Qué influye en la expresión génica. Principios generales de la genética médica.

Ambos términos se introdujeron en 1926. O. Vogt para describir la variación en los fenotipos mutantes.

expresividad- esta grado de manifestación rasgo mutante en el fenotipo. Por ejemplo, una mutación sin ojos en Drosophila causa reducción de los ojos, cuyo grado no es el mismo en diferentes individuos.

penetracion - esta frecuencia, o probabilidad de manifestación fenotipo mutante entre todos los individuos portadores de la mutación dada. Por ejemplo, el 100% de penetrancia de una mutación recesiva significa que en todos los homocigotos aparece en el fenotipo. Si fenotípicamente se encuentra solo en la mitad de los individuos, entonces la penetrancia de la mutación es del 50%.

mutaciones condicionales

Estas mutaciones solo aparecen cuando se cumplen ciertas condiciones.

Mutaciones sensibles a la temperatura. Los mutantes de este tipo viven y se desarrollan normalmente bajo uno ( permisivo) temperatura y detectar desviaciones en otro ( restrictivo). Por ejemplo, en Drosophila, sensible al frío (a 18°C) t - mutaciones (sensibles a la temperatura) y sensibles al calor (a 29 ° C) t -mutaciones. A 25°C se mantiene el fenotipo normal.

Mutaciones de sensibilidad al estrés. En este caso, los mutantes se desarrollan y parecen aparentemente normales si no están sujetos a ninguna influencia estresante. Sí, mutantes. sesB (sensible al estrés) Drosophila en condiciones normales no muestra ninguna anomalía.

Sin embargo, si el tubo de ensayo se sacude bruscamente, las moscas se convulsionarán y no podrán moverse.

Mutaciones auxotróficas en bacterias.. Sobreviven sólo en un medio completo o en uno mínimo, pero con la adición de una u otra sustancia (aminoácido, nucleótido, etc.).

Métodos de contabilidad de mutaciones

Peculiaridades de los métodos de contabilidad de mutaciones. Los métodos para detectar mutaciones deberían ser diferentes dependiendo del modo de reproducción del organismo. Los cambios morfológicos visibles se tienen en cuenta fácilmente; es más difícil determinar los cambios fisiológicos y bioquímicos en los organismos multicelulares. más fácil de encontrar dominante visible las mutaciones que pueden ser heterocigotas en la primera generación son más difíciles de analizar mutaciones recesivas, son necesarios homocigoto.

Para objetos genéticamente bien estudiados (Drosophila, maíz, varios microorganismos), es bastante fácil estudiar una nueva mutación. Por ejemplo, para Drosophila, se han desarrollado métodos especiales para tener en cuenta la frecuencia de mutaciones.

Método СlВ. Möller creó una línea de moscas de la fruta СlВ (c el b) que tiene uno de X- cromosomas marcados con un gen dominante Barra (B) Y inversión, llamado DESDE . Esta inversión evita el cruce y tiene un carácter recesivo. efecto letal – yo. Por eso la línea se llama СlВ .

las hembras de este línea de analizador cruzado con machos de la muestra de estudio. Si se toman machos de población natural, entonces podemos estimar la frecuencia de vuelos en él. O tomar machos tratado con un mutágeno. En este caso, se estima la frecuencia de mutaciones letales provocadas por este mutágeno.

EN F1 selecciona hembras СlВ/+, heterocigoto para la mutación bar, y cruzar individualmente (cada hembra en un tubo separado con un macho de tipo salvaje). Si en el cromosoma analizado sin mutación, entonces la descendencia tendrá dos clases de hembras y una clase de machos ( B+), porque los machos СlВ morir debido a la presencia de letales yo , es decir. la división total de género será 2:1 (ver foto).

Si en el cromosoma experimental tener una mutación letal estoy , luego en F 2 serán solo hembras, ya que los machos de ambas clases morirán, en un caso debido a la presencia de voladores en X-cromosoma СlВ, en el otro - debido a la presencia de voladores estoy en el experimental X-cromosoma (ver figura). Determinar la razón de un número X-cromosomas (tubos de ensayo con cruces individuales) en los que surgieron letales, al número total de estudiados X-cromosomas (tubos de ensayo), cuentan la frecuencia de mutaciones letales en un determinado grupo.

Møller modificó repetidamente su método para detectar letales en X- Cromosoma de Drosophila, lo que resulta en tal líneas - analizadores, cómo Mu-5 , y después lineas - balanceadores básico, Binsn y etc.

Método Ci L/Pm . Para tener en cuenta las mutaciones letales en autosomas líneas de uso de moscas de la fruta letales equilibrados. Para la manifestación de una mutación letal recesiva en un autosoma, también es necesario que sea en un estado homocigoto. Para ello, es necesario poner dos cruces, y llevar registros de descendencia en F3. Para detectar letales segundo cromosoma usa una línea Ci L/Pm (SIL PEM) (ver figura).

