Osnovni pojmovi u genetici
Nasleđivanje je proces prenošenja bioloških karakteristika sa
roditelja na potomstvo pri čemu su sve te karakteristike sadržane u naslednom
ili genetičkom materijalu. Da bi nasledni materijal ispunio svoju osnovnu funkciju potrebno je
da sadrži informaciju o strukturi i funkciji ćelije tkiva i organizma, da
obezbedi sposobnost reprodukcije i da pokaže sposobnost promene u vremenu i
prostoru, čime se obezbeđuje proces evolucije. Sva ova pomenuta svojstva
sadržana su u molekulu dezoksiribonukleinske kiseline (DNK), koja čini nasledni
materijal u čitavom živom svetu.
Molekuli DNK su po svojoj
strukturi su polinukleotidi, tj. polimeri građeni od više nukleotida. Nukleotid
predstavlja osnovnu jedinicu građe nukleinske kiseline. U slučaju DNK to je
dezoksiribonukleotid, koji se sastoji od azotne baze (purinske ili
pirimidinske), šećera pentoze (dezoksiriboza) i ostataka fosforne kiseline. DNK
se zapravo sastoji od dva lanca nukleotida, koji su međusobno povezani i
spiralno uvijeni oko svoje osovine.
Unutar nukleotida, molekul
dezoksiriboze se nalazi u središtu, za njegov prvi C atom je vezana azotna
baza, dok je za peti C atom vezana fosforna grupa. U jednom polinukleotidnom
lancu sami nukleotidi su međusobno povezani fosfodiestarskim vezama koje se
uspostavljaju između OH grupe na 3’ C atomu jednog i ostatka fosofrne kiseline
na 5’ C atomu drugog nukleotida, tako da svaki lanac ima svoj 3’ i 5’ kraj.
Dva antiparalelna
polinukleotidna lanca stvaraju zavojnicu, pri čemu su lanci povezani međusobno
nekovalentnim vodoničnim vezama koje se formiraju između komplementarnih
azotnih baza. Purinske baze (adenin – A i guanin – G) se povezuju sa
komplementarnim pirimidinskim bazama (timin – T i citozin – C) obrazujući uvek
iste parove – AT i CG koji predstavljaju univerzalnu zakonitost u građi
spiralnog lanca DNK.
Dezoksiribonukleotid - hemijska građa |
Dvostruki spiralni lanac DNK |
Molekuli DNK, kao nosioci
naslednih osobina, organizovani su u hromozome čiji je broj i izgled
karakterističan za vrstu. Kod eukariotskih organizama, hromozomi se nalaze u
parovima, što se označava kao diploidno stanje ili diplioidni broj hromozoma
(2n), dok se u zrelim polnim ćelijama nalazi po jedan hromozom iz svakog para,
i to se označava kao haploidno stanje, odnosno haploidni broj hromozoma (n).
Kod diploidnog broja hromozoma, hromozomi koji čine jedan par, što podrazumeva
da su isti po veličini, obliku i redosledu gena, označavaju se kao homologi
hromozomi. Set hromozoma karakterističan za određenu vrstu sadrži hromozome
koji su zajednički za jedinke oba pola i označavaju se kao autozomni hromozomi,
dok su hromozomi koji se razlikuju u zavisnosti od pola označeni kao polni
hromozomi.
Bitno svojstvo molekula DNK
je replikacija koja prethodi deobi svake ćelije i podrazumeva dobijanje od
jednog molekula DNK dva nova molekula DNK koja su identična sa njim, kao i
međusobno.
Replikacija DNK |
Osnovna jedinica nasleđa je
gen. Prema savremenoj definiciji, to je deo molekula DNK koji nosi informaciju
o sintezi bilo koje ribonukleinske kiseline (RNK), bez obzira da li se radi o
RNK uključenih u proces sinteze proteina ili se radi o regulatornim RNK.
