Inheritance in Man
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim/
Nomenklatúra lokusov a alel
Gény: skratka hlavnej funkcie alebo génového produktu (píšu sa
kurzívou)
–
HBA1
hemoglobín alfa, lokus 1
–
COL5A2 kolagén typ 5, alfa 2 polypeptid
Pseudogény: symbol génu + „P“ (staršie označenie ψ)
–
HBAP1
pseudogén globínového génu alfa 1 (alebo ψHBA1)
–
ACTBP2
druhý pseudogén aktínového génu beta
„Anonymné“ úseky DNA: symboly „D“
symboly: 1-22; X; Y – chromozóm
N
- na viacerých chromozómoch
S
- jednotková sekv. („single copy“)
Z
- repetítívna sekv. na jednom
chromozóme
F
- repetítívna sekv. na viacerých chrom.
(„family“)
- D14S63 - 63. identifikovaný úsek DNA na chromozóme 14
- DXS12 - 12. identifikovaný segment chromozómu X
- DNF3 - 3. identifikovaná rodina repet. sekvencií na viacerých
chromozómoch
Nomenklatúra mutácií
Substitúcie aminokyselín:
–
používajú sa jedno- alebo trojpísmenkové symboly
•
X – znamená STOP kodón
•
niekedy sa používa „p.“ , že sa jedná o polypeptid
•
napr. p.R117H alebo Arg117His > substitúcia arginínu za
substitúcia arginínu z
histidín v pozícii 117 polypeptidu
histidín v pozícii 117 polypep
•
G542X
G542X > glycín v poz. 542 nahradený STOP kodónom
glycín v poz. 542 nahradený STOP kod
Substitúcie nukleotidov:
–
niekedy sa začína:
•
„g.“ – pre genomickú sekvenciu
•
„c.“ – pre cDNA
–
A z iniciačného kodónu (ATG) je vždy +1 (báza pred ním je -1)
–
číslovanie sa vzťahuje na „sense“ vlákno
–
intróny sa označujú ako „IVS“ plus jeho číslo
–
alebo pozíciou posledného nukleotidu v exóne plus („+“) pozícia
subst.
príklady:
–
g.1162G
>A – substitúcia guanínu za arginín v poz. 1162
A – substitúcia guanínu za arginín v poz. 11
genom. DNA
geno
–
g.621+1G
>T alebo
aleb IVS4+1G
IVS4+1 >T – subst. guanínu za tymín v 1.
T – subst. guanínu za ty
pozícii intrónu 4
pozícii intrónu
Nomenklatúra mutácií – pokr.
delécie a inzercie:
–
„del“ – skratka pre deléciu (staršie označenie „
– skratka pre deléciu (staršie označenie Δ“)
–
„ins“
„ins – skratka pre inzerciu
– skratka pre inzerc
delécia aminokyseliny:
delécia aminokyselin
–
F508del
F508
(ΔF508) – delécia fenylalanínu v pozícii 508
F508) – delécia fenylalanínu v pozícii 50
delécia nukleotidu (nukleotidov)
delécia nukleotidu (nukleotid
–
c.6232_6236del
c.6232_623
alebo
aleb 6232_6236delATAAG –
6232_6236delATAA
delécia 5
delécia 5
nukleotidov (môžu byť špecifikované) počínajúc nt. 6232 z
nukleotidov (môžu byť špecifikované) počínajúc nt. 6232
cDNA
–
g.409_410insC
g.409_410ins – inzercia C medzi nt. 409 a 410 genómovej
– inzercia C medzi nt. 409 a 410 genómove
DNA
„Základná www stránka:
www.gene.ucl.ac.uk/nomenclature
Globínové génové rodiny α a β
Chromozóm 16
Chromozóm 11
kb
Štruktúra globínových génov
α-globínový gén
β-globínový gén
chr. 16
chr. 11
Expresia Hb génov v ontogenéze
Typy hemoglobínu
Typy hemoglobí
embryon
mbry álny
áln HbE
H
= ζ2 ε2
fetálny
á
HbF
H = α
2 γ2
adultný typ A,
adultný typ
HbA
H
= α2 β2
adultný typ A
adultný t
2, HbA
H
2 = α2δ2
Hb molekula:
Hemoglobinopatie: zmeny štruktúry alebo kvantity
Hb reťazcov
abnormálne hemoglobíny
(zmena štruktúry)
HbS: kosáčiková anémia
beta-globínový gén
Glu6Val
HbC: Glu6Lys
HbE: Glu26Lys
HbD: Glu121Gln
a niekoľko 100 ďalších
príčinou je mutácia v
kódujúcej sekvencii
talasémie (väčšinou zmena
intenzity syntézy)
nulová tvorba Hb polypeptidu
znížená tvorba Hb polypeptidu
nevyvážená tvorba
polypeptidov
talasémie: alfa
beta
typy: „nula“ (α
0 alebo β0)
„plus“ (α+ alebo β+)
príčinou je najčastejšie
mutácia mimo kódujúcej
sekvencie
Mutácia Glu6Val (E6V) v beta-globínovom géne a
