genes and genomes: why do we look like our parents

Гени та геноми:

чому ми схожі на батьків

Древицька Тетяна к.б.н., ст.н.сп. відділу загальної та молекулярної патофізіології Інституту фізіології ім.О.О.Богомольця

Всі живі організми складаються з клітин, клітини бувають різними

І не зважаючи на те, що вони такі різні мають однакові органели

Функції клітин

загальні

специфічні

Всі функції організму в цілому та клітин реалізуються завдяки білкам

В свою чергу білки бувають різними за функціями, локалізацією та будовою

Що таке білки?

Приклади організації білків

Ядро – це органела клітини, де міститься інформація про білки і не

тільки

генетична!

Як виглядає ядро під мікроскопом?

Де розташовані гени і шо це таке?

клетка

хромосомы в ядре

ДНК

хромосома

1 молекула ДНК ген

ген

Що таке нуклеїнові кислоти?

DNA bases: A G C T DNA bases: A G C T RNA bases: A G C URNA bases: A G C U

DNA bases: A G C T DNA bases: A G C T RNA bases: A G C URNA bases: A G C U

RNА

Нуклеотиди

BASEBASEBASEBASE

PHOSPHATEPHOSPHATEPHOSPHATEPHOSPHATE

Як в ДНК закодований білок?