Svaki gen ima specifičnu
strukturu, određenu sastavom i redosledom nukleotida, a njegovo mesto na
hromozomu naziva se genski lokus. Ako na jednom lokusu postoje različite forme
datog gena, označeni su kao aleli. Aleli gena se uvek nalaze u parovima jer se
i hromozomi u somatskim ćelijama nalaze u parovima. Ukoliko se na jednom
genskom lokusu na homologim hromozomima nalaze iste alelne forme gena reč je o
homozigotnoj genskoj konstituciji, a ukoliko su različiti – u pitanju je
heterozigotna genska konstitucija.
Dok je gen osnovna jedinica
nasleđivanja, genom predstavlja kompletan nasledni materijal jednog organizma. U
slučaju čoveka, pod genomom se podrazumeva ukupni nasledni materijal, tj.
sadržaj DNK u ćelijama čoveka koje se nalaze u jedru i u mitohondrijama, pa se može govoriti o dva
genoma:
- Složeni genom jedra koji ima približno 3 200 000 000 baznih parova u haploidnom setu raspoređenih u 22 autozoma i jedan polni hromozom X ili Y i on sadrži 20-25 hiljada gena. U diploidnom setu taj broj je duplo veći i hromozomi su raspoređeni u paru.
- Drugi jednostavni mitohondrijski genom, koji sadrži jedan molekul DNK od 16 569 baznih parova i sadrži svega 37 gena.
Kao primarni nosilac
genetičke informacije, DNK upravlja sintezom proteina u ćeliji, a time i rastom,
razvojem i drugim osnovnim životnim procesima. Ovu svoju ulogu DNK ostvaruje
kroz dva osnovna procesa: transkripcija i translacija.
U toku procesa transkripcije genetička
informacija sa molekula DNK složenim mehanizmima biva prevedena na molekul
informacione iRNK i drugih tipova RNK, dok u drugoj fazi, tj. tokom procesa
translacije dolazi do prevođenja šifre iz iRNK u odgovarajuću strukturu
polipeptida. Redosled aminokiselina u polipetptidu uslovljen je redosledom
nukeotida u iRNK, pri čemu 3 nuklotida determinišu jednu aminokiselinu i
nazivaju se kodon. Skup svih tripleta nukleotidnih baza koji predstavljaju
šifre za svaku od 20 aminokiselina označeni su kao genetički kod.
Od ukupne količine naslednog
materijala, samo 1,5% čine kodirajući regioni, koji imaju kao krajnji proizvod
proteine ili RNK. Više od 95% čini nekodirajuća DNK. U okviru kodirajućeg
regiona, 90% gena kodira polipeptide dok, preostalih 10% određuje RNK molekule
(tRNK, snRNK, iRNK itd.). U okviru nekodirajuće DNK najveći deo čine ponovljene
sekvence nukleotida – visokorepetativna DNK koja može biti grupisana u
tandemima ili rasuta u genomu.
Genetička konstitucija jednog
organizma je genotip, a vidljive i nevidljive karakteristike jednog organizma
koje obuhvataju sve odlike građe i funkcije, označavaju se kao fenotip. Neke
fenotipske odlike su direktno uslovljene genotipom, dok su druge posledice
zajedničkog dejstva genetičkih činilaca i faktora spoljašnje celine. Ukoliko su
fenotipska svojstva određena jednim parom gena, reč je o monogenskom svojstvu,
ukoliko je određena delovanjem više parova gena – reč je o poligenskoj osobini,
a ukoliko na fenotip utiču i činioci sredine govori se o multifaktorskom
nasleđenjivanju. Kod fenotipskih osobina koje su pod kontrolom jednog para
gena, fenotip određene jedinke zavisiće od njenog genotipa i odnosa između
alela koji može biti dominantan, recesivan, kodominantan i intermedijaran.
Mutacije
Promene u genetičkom
materijalu koje uključuju pojedinačne gene, delove hromozoma, cele hromozome
ili ukupan hromozomski set nazivaju se mutacijama. U najširem pogledu, mutacije
se mogu podeliti na hromozomske aberacije – promene na nivou hromozoma i genske
mutacije koje predstavljaju promene na
nivou gena.