Las moscas de esta linea segundo cromosoma dos mutaciones dominantes Cy (Rizado - alas curvas ) Y L (lóbulo - pequeños ojos lobulares ) , cada uno de los cuales en el estado homocigoto provoca un efecto letal. Las mutaciones se extienden inversiones en diferentes brazos del cromosoma. Ambos " encerrar» cruzando. El cromosoma homólogo también tiene una mutación dominante - inversión Pm (Ciruela - Ojos cafés). El macho analizado se cruza con una hembra de la línea Cilindro/Pm (no todas las clases descendientes se muestran en la figura).

EN F1 seleccionar machos Cilindro/Pm+ Y individualmente cruzarlos con hembras de la linea original Ci L/Pm . EN F2 seleccionar machos y hembras Ci L en el que el cromosoma homólogo es la prueba. Como resultado de cruzarlos entre sí, se obtienen tres clases de descendientes. Uno de ellos muere por homocigosis por mutaciones Cy Y L , otra clase de descendientes son los heterocigotos Cilindro/Pm+, así como la clase de homocigotos para el cromosoma probado. El resultado final son moscas. Ci L Y Ci+L+ En relación a 2:1 .

Si el cromosoma de prueba tiene mutación letal, en la descendencia del último cruce será solo moscas Ci L . Usando este método, es posible tener en cuenta la frecuencia de mutaciones letales recesivas en el segundo cromosoma de Drosophila.

Contabilización de mutaciones en otros objetos.. Se han desarrollado métodos de detección de mutaciones similares para otros objetos. Se basan en los mismos principios:

1) descubrir recesivo La mutación se puede traducir en homo- o hemicigótico condición,

2) es posible tener en cuenta con precisión la frecuencia de las mutaciones emergentes solo bajo la condición falta de cruce en individuos heterocigotos.

Para mamíferos(ratón, conejo, perro, cerdo, etc.) se ha desarrollado un método para tener en cuenta la frecuencia de aparición dominante letal mutaciones La frecuencia de las mutaciones se juzga por la diferencia entre el número cuerpo lúteo en el ovario y en desarrollo embriones en una hembra preñada abierta.

Contabilización de la frecuencia de mutaciones Inhumanos muy difícil, sin embargo análisis genealógico , es decir. análisis de pedigríes, permite establecer la ocurrencia de nuevas mutaciones. Si no se ha encontrado un rasgo en el pedigrí de los cónyuges durante varias generaciones, y apareció en uno de los hijos y comenzó a transmitirse a las siguientes generaciones, entonces la mutación surgió en el gameto de uno de estos cónyuges.

Contabilización de mutaciones en microorganismos.. Es muy conveniente estudiar mutaciones en microorganismos, ya que todos sus genes en singular y aparecen mutaciones en la primera generacion.

Los mutantes son fáciles de detectar. método de impresión, o réplicas, que fue propuesta por los cónyuges MI. Y J. Lederbergs.

Para identificar mutaciones de resistencia en E. coli al bacteriófago T1, las bacterias se sembraron en agar nutritivo para formar colonias individuales. Estas colonias luego se reimprimen utilizando una réplica de terciopelo en placas recubiertas con una suspensión de partículas de fago T1. La mayoría de las células del sensitivo original ( Montones ) los cultivos no formarán colonias, ya que son lisados por un bacteriófago. Solo crecerán colonias mutantes individuales ( tonelada R ) son resistentes a los fagos. Al contar el número de colonias en las variantes de control y experimental (por ejemplo, después de la irradiación con luz ultravioleta), es fácil determinar la frecuencia de las mutaciones inducidas.

Estos conceptos fueron introducidos por primera vez en 1926 por N.V. Timofeev Ressovsky y O. Vogt para describir la manifestación variable de los rasgos y los genes que los controlan. expresividad hay un grado de expresión (variación) del mismo rasgo en diferentes individuos que tienen un gen que controla este rasgo. Hay baja y alta expresividad. Considere, por ejemplo, la diferente gravedad de la rinitis (secreción nasal) en tres pacientes diferentes (A, B y C) con el mismo diagnóstico de ORI. En el paciente A, la rinitis es leve (“olfateo”), lo que permite prescindir de un pañuelo durante el día; en el paciente B, la rinitis se expresa moderadamente (2-3 pañuelos diarios); El paciente C tiene un alto grado de rinitis (5-6 pañuelos). Cuando se habla de la expresividad no de un solo síntoma, sino de la enfermedad en su conjunto, los médicos suelen evaluar el estado del paciente como satisfactorio o de gravedad moderada, o como grave,

esos. en este caso, el concepto de expresividad es similar al concepto de "gravedad del curso de la enfermedad".

penetracion- es la probabilidad de manifestación del mismo rasgo en diferentes individuos que tienen un gen que controla este rasgo. La penetrancia se mide como el porcentaje de individuos con un rasgo particular del número total de individuos que son portadores del gen que controla ese rasgo. 0 es incompleto o completo.

Un ejemplo de una enfermedad con penetrancia incompleta es la misma rinitis con 0RVI. Entonces, podemos suponer que el paciente A no tiene rinitis (pero hay otros signos de la enfermedad), mientras que los pacientes B y C tienen rinitis. Por tanto, en este caso, la penetrancia de la rinitis es del 66,6%.