kosáčiková anémia
Normálne erytrocyty
Kosáčikové erytrocyty
(KE)
Prvý dôkaz, že substitúcia nukleotidu vedie k substitúcii
aminokyseliny v génovom produkte
Mutácia Glu6Val (E6V)
pleiotropia –jedna mutácia a viac fenotypových prejavov
Glu6Val
abnormálny Hb
anémia
rýchly rozpad KE
zhlukovanie KE v cievach
abnormálne erytrocyty (KE)
ukladanie KE v slezine
lokálne nedostatky v zásobovaní krvou
celková slabosť
zhorš. mentálne funkcie
rozšírenie srdca
zlyhanie srdca
poškodenie srdca
p. pľúc
p. obličiek
pneumónia
zlyh. obličiek
zväčš. slezina
Typy mutácií vedúcich k talasémii 1
Term. (skrátia Hb-reťazec)
. . . 37 38 39 40 . . . pozícia AA
. . .His Lys Tyr His . . normálny beta-reťazec
. . CACAAGUAUCAC. . mRNA
. . CACAAGUAA mRNA s mutáciou
. . His Lys stop
β
0 -talasémia
Term. (predĺžia reťazec)
. . . . . . . .. . UAA (stop)
C A G C
Gln Lys Glu Ser + ďalšie AA C-S talasémia
Hb Constant Spring
Typy mutácií vedúcich k talasémii 2
Frameshift
. . . Ser Ile Thr Lys . . . normálny beta-reťazec
. . AGU AUC AGU AAC . . mRNA
del
. . AGU AUC UAA stop
. . Ser Ile koniec reťazca
β
0- talasémia
Poruchy zostrihu (mutácie v akcept. a donor. signálnych sekv.)
GT... ...AG
beta-globínový gén
.. . GTGGTTGGT..
...GTGATTGGC..
β
0
β+
β
0 alebo β+ talasémie
Typy mutácií vedúcich k talasémii 3
Vznik zostrihového signálu v intróne alebo v exóne
β-globínový gén
GT....
..TTAG
TTGGTTC
..TTAGTTC..
nová akceptorová signál. sekvencia
v intróne:
zostrih v intróne
mRNA (obsahuje časť intrónu)
β+ talasémia
vystrihne sa ako
intrón
Typy mutácií vedúcich k talasémii 4
Mutácie v 5´-signálnych sekvenciách (TATA box, CAAT box...)
5´. . . T A T A. . . .
5´. . . T A
. .3 ´
. . TATG . . . zníženie intenzity transkripcie β+ talasémia
• Mutácie v poly-A signále
(AATAAA)
5´. . . .
AATAAA . . . 3´ norm. α- gén
G nevznikne poly (A)
znížená stabilita mRNA
α+ talasémia
Typy mutácií vedúcich k talasémii 5
Delécie globínových génov (najmä u alfa-globínov)
... 3´ α-globínová rodina
ζ
ψζ
ψα
α2
α1
Známe delécie (výber):
αα
-α3,7
-α4,2
- α5,2
--SEA
--MED
Stupeň závažnosti závisí od toho, koľko alfa-génov delécia vyradí a či je jedinec
heterozygot alebo homozygot (4ά – zdravý, 3 ά – prenášač, 2 ά – mierna talasémia,
1 ά – stredne ťažká t., 0 ά – letálna talasémia
5´. .
5´
Typy mutácií vedúcich k talasémii 6
Mutácie v promotorovej oblasti:
beta-globínový gén
-116
-90
-75 „CAAT“ -30 „TATA“
I.exón
5´... CCTCACCCT . . CACACCCTA . . TTGGCCAATCT . ..GTATAAAAGT...........
mutácie: T TG GGAG
Dôsledok: rôzny stupeň redukcie množstva génového produktu →rôzne β+
talasémie
Mutácie vo vzdialených sekvenciách („enhanceroch“):
-16 kb
. . . delécia ...... / / .......... βglobínová rodina bez mutácie
Dôsledok: žiadna expresia génov! – chýba DCR – „dominant control region“
→
β
0 talasémia
Hemoglobinopatie: záver
Veľká lokusová heterogenita
Obrovská alelová heterogenita
- často pri rovnakom fenotypovom (klinickom) prejave
Väčšina mutácií s fenotypovým (klinickým) prejavom je
priamo v géne alebo v jeho tesnej blízkosti (regulačné
sekvencie): dôsledok pre génovú terapiu a transgenézu
Model pre iné monogénne ochorenia
Document Outline
- Slide 1
- Slide 2
- Slide 3
- Slide 4
- Slide 5
- Slide 6
- Slide 7
- Slide 8
- Slide 9
- Slide 10
- Slide 11
- Slide 12
- Slide 13
- Slide 14
- Slide 15
- Slide 16
- Slide 17
- Slide 18
- Slide 19
- Slide 20
- Slide 21
- Slide 22
- Slide 23
- Slide 24
- Slide 25
- Slide 26
- Slide 27
- Slide 28
- Slide 29
Automaticky vygenerovaný textový náhľad. Pre plné formátovanie si stiahnite súbor.
nechodím na prednášky