Hromozomskim aberacijama nazivamo one promene koje je moguće uočiti svetlosnim mikroskopom na citogenetičkim preparatima.
Sa druge strane, genskom mutacijom se naziva svaka promena primarne strukture DNK, nezavisno od njenih funkcionalnih posledica. Genske mutacije nisu vidljive pod mikroskopom, već se mogu otkriti posebnim molekularnogenetičkim metodama analize.
Hromozomskim aberacijama nazivamo one promene koje je moguće uočiti svetlosnim mikroskopom na citogenetičkim preparatima.
Sa druge strane, genskom mutacijom se naziva svaka promena primarne strukture DNK, nezavisno od njenih funkcionalnih posledica. Genske mutacije nisu vidljive pod mikroskopom, već se mogu otkriti posebnim molekularnogenetičkim metodama analize.
Hromozomske aberacije
U zavisnosti od toga da li se
radi o poremećaju u broju ili građi hromozoma, hromozomske aberacije se mogu
podeliti na:
- Numeričke hromozomske aberacije i
- Strukturne hromozomske aberacije.
Numeričke hromozomske
aberacije podrazumevaju bilo koje odstupanje od normalnog broja hromozoma u
kariotipu. Razlikuju se tri grupe:
- Poliploidije – podrazumevaju uvećanje broja celokupnog haploidnog hromozomskog seta (triploidija – 3n); uglavnom nastaju zbog poremećaja u mejozi I i II,
- Aneuploidije – označavaju pojavu viška ili manjka pojedinačnih hromozoma; uslovljene su nerazdvajanjem hromozoma ili anafaznim zaostajanjem hromozoma u procesu ćelijske deobe,
- Miksoploidije – prisustvo dve ili više ćelijskih linija u okviru jednog istog organizma.
Najpoznatije trizomije autozoma
su:
- Trizomija 21. hromozoma – Daunov sindrom,
- Trizomija 18. hromozoma – Edvardsov sindrom (mentalna zaostalost, brojni poremećaju srca i bubrega),
- Trizomija 13. hromozoma – Patau sindrom (kratak životni vek od 1 do 6 meseci, višestruke anomalije različitih organskih sistema).
Najpoznatije aneuploidije
polnih hromozoma su:
- Klinefelterov sindrom 47XXY kod muškog pola,
- Tarnerov sindrom – monozomija 45X kod ženskog pola.
Strukturne aberacije
hromozoma predstavljaju promene u građi hromozoma koje su uslovljene
hromozomskim prekidima. Ti prekidi se dešavaju u G1 i G2 fazi interfaze i mogu
biti spontani ili indukovani.
Uzroci hromozomskih prekida
mogu biti spoljašnji, i nazivaju se klastogeni i gentički. Na nekim humanim
hromozomima određeni regioni su jako podložni prekidima i nazivaju fragilna
mesta. Jedino fragilno mesto koje ima klinički značaj je na dugom kraku X
hromozoma i uslovljava pojavu “Fragilnog X sindroma“ koji je jedna od najčešćih
fromi nasledne mentalne zaostalosti.
Strukturne promene se mogu
svrstati u jednu od četiri kategorije:
- Delecije,
- Duplikacije,
- Inverzije i
- Translokacije.
Delecije predstavljaju
gubitak određenog dela genetičkog materijala do koga dolazi usled hromozomskih
prekida. Fenotipski ishod kod nosilaca je uglavnom letalan. Klinački značaj ima
delecija kratkog kraka 5. hromozoma koji je u osnovi sindroma Mačijeg plača
(Cri du chat).
Delecija 15. hromozoma je u
osnov dva sindroma: Prader-Vili i Angelmanovog sindroma što zavisi od toga da
li je genetički materijal sa delecijom nasleđen od oca ili majke.