Un ejemplo de una enfermedad con penetrancia completa es autosómica dominante. corea de Huntington(4r16). 0na se manifiesta principalmente en personas de 31 a 55 años (77% de los casos), en otros pacientes, a una edad diferente: tanto en los primeros años de vida como a los 65, 75 años y más. Es importante enfatizar que si el gen de esta enfermedad se transmite a un descendiente de uno de los padres, entonces la enfermedad definitivamente se manifestará, que es la penetrancia completa. Es cierto que el paciente no siempre sobrevive a la manifestación de la corea de Huntington, muriendo por otra causa.

Genecopying y sus causas
genocopias (lat. genocopia) son fenotipos similares formados bajo la influencia de diferentes genes no alélicos.
Una serie de signos similares en la manifestación externa, incluidas las enfermedades hereditarias, pueden ser causadas por varios genes no alélicos. Este fenómeno se llama genocopia. La naturaleza biológica de las genocopias radica en el hecho de que la síntesis de las mismas sustancias en la célula en algunos casos se logra de diferentes maneras.

Las fenocopias (cambios de modificación) también juegan un papel importante en la patología hereditaria humana. Se deben a que en el proceso de desarrollo, bajo la influencia de factores externos, puede cambiar un rasgo que depende de un genotipo particular; al mismo tiempo, se copian rasgos característicos de otro genotipo.

Es decir, estos son los mismos cambios en el fenotipo, causados por alelos de diferentes genes, además de ocurrir como resultado de varias interacciones genéticas o violaciones de varias etapas de un proceso bioquímico con el cese de la síntesis. Se manifiesta como el efecto de ciertas mutaciones que copian la acción de los genes o su interacción.

Un mismo rasgo (grupo de rasgos) puede deberse a diferentes causas genéticas (o heterogeneidad). Tal efecto, por sugerencia del genetista alemán H. Nachtheim, se obtuvo a mediados de los años 40 del siglo XX. título gencopiando Se conocen tres grupos de causas de genocopia.

Causas del primer grupo combina la heterogeneidad debida al polilocus, o la acción de diferentes genes ubicados en diferentes loci en diferentes cromosomas. Por ejemplo, se han identificado 19 tipos (subtipos) de mucopolisacaridosis entre las enfermedades hereditarias del metabolismo de los azúcares complejos: los glucosaminoglicanos. Todo tipo de personaje

teriziruyutsya defectos de diferentes enzimas, pero se manifiestan por los mismos (o similares) síntomas dismorfia gárgola o el fenotipo del campanero Quasimodo - el personaje principal de la novela "Catedral de Notre Dame" del clásico de la literatura francesa Victor Hugo. A menudo se observa un fenotipo similar en las mucolipidosis (trastornos del metabolismo de los lípidos).

Otro ejemplo de polilocus es la fenilcetonuria. Ahora bien, no sólo su tipo clásico, debido a una deficiencia de fenilalanina-4-hidroxilasa (12q24.2), sino que también se han identificado tres formas atípicas: una es causada por una deficiencia de dihidropteridina reductasa (4p15.1), y dos más son causados por una deficiencia de las enzimas piruvoiltetrahidropterina sintetasa y tetrahidrobiopterina (los genes correspondientes aún no se han identificado).

Ejemplos adicionales de polilocus: glucogenosis (10 genocopias), síndrome de Ellers-Danlos (8), neurofibromatosis de Recklinghausen (6), hipotiroidismo congénito (5), anemia hemolítica (5), enfermedad de Alzheimer (5), síndrome de Bardet-Biedl (3) , cáncer de mama (2).

Causas del segundo grupo. une la heterogeneidad intralocus. Se debe al alelismo múltiple (ver Capítulo 2) o a la presencia compuestos genéticos, o heterocigotos dobles que tienen dos alelos patológicos idénticos en locus idénticos de cromosomas homólogos. Un ejemplo de esto último es la talasemia beta heterocigota (11p15.5), que resulta de la deleción de dos genes que codifican las cadenas beta de las globinas, lo que conduce a un mayor contenido de hemoglobina HbA 2 y a un aumento (o normal) del nivel de hemoglobina HbF. .

Causas del tercer grupo combina la heterogeneidad debida a mutaciones en diferentes puntos del mismo gen. Un ejemplo es la fibrosis quística (7q31-q32), que se desarrolla por la presencia de casi 1000 mutaciones puntuales en el gen responsable de la enfermedad. Con una longitud total del gen de la fibrosis quística (250 mil pb), se espera detectar hasta 5000 mutaciones de este tipo en él. Este gen codifica una proteína responsable del transporte transmembrana de iones de cloruro, lo que provoca un aumento de la viscosidad de la secreción de las glándulas exocrinas (sudoríparas, salivales, sublinguales, etc.) y la obstrucción de sus conductos.

Otro ejemplo es la fenilcetonuria clásica, causada por la presencia de 50 mutaciones puntuales en el gen que codifica la fenilalanina-4-hidroxilasa (12q24.2); en total, se esperan detectar más de 500 mutaciones puntuales del gen en esta enfermedad. La mayoría de ellos surgen del polimorfismo de la longitud de los fragmentos de restricción (RFLP) o del polimorfismo del número de repeticiones en tándem (VNTP). Encontrado: la principal mutación del gen de la fenilcetonuria en poblaciones eslavas es R408 W/

efecto pleiotropía

La ambigüedad antes mencionada en la naturaleza de las relaciones entre genes y rasgos también se expresa en efecto pleiotropía o acción pleiotrópica, cuando un gen provoca la formación de una serie de rasgos.

