Лекция Генотип как система взаимодействующих генов. 2. Виды взаимодействия генов. 3. Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот.

Продолжаем тему геном-генотип Генотип – совокупность всех генов организма (в диплоидном наборе)

Генотип также можно определить как систему взаимодействующих генов, организм ген признаки хотя как они «взаимодействуют» чаще всего не ясно

Виды взаимодействия генов в генотипе

Гены аллельные Лежат в одинаковых локусах гомологичных хромосом и отвечают за один признак Обозначаются (обычно) одинаковыми буквами латинского алфавита неаллельные Лежат в разных локусах гомологичных или негомологичных хромосом и отвечают за разные признаки Обозначаются разными буквами латинского алфавита Аа или Х Вb FVFV fvfv Ee

1. Виды взаимодействия аллельных генов Полное доминирование Неполное доминирование (промежуточное наследование) Кодоминирование Аллельное исключение Межаллельная комплементация

Полное доминирование Доминантный аллель полностью подавляет рецессивный а А

Примеры: Карие глаза доминируют над голубыми Группы крови А и В доминируют над О Резус + над резус – Пигментация над альбинизмом Синдром Марфана над нормой и т.д. х АА аа Аа

Неполное доминирование Доминантный аллель не полностью подавляет рецессивный, гетерозиготы имеют промежуточный фенотип. а А

Примеры: Цветки ночной красавицы Серповидно-клеточная анемия (у гетерозигот легкая форма болезни) Цвет кожи х ААаа Аа х аа АА Аа мулат белый негр

Кодоминирование Оба аллеля вместе проявляются в фенотипе а Аа

Пример: Группа крови АВ – оба аллеля экспрессируются эритроцит Антиген ААнтиген В Аллель I А Аллель I В

Аллельное исключение В одних клетках тела доминирует один аллель, в других – другой. (организм имеет мозаичный фенотип) А а а А

Примеры: гены иммуноглобулинов (антител) гены Х хромосомы у самок млекопитающих Х Аа Х ХХ

Межаллельная комплементация – редкий вид взаимодействия Наблюдается у генов, кодирующих белки с четвертичной структурой, т.е. состоящие из нескольких субъединиц, и определяется их пространственной конфигурацией. Пусть аллель А – норма, а и а – разные мутации Активный центр белка a а а A норма Гомозиготы по мутациям а и a, активный центр не функционирует Гетерозигота аа Активный центр

Пример У дрожжей, бактерий, дрозофилы изучен хорошо У человека мало изучен, возможно, гетерозиготы по гемоглобину С и S имеют более легкую форму анемии, чем гомозиготы СС или SS

2. Виды взаимодействия неаллельных генов Комплементарность Эпистаз Полимерия Эффект положения Модифицирующее действие

Комплементарность Два доминантных аллеля из разных пар вместе дают новый признак Ген А Признак А Ген В Признак В Новый признак

Пример Генотип DDee - глухота – нарушено строение уха DdEе – нормальный слух ddEE – глухота, так как не сформированы воспринимающие структуры мозга

Еще пример комплементарности Х T Y SRY Отвечает за синтез белка- рецептора к тестостерону Отвечает за образование семенников и синтез половых гормонов Вместе дают нормального мужчину

Эпистаз – неаллельный ген подавляет гены из другой пары Доминантный – если эпистатичный ген в доминантном состоянии: АА или Аа подавляет гипостатичные гены В и b Рецессивный – если эпистатичный аллель аа (в гомозиготном состоянии) подавляет В и b ( рецессивный эпистаз соответствует комплементарности наоборот) Ген А подавляет окраску у тыквы

Пример рецессивного эпистаза: Бомбейский феномен эритроцит Антиген ААнтиген В Аллель I А Аллель I В Вещество Н Рецессивная гомозигота hh – вещество Н не образуется, следовательно, антигены А и В не могут быть синтезированы – определяется группа крови О Аллель I О -

Еще примеры рецессивного эпистаза Рецессивный ген альбинизма не дает проявиться полимерным генам пигментации Синдром нечувствительности к андрогенам (тестикулярная феминизация, с-м Мориса) связан с геном t, который подавляет ген SRY X Y t SRY Развивается ложный мужской гермафродитизм

Полимерия - несколько генов вместе отвечают за один признак (количественный) Признак выражен тем сильнее, чем больше доминантных аллелей в генотипе. Аллели обозначаются одинаковыми буквами, но с индексом, например: А 1 А 1 а 2 а 2 А 3 А 3 А 3 А 4

Пример: Рост Цвет кожи Х А1А1А2А2А1А1А2А2 а1а1а2а2а1а1а2а2 А1а1А2а2А1а1А2а2 Внуки будут : 4А – негры 3А1а – темные 2А2а – средние 1А3а – светлые 4а - белые мулатымулаты

Модифицирующее действие – другие неаллельные гены лишь слегка меняют проявление данного гена

Примеры: У мыши ген черного пятна на спине может проявляться по-разному У человека ген седой пряди надо лбом проявляется по-разному

Эффект положения – активность гена зависит от ближайших соседей по хромосоме – чем они активнее, тем ген активнее. Примеры – изменения активности при генов при транслокациях

Регуляция экспрессии генов

Гены конститутивные, т.е. всегда активные регулируемые, т.е. включающиеся по сигналу.