Duplikacije predstavljaju
višak genetičkog materijala u kariotipu, nastaju iz istih razloga kao delecije
ili pak kao posledica nepravilnog crossing-over-a. Duplikacije su stabilne i
nebalansirane strukturne promene koje su uglavnom manje štetne po fenotip
nosioca od delecija.
Inverzije nastaju kao
rezultat dva prekida na hromozomu pri čemu se deo unutar prekida rotira za 180
stepeni. Nosioci inverzija imaju balansiran kariotip i uglavnom su fenotipski
potpuno normalni. Do promena u fenotipu dolazi samo ukoliko dođe do promene
ekspresije gena usled promene njegovog položaja.
Translokacije podrazumevaju razmenu
hromozomskih segmenata između nehomologih ili homologih hromozoma. Dele se na:
- Recipročne,
- Robertsonove i
- Insercije.
Recipročne predstavljaju
razmenu segmenata nehomologih hromozoma, a nosioci su fenotipski potpuno
normalni jer se radi o balansiranim i stabilnim strukturnim aberacijama.
Robertsonove translokacije su
rezultat prekida hromozoma u nivou centromera, nakon čega se spajaju dugi kraci
oba hromozoma, kao i kratki istih. Nosioci homologe Robertsonove translokacije
(između dva homologa hromozoma) su normalni i fertilni, međutim potomstvo može
ispoljiti monozomiju koja je letalna ili translokacionu trizomiju sa ispoljavanjem
Daunovog ili Patau sindroma.
Insercije su nerecipročne
translokacione promene kojima prethode tri hromozomska prekida - dva na jednom
i jedan na drugom hromozomu. Nakon toga segment između dva prekida se ubacuje
na mesto prekida na drugom hromozomu, što rezultuje pojavom delecije, odnosno
duplikacije određenog gena. Nosioci su fenotipski normalni, ali je kod
potomstva moguća pojava sem normalnog i balansiranog kariotipa i kariotipa sa
delecijom i duplikacijom koja je razlog za višestruke malformacije.
Genske mutacije
Genske mutacije su promene
koje obuhvataju promene u broju, sadržaju i redosledu nukleotida okviru gena i vangenske DNK. Mutacijama
nastaju nove forme jednog gena – aleli.
Postoji više različitih klasifikacija genskih mutacija.
Promena divljeg gena (prvobitna forma gena) u mutantnu formu naziva se direktna mutacija. Sekundarna mutacija koja vraća mutantni alel u divlji naziva se povratna ili reverzna mutacija.
Prema uzroku nastanka mogu biti spontane ili indukovane. Faktori koji izazivaju pojavu mutacija nazivaju se mutageni.
Prema tipu ćelija u kojima se promena dešava dele se na germinativne i somatske. Germinativne su prisutne u gametima pa se prenose na potomstvo. Najčešće su takve mutacije konstitucione, tj. nalaze se u genomu jedinke u svim ćelijama organizma. Somatske zahvataju DNK u telesnim ćelijama i ne prenose se na potomstvo već samo na ćerke ćelije u deobi.
Prema posledicama koje imaju na nosioca mogu biti letalne, subletalne i uslovne.
U odnosu u kom periodu života jedinke se izražavaju u fenotipu mogu biti one koje se ispoljavaju odmah po rođenju ili u najranijem detinjstvu (cistična fibroza) ili pak u kasnom životnom dobu (Hantingtonova bolest).
Prema tipu iterakcija između alela od koga zavisi i izražavanje u fenotipu mogu biti dominantne i recesivne. Dominantne su one koje se ispoljavaju u homozigotnom ili heterozigotnom stanju. Recesivne se izražavaju u fenotipu samo kada se nalaze u homozigotnom stanju.
U odnosu na vrstu promene u molekulu DNK, osnovni tipovi mutacija su supstitucija baze (SNV – single nucleotide variants), delecije i insercije (indel), i povećanje broja trinukleotidnih ponovaka karakterističnih samo za čoveka.