Por ejemplo, el gen de la ataxia-telangiectasia autosómica recesiva, o Síndrome de Louis Bar(11q23.2) es responsable del daño simultáneo de al menos seis sistemas del cuerpo (sistema nervioso e inmunológico, piel, membranas mucosas del tracto respiratorio y gastrointestinal, así como la conjuntiva de los ojos).

Otros ejemplos: gen Síndrome de Bardet-Biedl(16q21) causa demencia, polidactilia, obesidad, retinosis pigmentaria; el gen de la anemia Fanconi (20q13.2-13.3), que controla la actividad de la topoisomerasa I, provoca anemia, trombocitopenia, leucopenia, microcefalia, aplasia del radio, hipoplasia del hueso metacarpiano del primer dedo, malformaciones del corazón y los riñones , hipospadias, manchas pigmentarias de la piel, aumento de la fragilidad de los cromosomas .

Distinguir entre pleiotropía primaria y secundaria. pleiotropía primaria debido a los mecanismos bioquímicos de acción de la proteína-enzima mutante (por ejemplo, insuficiencia de fenilalanina-4-hidroxilasa en la fenilcetonuria).

pleiotropía secundaria debido a complicaciones del proceso patológico que se desarrolló como resultado de la pleiotropía primaria. Por ejemplo, debido al aumento de la hematopoyesis y la hemosiderosis de los órganos parenquimatosos, un paciente con talasemia desarrolla engrosamiento de los huesos del cráneo y síndrome hepatolienal.

¿Genes? ¿Cuál es su papel? ¿Cómo funciona el mecanismo de expresión génica? ¿Qué perspectivas nos abre? ¿Cómo se regula la expresión génica en eucariotas y procariotas? Aquí hay una breve lista de temas que se discutirán en este artículo.

información general

La expresión génica es el nombre que se le da al proceso de transferencia de ADN a través de ARN a proteínas y polipéptidos. Hagamos una pequeña digresión para que se entienda. ¿Qué son los genes? Estos son polímeros de ADN lineales que están conectados en una cadena larga. Ayudan a formar los cromosomas. Si hablamos de una persona, entonces tenemos cuarenta y seis. Contienen aproximadamente 50 000-10 000 genes y 3100 millones de pares de bases. ¿Cómo son guiados aquí? La longitud de las secciones con las que se está trabajando se indica en miles y millones de nucleótidos. Un cromosoma contiene alrededor de 2000-5000 genes. En una expresión ligeramente diferente: alrededor de 130 millones de pares de bases. Pero esto es solo una estimación muy aproximada, que es más o menos cierta para secuencias significativas. Si trabaja en secciones cortas, se violará la proporción. También puede verse afectado por el sexo del organismo, cuyo material se está trabajando.

Acerca de los genes

Tienen la longitud más variada. Por ejemplo, la globina tiene 1500 nucleótidos. ¡Y la distrofina ya es tanto como 2 millones! Sus elementos cis reguladores pueden eliminarse del gen a una distancia considerable. Entonces, en la globina, se ubican a una distancia de 50 y 30 mil nucleótidos en la dirección 5 "- y 3", respectivamente. La presencia de tal organización hace que sea mucho más difícil para nosotros definir los límites entre ellos. Además, los genes contienen un número significativo de secuencias altamente repetitivas, cuyas responsabilidades funcionales aún no están claras para nosotros.

Para comprender su estructura, uno puede imaginar que 46 cromosomas son volúmenes separados en los que se encuentra la información. Se agrupan en 23 parejas. Uno de los dos elementos se hereda del padre. El "texto" que está en los "volúmenes" fue repetidamente "releído" por miles de generaciones, lo que introdujo muchos errores y cambios (llamados mutaciones) en él. Y todos ellos son heredados por la descendencia. Ahora hay suficiente información teórica para empezar a entender qué es la expresión génica. Este es, después de todo, el tema principal de este artículo.

teoría del operón

Se basa en estudios genéticos de la inducción de β-galactosidasa, que interviene en la degradación hidrolítica de la lactosa. Fue formulado por Jacques Monod y Francois Jacob. Esta teoría explica el mecanismo de control sobre la síntesis de proteínas en procariotas. La transcripción también juega un papel importante. La teoría es que los genes de las proteínas que están funcionalmente estrechamente relacionados en los procesos metabólicos a menudo se agrupan. Crean unidades estructurales llamadas operones. Su importancia radica en que todos los genes que se incluyen en él se expresan de forma concertada. En otras palabras, todos se pueden transcribir, o ninguno de ellos se puede "leer". En tales casos, el operón se considera activo o pasivo. El nivel de expresión génica puede cambiar solo si hay un conjunto de elementos individuales.