ACTGAAACTAGGGGCAAGGAGACGAAGAGAACATGAAAGTTAAACTTTAAGATGAAGAACAAAGCTGAACATACTGATGCATTGGATCTTTGGAGAGGATCTCAGAACTCATTGTACTTAATTTACAGGCTAAAACCTTAGAAGAGGAATTTATTATATCCTACACAAGACTCCAGGGAAGCACATGGCCTTGGACTGAAGGCTGGCATCGAAGCTGTCAGCCACCAGCACCTTCTGCAGCAGGTACCTGCTCTCTAAGAGGGAGGCCTGGGTGGTGCACCTCCAGAGCTGCCCAGGCTGGGCCTCAAGGAAGAAAAAGATTTTCATTTGTCAGAGGCGGAAGGGAGAGTGGAGGGAACAGCACAGCAGCGGCCCAGGGGCAGGGAAGCACAGGACCATTAGGGAGACACGAGAAAGCCATTTGTCTAGAACAGAGGATTCAAGCAGTGCACCAAGGAAAATGAGGGCCAGGCCAATGTGCTGGAGTGGCTTTGTTCTTGGCTGAGGGTTTTGGGTAGTGCCAAAGCGTAAGGTAAGCCCTGCTTTCCAGAAGAATCTAGCAGAGTGTGGAGCCCAGATGGGACTGGAAGGCCTGGGAGGGGTCAGGTGGCCACAGGGACGGGCCACAGCCAGTGGTGCAGGCAAGAAGACAATGGCATCCATGGTGGCTCACACCTGGAATCCCAGCCCATTGGGAGGTCGAGGCAGGTGGATCACCTGAGGTCAGGAGTTCGAGACCAGCCTGGTCAACATGGTGAAACCCTGCTCTAATAAAATTATAAAAATTAGCCGGGCGTGGTGGTGGGTACCTGTAATCTCAGCTACTCAGGAGGCTGGGTCAGGAGAATCGCTTGAACCCAGGAGGCGGAGGTTACAGTGAGCTGAGATAGCACCATTGCATTCCAGCCTGGACAACAAAAGCGAGACTCTGTCTCAAAAAAAAAAAAAAATTAGCCAGGCGTGGTGGTGGGTGCCTGTCGTCCTCGGGAGGCTGAGGCATGAGAATCACTCCGGGAGGCAGAGGTTGCAATGAACCAAGATCACACCACTGCACTCCAGCCTGGGTGACAGAGCAAGACTCTGTCTAAAAAAAAAAAAAAGACAGAAGGATGTCAGCATCTGATGCTGCCTGTCACCTTGACCCTGAGGATGCCAGTCACAGCTCCATTAACTGGGACCTAGGAAAATGAGTCATCCTTGGTCATGCACATTTCAAATGGTGGCTTAATATGGAAGCCAGACTTGGGATCTGTTGTCTCCTCCAGCATGGTAGAAGATGCCTGAAAAGTAGGGGCTGGATCCCATCCCCTGCCTCACTGGGAAGGCGAGGTGGTGGGGTGTGGTGGGGCCTCAGGCTTGGGGTCATGGGACAAAGCCCAGGCTGAATGCCGCCCTTCCATCTCCCTCCTCCTGAGACAGGGGCAGCAGGGCACACTAGTGTCCAGGAGCAGCTTATGAGGCCCCTTCACCCTCCATCCTCCAAAACTGGCAGACCCCACCTTCTTGGTGTGACCCCAGAGCTCTGAGCACAGCCCGTTCCTTCCGCCTGCCGGCCCCCCACCCAGGCCCACCCCAACCTTATCCTCCACTGCTTTTCAGAGGAGTCTGGCCAACACAAATCCTCTTGTTTGTTTGTCTGTCTGTCTGCTGCTCCTAGTCTCTGCCTCTCCCAGTCTCTCAGCTTCCGTTTCTTTCTTAAACTTTCTCTCAGTCTCTGAGGTCTCGAAATCACGAGGCTTCGACCCCTGTGGACCAGATGCCCAGCTAGTGGCCTTTCTCCAGCCCCTCAGATGGCACAGAACTACAAACCCCAGCATGCACTCTGGCCTGAAGTGCCTGGAGAGTGCTGGTGTACCCCACCTGCATTCTGGGAACTGTAGTTTCCCTAGTCCCCCATGCTCCCACCAGGGCATCAAGCTCTTCCCTGGCCGGCTGACCCTGCCTCAGCCCTAGTCTCTCTGCTGACCTGCGGCCCCGGGAAGCGTGCGTCACTGAATGACAGGGTGGGGGTGGAGGCACTGGAAGGCAGCTTCCTGCTCTTTTGTGTCCCCCACTTGAGTCATGGGGGTGTGGGGGTTCCAGGAAATTGGGGCTGGGAGGGGAAGGGATACCCTAATGTCAGACTCAAGGACAAAAAGTCACTACATCCTTGCTGGGCCTCTATCCCCAAGAACCCAAAAGGACTCAAGGGTGGGGATCCAGGAGTTCTTGTATGTATGGGGGGAGGTGAAGGAGAGAACCTGCATGACCCTAGAGGTCCCTGTGGTCACTGAGAGTGTGGGCTGCCATCCCCTGCTACAGAAACGGTGCTCACCTTCTGCCCAACCCTCCAGGGAAAGGCACACAGGGGTGAGGCCGAAGGCCCTTCCGTCTGGTGCCACATCACAGAAGGACCTTTATGACCCCCTGGTGGCTCTACCCTGCCACTCCCCAATGCCCCAGCCCCCATGCTGCAGCCCCAGGGCTCTGCTGGACACCTGGGCTCCCACTTATCAGCCTCAGTCCTCACAGCGGAACCCAGGCGTCCGGCCCCCCACCCTTCAGGCCAGCGGGCGTGGAGCTGAGGCTTTAGAGCCTCCCAGCCGGGCTTGTTCCTGTCCCATTGTGTATGGGATAGGGGCGGGGCGAGGGCCAGCACTGGAGAGCCCCCTCCCACTGCCCCCTCCTCTCGGTCCCCTCCCTCTTCCTAAGGAAAAGGCCAGGGCTCTGCTGGAGCAGGCAGCAGAGTGGACGCACAGTAACATGGGCAACTTGAAGAGCGTGGCCCAGGAGCCTGGGCCACCCTGCGGCCTGGGGCTGGGGCTGGGCCTTGGGCTGTGCGGCAAGCAGGGCCCAGCCACCCCGGCCCCTGAGCCCAGCCGGGCCCCAGCATCCCTACTCCCACCAGCGCCAGAACACAGGTAAGGGCCAGGCAGCTAGGAGCAGGTGGGCAACAAGGGTGGTGTCAAGGCCTGAAGCCTGGGGCTGGGAAGGTCTGGAACTTGTAGCTGAGTCGGGAGGGCCAGGTC

Від гена до білка, або що таке експресія генів?