Supstitucija baze podrazumeva zamenu jedne baze drugom, tj. jednog baznog para drugim. Pošto su lokalizovane na jednom nukleotidu, nazivaju se još tačkaste ili point mutacije. Mogu biti tranzicije, kada se zamene baze istog tipa – purinska purinskom i pirimidinska pirimidinskom, i transverzije, kada se zamena vrši između baza različitog tipa. Mogu da nastanu kao posledica greške u replikaciji DNK, kao posledica spontanih hemijskih promena u azotnim bazama, formiranjem AP mesta ili dezaminacijom, ili kao posledica delovanje fizičkih, hemijskih i bioloških mutagena koji mogu da transformišu azotne baze ili da se ugrade umesto njih.
Postoji više različitih klasifikacija genskih mutacija.
Promena divljeg gena (prvobitna forma gena) u mutantnu formu naziva se direktna mutacija. Sekundarna mutacija koja vraća mutantni alel u divlji naziva se povratna ili reverzna mutacija.
Prema uzroku nastanka mogu biti spontane ili indukovane. Faktori koji izazivaju pojavu mutacija nazivaju se mutageni.
Prema tipu ćelija u kojima se promena dešava dele se na germinativne i somatske. Germinativne su prisutne u gametima pa se prenose na potomstvo. Najčešće su takve mutacije konstitucione, tj. nalaze se u genomu jedinke u svim ćelijama organizma. Somatske zahvataju DNK u telesnim ćelijama i ne prenose se na potomstvo već samo na ćerke ćelije u deobi.
Prema posledicama koje imaju na nosioca mogu biti letalne, subletalne i uslovne.
U odnosu u kom periodu života jedinke se izražavaju u fenotipu mogu biti one koje se ispoljavaju odmah po rođenju ili u najranijem detinjstvu (cistična fibroza) ili pak u kasnom životnom dobu (Hantingtonova bolest).
Prema tipu iterakcija između alela od koga zavisi i izražavanje u fenotipu mogu biti dominantne i recesivne. Dominantne su one koje se ispoljavaju u homozigotnom ili heterozigotnom stanju. Recesivne se izražavaju u fenotipu samo kada se nalaze u homozigotnom stanju.
U odnosu na vrstu promene u molekulu DNK, osnovni tipovi mutacija su supstitucija baze (SNV – single nucleotide variants), delecije i insercije (indel), i povećanje broja trinukleotidnih ponovaka karakterističnih samo za čoveka.
Supstitucija baze podrazumeva zamenu jedne baze drugom, tj. jednog baznog para drugim. Pošto su lokalizovane na jednom nukleotidu, nazivaju se još tačkaste ili point mutacije. Mogu biti tranzicije, kada se zamene baze istog tipa – purinska purinskom i pirimidinska pirimidinskom, i transverzije, kada se zamena vrši između baza različitog tipa. Mogu da nastanu kao posledica greške u replikaciji DNK, kao posledica spontanih hemijskih promena u azotnim bazama, formiranjem AP mesta ili dezaminacijom, ili kao posledica delovanje fizičkih, hemijskih i bioloških mutagena koji mogu da transformišu azotne baze ili da se ugrade umesto njih.
Delecije predstavljaju gubitak segmenta DNK koji može biti različite
dužine, od samo jednog nukleotida pa do više stotina hiljada baznih parova.
Delecija |
Insercije podrazumevaju umetanje segmenta DNK u postojeći nukleotidni niz, a
ukoliko se u umetnom delu ponavlja struktura gena, onda je reč o duplikaciji.
Male delecije i insercije su posledica poremećaja u replikacije DNK, dok su
veće delecije i insercije posledice poremećaja u crossing-over-u.
Insercija |
Povećanje broja trinukleotidnih ponovaka (repeat tandem) je nova vrsta mutacije,
otkrivena devedesetih godina prošlog veka i karakteristična je samo za čoveka.
U strukturi pojedinih gena se normalno nalaze nizovi od po tri nukleotida koji
se pnavljaju i čiji broj i kod zdravih osoba varira, ali u određenim granicama.
Mutacija predstavlja patološko povećanje broja ponovaka iznad kritičnog broja.