Inducción de la síntesis de proteínas

Imaginemos que tenemos una célula que utiliza glucosa de carbono como fuente de su crecimiento. Si se cambia al disacárido lactosa, en unos minutos se podrá arreglar que se ha adaptado a las condiciones que se han cambiado. Hay tal explicación para esto: una célula puede funcionar con ambas fuentes de crecimiento, pero una de ellas es más adecuada. Por lo tanto, existe un "objetivo" para un compuesto químico más fácil de procesar. Pero si desaparece y aparece la lactosa para reemplazarlo, entonces la ARN polimerasa responsable se activa y comienza a ejercer su influencia en la producción de la proteína necesaria. Esto es más una teoría, pero ahora hablemos de cómo ocurre realmente la expresión génica. Esto es muy emocionante.

Organización de la cromatina

El material de este párrafo es un modelo de una célula diferenciada de un organismo multicelular. En los núcleos, la cromatina está dispuesta de tal manera que solo una pequeña parte del genoma (alrededor del 1%) está disponible para la transcripción. Pero, a pesar de ello, debido a la diversidad de células y la complejidad de los procesos que se desarrollan en ellas, podemos influir en ellas. Por el momento, la siguiente influencia en la organización de la cromatina está disponible para una persona:

Cambiar el número de genes estructurales.
Transcribe eficientemente diferentes partes del código.
reorganizar los genes en los cromosomas.
Realiza modificaciones y sintetiza cadenas polipeptídicas.

Pero la expresión efectiva del gen objetivo se logra como resultado de una estricta adherencia a la tecnología. No importa con qué se esté trabajando, incluso si el experimento es con un virus pequeño. Lo principal es apegarse al plan de intervención planificado.

Cambiar el número de genes

¿Cómo se puede implementar esto? Imagine que estamos interesados en el efecto sobre la expresión génica. Tomamos material eucariótico como prototipo. Tiene una gran plasticidad, por lo que podemos realizar los siguientes cambios:

Aumentar el número de genes. Se utiliza en los casos en que es necesario que el organismo aumente la síntesis de un determinado producto. Muchos elementos útiles del genoma humano (por ejemplo, rRNA, tRNA, histonas, etc.) se encuentran en este estado amplificado. Dichas regiones pueden tener una disposición en tándem dentro del cromosoma e incluso ir más allá de ellos en una cantidad de 100 mil a 1 millón de pares de bases. Veamos la aplicación práctica. De interés para nosotros es el gen de la metalotioneína. Su producto proteico puede unir metales pesados como el zinc, el cadmio, el mercurio y el cobre y, en consecuencia, proteger el cuerpo de la intoxicación por ellos. Su activación puede ser útil para personas que trabajan en condiciones inseguras. Si una persona tiene una mayor concentración de los metales pesados mencionados anteriormente, la activación del gen se produce gradualmente de forma automática.
Reducir el número de genes. Este es un método de regulación bastante raro. Pero aquí también se pueden dar ejemplos. Uno de los más famosos son los glóbulos rojos. Cuando maduran, el núcleo se destruye y el portador pierde su genoma. Los linfocitos, así como las células plasmáticas de varios clones, experimentan un proceso similar en el proceso de maduración, que sintetiza formas secretadas de inmunoglobulinas.

reordenamiento de genes

Importante es la capacidad de mover y combinar el material, en el que será capaz de transcripción y replicación. Este proceso se llama recombinación genética. ¿Por qué mecanismos es posible? Veamos la respuesta a esta pregunta usando el ejemplo de los anticuerpos. Son creados por linfocitos B que pertenecen a un clon particular. Y si un antígeno ingresa al cuerpo, para el cual hay un anticuerpo con un centro activo complementario, se unirán con la posterior proliferación celular. ¿Por qué el cuerpo humano tiene la capacidad de crear tal variedad de proteínas? Esta posibilidad la proporciona la recombinación y la Pero esto también puede ser consecuencia de cambios artificiales en la estructura del ADN.

cambio de ARN

La expresión génica es un proceso en el que el ARNm juega un papel importante.Si consideramos el ARNm, cabe señalar que después de la transcripción, la estructura primaria puede cambiar. La secuencia de nucleótidos en los genes es la misma. Pero en diferentes tejidos, el ARNm puede aparecer por sustituciones, inserciones o simplemente desparejarse. Un ejemplo natural es la apoproteína B, que se produce en las células del intestino delgado y el hígado. ¿Cuál es la diferencia en la edición? La versión de tripa tiene 2152 aminoácidos. ¡Mientras que la variante de hígado cuenta con 4563 residuos! Y a pesar de esta diferencia, tenemos la apoproteína B.

Cambio en la estabilidad del ARNm

Casi hemos llegado al punto en que podemos tratar con proteínas y polipéptidos. Pero antes de eso, veamos cómo se puede arreglar la estabilidad del ARNm. Para ello, primero debe abandonar el núcleo y salir del citoplasma. Esto se hace gracias a los poros existentes. Las nucleasas escindirán una gran cantidad de ARNm. Los que escapan a este destino organizan complejos con proteínas. El tiempo de vida del ARNm eucariótico varía en un amplio rango (hasta varios días). Si el ARNm se estabiliza, entonces a una velocidad fija será posible observar que aumenta la cantidad del producto proteico recién formado. El nivel de expresión génica no cambiará, pero, lo que es más importante, el cuerpo funcionará con mayor eficiencia. Con ayuda, puede codificar el producto final, que tendrá una vida útil significativa. Entonces, por ejemplo, es posible crear una globina β que funcione durante unas diez horas (esto es mucho para él).