Регуляция Позитивная (индукция) Негативная (репрессия)

Рассмотрим это на простейшем примере – лактозном опероне кишечной палочки Бактерия E.coli палочка кушает глюкозу лактозу не ест, пока достаточно глюкозы

При наличии глюкозы гены Z, Y и А не транскрибируются Ген I промотор оператор конститутивный – всегда активен, отвечает за синтез белка- репрессора, который связывается с оператором Ген ZГен YГен А РНК-полимераза не может начать транскрипцию

Когда вся глюкоза съедена, включаются гены Z, Y и А. Лактоза выступает индуктором Ген I промотор оператор конститутивный – всегда активен, отвечает за синтез белка- репрессора, который связывается с оператором Ген ZГен YГен А Лактоза связывается с белком- репрессором и он освобождает оператор – начинается транскрипция

Когда вся глюкоза съедена, включаются гены Z, Y и А. Лактоза выступает индуктором Ген I промотор операторГен ZГен YГен А Теперь возможна транскрипция и трансляция – т.е. синтез белков Z, Y и А, которые обеспечивают расщепление лактозы мРНК

Белки-ферменты Z, Y и А расщепляют и переваривают лактозу.

Когда вся лактоза съедена, репрессор вновь связывается с оператором – транскрипция прекращается. Ген I промотор оператор конститутивный – всегда активен, отвечает за синтез белка- репрессора, который связывается с оператором Ген ZГен YГен А

Регуляция экспрессии генов у эукариот сложнее. Может происходить на всех этапах синтеза белка. Можно выделить 5 уровней регуляции.

1. Число копий гена

1. Изменение числа копий гена Увеличение – амплификация. Например у заботливых мам – амфибий – синтезируются дополнительные копии генов рРНК. Уменьшение – инактивация гена или всей хромосомы, например, тельце Барра или даже разрушение хромосом Х

2. Транскрипция

2. Регуляция транскрипции Энхансеры – усилители – включают и усиливают транскрипцию Сайленсеры – глушители – подавляют ее

Часто в роли регуляторов транскрипции выступают гормоны клетка ядро ДНК гормон рецептор транскрипция Каскад реакций синтез белка по матрице иРНК на рибосоме

3. Процессинг РНК

3. Регуляция процессинга РНК Альтернативный сплайсинг Редактирование РНК – изменение РНК путем вставок, делеций или изменения азотистых оснований. В результате будут синтезированы другие белки Пре-мРНК За счет разного сочетания экзонов можно получить разные мРНК и, следовательно, белки

Альтернативный сплайсинг приводит к появлению изоформ белков

Примеры альтернативного сплайсинга : Белок, кодирующий слуховой рецептор может давать более 500 различных вариантов РНК Вирус СПИДа образует более 40 вариантов РНК из одной пре-РНК Две формы белка, кодируемого геном дистрофина: один функционирует в мышцах, другой в мозге

МДД

Пример редактирования РНК Ген аполипопротеина ДНК Пре-мРНК кишечникпечень без редактирования редатирование: ЦАА УАА Аполипопротеин В48 Аполипопротеин В100

4. Трансляция

4. Регуляция трансляции Путем удлинения времени жизни мРНК Пример: гормон пролактин удлиняет время жизни мРНК для казеина, основного белка молока, в 77 раз. А, значит, каждая мРНК может дать в 77 раз больше белка в ходе трансляции

5. Процессинг белка

5. Регуляция процессинга белка Коллаген – основной белок соединительной ткани, около 30% всего белка тела. Описано около 30 типов коллагена. Молекула состоит из 3 цепей

Этапы процессинга коллагена Не для запоминания!!!

Синтез коллагена сложен и включает много посттрансляционных преобразований

Разные варианты процессинга коллагена дают большое многообразие форм этого белка. Часть из них – патологические. Например, синдром Эллерса-Данлоса (описано несколько типов синдрома).

Синдром Эллерса-Данлоса

Встречается не только у людей

Все, спасибо за внимание!