Najčešća je ekspanzija tripleta CAG, na primer u genu odgovornom za
Hatingtonovu bolest. Bolest nastaje kada se broj ponovaka poveća iznad 50.
Uzrok nije u potpunosti poznat, ali se smatra da je greška možda vezana za DNK
polimerazu – enzim bitan u toku procesa replikacije, kao i neefikasnim
sistemima za reparaciju grešaka u DNK. Karakteristično je da se u porodicama sa
ovim tipom mutacije iz generacije u generaciju broj ponovaka povećava – pa se
ovakve mutacije nazivaju dinamičkim.
Repeat tandem |
Mutacije mogu da se dese na
kodirajućim i nekodirajućim delovima DNK. One koje pogađaju kodirajuće regione
u zavisnosti od tipa imaju različite efekte na strukturu polipeptida.
Mutacije na kodirajućem delu DNK
Kod mutacija tipa
supstitucije, zamenom baze menja se struktura kodona. U zavisnosti od značenja
novoformiranog kodona, ove mutacije mogu biti:
- Pogrešnog smisla (missense)
- Besmislene (nonsense)
- Tihe (silence) i
- Neutralne.
Nonsense ili besmislena mutacija nastaje kada se nakon supstitucije baze
formira jedan od stop kodona. Kao posledica dolazi do prevremenog prekeida
sinteze datog polipeptida, koji je nefunkcionalan. Ovakve mutacije se nalaze u
12% monogenskih bolesti čoveka.
Silence ili tihe mutacije nemaju fenotipskog efekta, jer zamenom baze
nastaje novoformirani kodon koji je šifra za istu aminokiselinu kao prvobitni
(64 kombinacije tripleta za 20 postojećih aminokiselina).
Neutralne mutacije nastaju kada supstitucija dovede do foriranja kodona za
hemijski sličnu amino-kiselinu pa se struktura i funkcija polipeptida ne
menjaju značajno.
Ishod point mutacija |
Delecije i insercije (indel)
mogu da imaju različite efekte na genetičku šifru. Najčešće se menja način
očitavanja kodona, tj. pomera se okvir čitanja genetičke informacije, pa se
ovaj tip mutacija naziva i frameshift
mutacije. Polipeptid koji se sintetiše ima potpuno izmenjen sastav i funkciju.
Postoje i one delecije i
insercije koje ne menjaju ishod genetičke informacije jer se izgubljeni ili
umetnuti segment nalazi između dva cela kodona, a i sam sadrži ceo triplet.
Ovakva mutacija ima znatno blaže fenotipske efektne nego frameshift mutacije. Na primer, frameshift mutacija u genu za
distrofin dovodi do teške mišićne distrofije (Dišeneova mišićna distrofija),
dok ova druga vrsta mutacije koja ne menja okvir čitanja fenotipski se
ispoljava kao znatno blaža – Bekerova mišićna distrofija.
Mutacije na nekodirajućem delu DNK
Promene u ovom delu DNK mogu
biti različite i uglavnom se odnosne na efekte regulacije transkripcije
informacione RNK sa molekula DNK. Mutacija može da poremeti normalno isecanje
introna kod prvobitno prepisane iRNK, tako što promenom u nukleotidnom nizu
može formirati novo signalno mesto za isecanje introna ili ukinuti već postojeće.
Ovakav efekat imaju supstitucije, a ređe male delecije i insercije. Posledica
je promena zrele iRNK, a time i sinteza polipeptida koji će biti strukturno i
funkcionalno izmenjeni. Ovakve mutacije se nalaze u oko 10% mutacija u genomu
čoveka. Mutacije mogu da pogode i druge regulatorne regione van kodirajućeg
niza. To mogu biti 3’ i 5’ UTR segmenti (koji se ne prevode ali su bitni za
kontrolu translacije), kao i izmenjena struktura kontrolnih struktura
transkripcije – promotora i pojačivača, koji onemogućavaju pravilnu ekspresiju
gena.