Velocidad de proceso

Entonces, en general, se considera el sistema de expresión génica. Ahora solo queda complementar el conocimiento existente con información sobre qué tan rápido ocurren los procesos, así como cuánto tiempo viven las proteínas. Digamos que controlamos la expresión génica. Cabe señalar que la influencia en la tasa no se considera la principal forma de regular la diversidad y cantidad del producto proteico. Aunque su cambio para lograr este objetivo todavía se usaba. Un ejemplo es la síntesis de un producto proteico en los reticulocitos. Las células hematopoyéticas en el nivel de diferenciación carecen de núcleo (y por lo tanto de ADN). Los niveles de regulación de la expresión génica generalmente se construyen según la capacidad de algún compuesto para influir activamente en los procesos en curso.

Duración de la existencia

Cuando se sintetiza una proteína, el tiempo durante el cual vivirá depende de las proteasas. Es imposible dar términos exactos aquí, ya que el rango en este caso es de varias horas a un par de años. La velocidad a la que se descompone una proteína varía ampliamente según la célula en la que se encuentre. Las enzimas que pueden catalizar procesos tienden a "agotarse" rápidamente. Debido a esto, también son creados por el cuerpo en grandes cantidades. Además, el estado fisiológico del cuerpo puede afectar la vida de la proteína. Además, si se creó un producto defectuoso, el sistema de protección lo eliminará rápidamente. Por lo tanto, podemos decir con confianza que lo único que podemos juzgar es la vida útil estándar obtenida en el laboratorio.

Conclusión

Esta dirección es muy prometedora. Por ejemplo, la expresión de genes extraños puede ayudar a curar enfermedades hereditarias, así como a eliminar mutaciones negativas. A pesar de la existencia de un amplio conocimiento sobre este tema, podemos decir con confianza que la humanidad aún se encuentra en el comienzo de su viaje. La ingeniería genética ha aprendido recientemente cómo aislar las secciones necesarias de nucleótidos. Hace 20 años, tuvo lugar uno de los eventos más importantes de esta ciencia: se creó la oveja Dolly. Actualmente se están realizando investigaciones con embriones humanos. Podemos decir con confianza que ya estamos en el umbral de un futuro donde no hay enfermedad ni sufrimiento fisiológico. Pero antes de llegar allí, será necesario trabajar muy duro para la prosperidad.

Un gen que está presente en el genotipo en la cantidad necesaria para la manifestación (1 alelo para rasgos dominantes y 2 alelos para rasgos recesivos) puede manifestarse como un rasgo en diversos grados en diferentes organismos (expresividad) o no manifestarse en absoluto (penetrancia ).

Modificación de la variabilidad (exposición a las condiciones ambientales)

Variabilidad combinatoria (influencia de otros genes del genotipo).

expresividad- el grado de manifestación fenotípica del alelo. Por ejemplo, los alelos de los grupos sanguíneos AB0 en humanos tienen una expresividad constante (siempre aparecen al 100%), y los alelos que determinan el color de los ojos tienen una expresividad variable. Una mutación recesiva que reduce el número de facetas oculares en Drosophila reduce el número de facetas en diferentes individuos de diferentes maneras, hasta su total ausencia.

La expresividad refleja la naturaleza y la gravedad de los síntomas, así como la edad de aparición de la enfermedad.

Si una persona que padece una enfermedad dominante quiere saber qué tan grave será la enfermedad en su hijo que ha heredado una mutación, entonces plantea la cuestión de la expresividad. Con la ayuda del diagnóstico genético, es posible identificar una mutación que ni siquiera se manifiesta, pero es imposible predecir el rango de expresión de una mutación en una familia determinada.

La expresividad variable, hasta la ausencia total de expresión génica, puede deberse a:

La influencia de genes ubicados en el mismo o en otros loci;

El impacto de factores externos y aleatorios.

penetracion es la probabilidad de una manifestación fenotípica de un rasgo en presencia del gen correspondiente. Por ejemplo, la penetrancia de la luxación congénita de cadera en humanos es del 25 %, es decir, solo 1/4 de los homocigotos recesivos padecen la enfermedad. Significado médico-genético de la penetrancia: una persona sana, en la que uno de los padres padece una enfermedad con penetrancia incompleta, puede tener un gen mutante no expresado y transmitirlo a los hijos.

Está determinada por el porcentaje de individuos de la población entre los portadores del gen en el que se manifiesta. Con penetrancia completa, el alelo dominante u homocigoto recesivo aparece en cada individuo, y con penetrancia incompleta, en algunos individuos.

La penetrancia puede ser importante en el asesoramiento genético para los trastornos autosómicos dominantes. Una persona sana, uno de cuyos padres padece una enfermedad similar, desde el punto de vista de la herencia clásica, no puede ser portadora del gen mutante. Sin embargo, si tenemos en cuenta la posibilidad de una penetración incompleta, entonces la imagen es completamente diferente: una persona aparentemente sana puede tener un gen mutante no manifestado y transmitirlo a los niños.