Povećanje broja ponavljanih
trinukleotida (tandem repeats) može
da se javi i u kodirajućem i nekodirajućem regionu gena, što se takođe može
odraziti na sintezu polipeptida, kao i na kontrolu transkripcije i translacije.
Bolesti uzrokovane genskim mutacijama
Monogenske bolesti
Kao posledica mutacija jednog
gena, javljaju se monogenske bolesti. Ukoliko je mutirani gen lociran na jednom
od 22 autozoma hromozoma, govori se o autozomnom oboljenju, a njegovo
nasleđivanje je autozomno nasleđivanje koje u odnosu mutiranog i normalnog
alela može biti autozomno-dominantno i autozomno-recesivno. Ako se mutirani gen
nalazi na X hromozomu, govorimo o oboljenjima i nasleđivanju vezanim za X
hromozom, koja takođe može biti dominantno i recesivno.
Netipične monogenske bolesti su one vezane za X hromozom i one vezane za mitohondrijalnu DNK. Treba napomenuti da se mutacije koje su vezane za mitohondrijalnu DNK nasleđuju samo preko majke.
Određena monogenska bolest nije uvek uslovljena samo jednim tipom mutacija, već je češće da pojava većeg broja mutacija jednog gena dovodi do istog poremećaja. Na primer kod cistične fibroze registrovano je više hiljada različitih mutacija u odgovornom CFTR genu. Takođe mutacije različitih gena, tj. različitih genskih lokusa mogu dovesti do istog poremećaja. Na primer, pigmentna kserodermia (suva i pigmentirana koža, preosetljiva na UV zračenje) može da nastane usled mutacije u bar 7 različitih gena koji su odgovorni za reparaciju DNK. Takođe je moguće da različite mutacije jednog istog gena rezultuju različitim oboljenjima.
Odnos između genotipa i fenotipa kod monogenskih bolesti nije uvek lako predvidiv i zavisi od tipa nasleđivanja (dominantno ili recesivno) kao i od genske ekspresivnosti. Ekspresivnost ili izražajnost označava različiti stepen fenotipskog ispoljavanje jedne iste genske mutacije. Na primer, kod polidaktilije, šesti prst može da bude prisutan od jedva primetne kvržice pa sve do kompletno formiranog prsta.
Neke od značajnijih autozomno-dominantnih bolesti su Hantingtonova bolest, multipl apolipoza kolona, policistična bolest bubrega itd.
Autozomno-recesivne bolesti su cistična fibroza, kongenitalna gluvoća, mukopolisaharoidoze itd.
Bolesti vezane za X hromozom koje se dominantno nasleđuju su retke, kao što je rahitis rezistentan na terapiju vitaminom D i Retov sindrom.
Recesivno nasleđivanje vezano za X hromozom leži u osnovi Dišeneove mišićne distrofije, hemofilije A i B, kao i sindroma fragilnog X hromozoma.
Generalno gledano, u osnovi monogenskih bolesti se nalazi poremećaj u sintezi proteina koji je rezultat genske mutacije.
Prema funkciji koju promenjeni protein ima, ove bolesti mogu biti klasifikovane u nekoliko najznačajnijih grupa. To su:
Netipične monogenske bolesti su one vezane za X hromozom i one vezane za mitohondrijalnu DNK. Treba napomenuti da se mutacije koje su vezane za mitohondrijalnu DNK nasleđuju samo preko majke.
Određena monogenska bolest nije uvek uslovljena samo jednim tipom mutacija, već je češće da pojava većeg broja mutacija jednog gena dovodi do istog poremećaja. Na primer kod cistične fibroze registrovano je više hiljada različitih mutacija u odgovornom CFTR genu. Takođe mutacije različitih gena, tj. različitih genskih lokusa mogu dovesti do istog poremećaja. Na primer, pigmentna kserodermia (suva i pigmentirana koža, preosetljiva na UV zračenje) može da nastane usled mutacije u bar 7 različitih gena koji su odgovorni za reparaciju DNK. Takođe je moguće da različite mutacije jednog istog gena rezultuju različitim oboljenjima.
Odnos između genotipa i fenotipa kod monogenskih bolesti nije uvek lako predvidiv i zavisi od tipa nasleđivanja (dominantno ili recesivno) kao i od genske ekspresivnosti. Ekspresivnost ili izražajnost označava različiti stepen fenotipskog ispoljavanje jedne iste genske mutacije. Na primer, kod polidaktilije, šesti prst može da bude prisutan od jedva primetne kvržice pa sve do kompletno formiranog prsta.
Neke od značajnijih autozomno-dominantnih bolesti su Hantingtonova bolest, multipl apolipoza kolona, policistična bolest bubrega itd.
Autozomno-recesivne bolesti su cistična fibroza, kongenitalna gluvoća, mukopolisaharoidoze itd.
Bolesti vezane za X hromozom koje se dominantno nasleđuju su retke, kao što je rahitis rezistentan na terapiju vitaminom D i Retov sindrom.
Recesivno nasleđivanje vezano za X hromozom leži u osnovi Dišeneove mišićne distrofije, hemofilije A i B, kao i sindroma fragilnog X hromozoma.
Generalno gledano, u osnovi monogenskih bolesti se nalazi poremećaj u sintezi proteina koji je rezultat genske mutacije.
Prema funkciji koju promenjeni protein ima, ove bolesti mogu biti klasifikovane u nekoliko najznačajnijih grupa. To su:
· enzimski defekti (na primer
fenilketonurija)
· defekti membranskih receptora
(familijarna hiperholesterolemija)
· defekti transportnih proteina
(cistična fibroza i hemoglobinopatija)
· defekti strukturnih proteina
(Dišeneova mišićna distrofija) i
· neurodegenerativne bolesti
(Hatingtonova bolest).
Multifaktorski nasleđene bolesti
U humanoj populaciji najveći broj normalnih osobina kao
i najrasprostranjenije bolesti savremnog čoveka (kardiovaskularne bolesti, maligne bolesti, dijabetes, psihički poremećaji) nasleđuju se multifaktorski, što znači da ih određuje više parova gena u sadejstvu sa činiocima sredine.
Zaključak
Iako su svi životni procesi u ćeliji, počev od procesa vezanih za samu naslednu osnovu, kao što su replikacija DNK,
transkripcija i translacija, zatim ćelijska deoba i ćelijska smrt - apoptoza, strogo i
precizno konrolisani, greške su moguće. Mutacije kao promene u genetičkom materijalu sa nastankom
novih formi, nalaze se u osnovi mnogih bolesti i odstupanja od normalnog fenotipa u
populaciji, ali ne moraju uvek da budu
shvaćene kao nepovoljan događaj.
Ukoliko daju prednost jedinki i poboljšavaju njen fenotip naslediće
se u potomstvu kao normalne i zakonite. Kao takve, zajedno sa rekombinacijama, predstavljaju osnov varijabilnosti nasledne osnove i evolucije čitavog živog sveta.
Literatura
- "Humana genetika - autorizovana skripta za studente I godine medicinskog fakulteta", prof. dr R. Papović, prof. dr Ljiljana Luković, prof. dr Ivana Novaković, prof. dr Mirsanda Stanić, doc. dr Vera Bunjevački, doc. dr Suzana Cvjetićanin, doc. dr Oliver Stojković
- "Biologija - četvrti razred gimnazije prirodno-matematičkog smera", G. Matić, D. Cvetković, A. Korać, D. Lakušić, S. Jovanović
- http://katedre.vet.bg.ac.rs/~biolog/images/stories/ZOOLOGIJA_2014/PREDAVANJA/GENETIKA_PREZENTACIJE_PREDAVANJA/(19)_GENETIKA_19.pdf
- "What types of mutations are there?" https://www.yourgenome.org/facts/what-types-of-mutation-are-there
- "Genetic mutation" https://www.nature.com/scitable/topicpage/genetic-mutation-1127