Los métodos de diagnóstico genético pueden determinar si una persona tiene un gen mutante y distinguir un gen normal de un gen mutante que no se manifiesta.

En la práctica, la determinación de la penetrancia a menudo depende de la calidad de los métodos de investigación, por ejemplo, con la ayuda de la resonancia magnética, se pueden detectar síntomas de la enfermedad que no se detectaron anteriormente.

Desde el punto de vista de la medicina, el gen se considera manifestado incluso con una enfermedad asintomática, si se detectan desviaciones funcionales de la norma. Desde el punto de vista de la biología, un gen se considera manifestado si altera las funciones del organismo.

herencia poligénica

herencia poligénica- herencia, en la que varios genes determinan la manifestación de un rasgo.

complementariedad- tal interacción de genes en la que 2 o más genes provocan el desarrollo de un rasgo. Por ejemplo, en humanos, los genes responsables de la síntesis de interferón se encuentran en los cromosomas 2 y 5. Para que el cuerpo humano pueda producir interferón, es necesario que al menos un alelo dominante esté presente simultáneamente en los cromosomas 2 y 5. Denotemos los genes asociados con la síntesis de interferón y ubicados en el segundo cromosoma - A (a), y en el quinto cromosoma - B (c). Las opciones AABB, AaBB, AAVv, AaBv corresponderán a la capacidad del cuerpo para producir interferón, y las opciones aavb, AAvv, aaBB, Aavv, aaBv - incapacidad.

El tipo de herencia de rasgos debido a la acción de muchos genes, cada uno de los cuales tiene solo un efecto débil. Fenotípicamente, la manifestación de un rasgo determinado poligénicamente depende de las condiciones ambientales. En la descendencia hay una serie continua de variaciones en la manifestación cuantitativa de tal rasgo, y no la aparición de clases que difieren claramente en el fenotipo. En varios casos, cuando se bloquea un solo gen, el rasgo no aparece en absoluto, a pesar de su condicionalidad poligénica. Esto indica una manifestación umbral del rasgo.

Dado que el desarrollo de rasgos poligénicos está muy influenciado por factores ambientales, es difícil identificar el papel de los genes en estos casos.

Polimería Varios genes actúan sobre el mismo rasgo de la misma manera. Al mismo tiempo, al formar un rasgo, no importa a qué par de alelos dominantes pertenezcan, su número es importante.

Por ejemplo, el color de la piel de una persona se ve afectado por una sustancia especial: la melanina, cuyo contenido proporciona una paleta de colores del blanco al negro (excepto el rojo). La presencia de melanina depende de 4-5 pares de genes. Para simplificar el problema, supondremos condicionalmente que hay dos de esos genes. Entonces el genotipo negro se puede escribir - AAAA, el genotipo blanco - aaaa. Los negros de piel clara tendrán el genotipo AAAa, los mulatos - AAaa, los mulatos claros - Aaaa.

pleiotropía- la influencia de un gen en la aparición de varios rasgos. Un ejemplo es una enfermedad autosómica dominante del grupo de patologías hereditarias del tejido conjuntivo. En los casos clásicos, las personas con síndrome de Marfan son altas (dolicostenomelia), tienen extremidades alargadas, dedos extendidos (aracnodactilia) y tejido adiposo subdesarrollado. Además de los cambios característicos en los órganos del sistema musculoesquelético (huesos tubulares alargados del esqueleto, hiperlaxitud de las articulaciones), se observa patología en los órganos de la visión y el sistema cardiovascular, que en las versiones clásicas constituye la tríada de Marfan.

Sin tratamiento, las personas con síndrome de Marfan suelen tener una esperanza de vida de 30 a 40 años y la muerte se produce debido a un aneurisma aórtico disecante o insuficiencia cardíaca congestiva. En países con atención médica desarrollada, los pacientes son tratados con éxito y viven hasta una edad avanzada. Entre figuras históricas famosas, este síndrome se manifestó en A. Lincoln, N. Paganini, K.I. Chukovsky (Fig. 3.4, 3.5).

epistasia- supresión por un gen de otro, no alélica. Un ejemplo de epistasis es el "fenómeno de Bombay". En India, se describen familias en las que los padres tenían el segundo (AO) y el primer (00) grupo sanguíneo, y sus hijos tenían el cuarto (AB) y el primero (00). Para que un niño en una familia de este tipo tenga un tipo de sangre AB, la madre debe tener un tipo de sangre B, pero no O. Se encontró que en el sistema de grupo sanguíneo ABO hay genes modificadores recesivos que suprimen la expresión de antígenos. en la superficie de los glóbulos rojos, y fenotípicamente una persona manifiesta el tipo de sangre O.

Otro ejemplo de epistasis es la aparición de albinos blancos en una familia negra. En este caso, el gen recesivo suprime la producción de melanina, y si una persona es homocigota para este gen, no importa cuántos genes dominantes responsables de la síntesis de melanina tenga, su color de piel será albiótico (Fig. 3.6) .

síndrome de morris- El síndrome de insensibilidad a los andrógenos (síndrome de feminización testicular) se manifiesta por trastornos del desarrollo sexual que se desarrollan como resultado de una respuesta débil a las hormonas sexuales masculinas en individuos con un juego masculino de cromosomas (XY). El término "síndrome de feminización testicular" fue introducido por primera vez por el ginecólogo estadounidense John Morris en 1953.

Este síndrome es la causa más conocida del desarrollo de un hombre como niña o de la presencia de manifestaciones de feminización en niños que nacieron con un juego masculino de cromosomas y niveles normales de hormonas sexuales. Hay dos formas de insensibilidad a los andrógenos: insensibilidad total o parcial. Los niños con insensibilidad completa tienen una apariencia y desarrollo claramente femeninos, mientras que aquellos con forma parcial pueden tener una combinación de características sexuales externas femeninas y masculinas, según el grado de insensibilidad a los andrógenos. La tasa de incidencia es de aproximadamente 1-5 por cada 100.000 recién nacidos. El síndrome de insensibilidad parcial a los andrógenos es más común. La insensibilidad completa a las hormonas sexuales masculinas es una enfermedad muy rara.

La enfermedad es causada por una mutación en el gen LA en el cromosoma X. Este gen determina la función de los receptores de andrógenos, una proteína que responde a las señales de las hormonas sexuales masculinas y desencadena una respuesta celular. En ausencia de actividad del receptor de andrógenos, no se producirá el desarrollo de los órganos genitales masculinos. Los receptores de andrógenos son necesarios para el desarrollo del vello púbico y axilar, regulan el crecimiento de la barba y la actividad de las glándulas sudoríparas. Con insensibilidad completa a los andrógenos, no hay actividad del receptor de andrógenos. Si algunas células tienen un número normal de receptores activos, se trata de un síndrome de insensibilidad androgénica parcial.

El síndrome se hereda con el cromosoma X como rasgo recesivo. Esto significa que la mutación que provoca el síndrome se encuentra en el cromosoma X. Según alguna información, en particular, el estudio de las razones del genio de V.P. Efroimson, Juana de Arco tenía el síndrome de Morris.

Acción pleiotrópica de los genes.

Acción pleiotrópica de los genes.- esta es la dependencia de varios rasgos en un gen, es decir, la acción múltiple de un gen.

En Drosophila, el gen de los ojos blancos afecta simultáneamente el color del cuerpo, la longitud, las alas, la estructura del aparato reproductivo, reduce la fertilidad y reduce la esperanza de vida. Una persona tiene una enfermedad hereditaria conocida: aracnodactilia ("dedos de araña": dedos muy delgados y largos) o enfermedad de Marfan. El gen responsable de esta enfermedad provoca una violación del desarrollo del tejido conectivo y simultáneamente afecta el desarrollo de varios signos: una violación de la estructura de la lente del ojo, anomalías en el sistema cardiovascular.

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La penetrancia es la frecuencia de expresión de un gen. Está determinado por el porcentaje de individuos de la población entre los portadores del gen en el que se manifiesta. Con penetrancia completa, el alelo dominante u homocigoto recesivo aparece en cada individuo, y con penetrancia incompleta, en algunos individuos.

La expresividad es el grado de manifestación fenotípica de un gen como medida de la fuerza de su acción, determinada por el grado de desarrollo del rasgo. La expresividad puede verse influenciada por genes, modificadores y factores ambientales. En mutantes con penetrancia incompleta, la expresividad a menudo también cambia. La penetrancia es un fenómeno cualitativo, la expresividad es cuantitativa.

En medicina, la penetrancia es la proporción de personas con un genotipo dado que tienen al menos un síntoma de una enfermedad (en otras palabras, la penetrancia determina la probabilidad de una enfermedad, pero no su gravedad). Algunos creen que la penetrancia cambia con la edad, como en la enfermedad de Huntington, pero las diferencias en la edad de inicio suelen atribuirse a una expresividad variable. A veces, la penetrancia depende de factores ambientales, por ejemplo, en la deficiencia de G-6-PD.

Los métodos de diagnóstico genético pueden determinar si una persona tiene un gen mutante y distinguir un gen normal de un gen mutante que no se manifiesta.

Aunque comúnmente se hace referencia a la penetrancia y la expresividad de las enfermedades autosómicas dominantes, los mismos principios se aplican a las enfermedades cromosómicas, autosómicas recesivas, ligadas al cromosoma X y poligénicas.

El desarrollo del embrión procede con la interacción continua de factores hereditarios y externos. En el proceso de tales relaciones, se forma un fenotipo, que en realidad refleja el resultado de la implementación del programa hereditario en condiciones ambientales específicas. A pesar de que el desarrollo intrauterino del embrión en los mamíferos tiene lugar en un entorno relativamente constante en condiciones óptimas, la influencia de factores externos desfavorables durante este período no está del todo excluida, especialmente con su creciente acumulación en el medio ambiente debido al progreso técnico. . Actualmente, una persona en todos los períodos de su vida está expuesta a factores químicos, físicos, biológicos y psicológicos.

Un estudio experimental del desarrollo de los animales llevó a la idea de los llamados períodos críticos en el desarrollo de los organismos. Este término se entiende como los períodos en que el embrión es más sensible al efecto dañino de varios factores que pueden alterar el desarrollo normal, es decir, estos son los períodos de menor resistencia del embrión a los factores ambientales.