Етапи синтезу білка

Етапи синтезу білка

Етапи синтезу білка

Етапи синтезу білка

Етапи синтезу білка

Що необхідно клітині для синтезу білку?

• послідовність ДНК (промотор та регуляторні послідовності)

• транскрипційний фактор (один або комплекс)

• фермент (РНК-полімераза)

• помічникі (або кофактори)

• нуклеотиди

Типова структура гену

Транскрипція (відбувається в ядрі)

Етапи: ініціація, елонгація, термінація

Транскрипцію можна побачити!)

Процесінг (відбувається в ядрі)

Події:-кепування-сплайсінг-кепування

Дієві особи трансляції

• мРНК

• амінокислоти

• транспортні РНК

• аміноацил-тРНК-синтетази

• рибосоми

• фактори ініціації

• фактори елонгації

• фактори терминації

• енергія, багато енергії!

Трансляція (відбувається у цитоплазмі)

Етапи:ініціація, елонгація, термінація

Як клітина дізнається, що необхідно синтезувати нові

білки?

Рівні контролю експресії генів

36

- хромосомна активація або інактивація - контроль початку (ініціації) транскрипції - дозрівання (процесінг) РНК - контроль транспорту РНК - контроль руйнування (деградації) мРНК - контроль початку (ініціації) трансляції - посттрансляційні модифікації

ВАРІАЦІЇ ГЕНІВ ВИЗНАЧАЮТЬ ГЕНЕТИЧНУ ІНДИВІДУАЛЬНІСТЬ

КОЖНОЇ ЛЮДИНИ

Геном людини – 3.2 млрд. пар нуклеотидів~ 60 млн. варіацій (2 % геному)

Кожний ген може бути представлений у більш ніж 2000 варіантах !

Схема розповсюдження Homo sapiens по світу та частота поліморфізму

гена DDR2 (рецептор дофаміну)

ІШЕМІЧНА ІШЕМІЧНА ХВОРОБА СЕРЦЯ ХВОРОБА СЕРЦЯ ЯК ПОЛІГЕННЕ ЯК ПОЛІГЕННЕ ЗАХВОРЮВАННЯЗАХВОРЮВАННЯ

PPAR-α, γ , δ

BNP

Печінкова ліпаза

Ліпопротеїд-ліпаза Ангіотензиноген

AПФ

Адипонектин

5-ліпоксигеназа

Фактор XIIIФактор V

CD14

Рецептор ox-LDL

Параоксоназа

Апо-ліпопротеїни

eNOS

Епоксигеназа

Рецептор ангіотензину ІІ

Фактор VII

Toll-рецептор

ЦУКРОВИЙ ДІАБЕТ ІІ ЦУКРОВИЙ ДІАБЕТ ІІ ТИПУ ЯК ПОЛІГЕННЕ ТИПУ ЯК ПОЛІГЕННЕ ЗАХВОРЮВАННЯЗАХВОРЮВАННЯ

PPAR-α, γ , δ

CEPT

Transcription factor 7–like-2

Ліпопротеїд-ліпаза Ангіотензиноген

AПФ

Адипонектин

Лептиновий рецептор

Фактор XIIIФактор V

CD14

Рецептор ox-LDL

Параоксоназа

Апо-ліпопротеїни

eNOS

Рецептор ангіотензину ІІ

Фактор VII

Toll-рецептор

Ймовірні фенотипові ознаки людини- майбутнього як результат експансії в геном патологічних алельних варіантів

• Схильність до серцево-судиних захворювань• Високий ризик розвитку пухлин• Ожиріння• Млявий перебіг інфекційних захворювань

(«хронізація» інфекцій)• Підвищена чутливість до болю• Порушення репродуктивної функції (імпотенція,

гестози, самовільні аборти)• Психічна депресія, суіцидальність• Креативність, когнітивність ?

Наскільки гени визначають нашу долю і

чи правда, що деяких помилок не виправити?

Для того, щоб встановити вплив генів є

близнюковий метод

коркондантністьдискордантність

http://www.scq.ubc.ca/the-genetic-basis-of-intelligence/

ЕПІГЕНЕТИКА – розділ генетики, що вивчає зміни в генетичному апараті, що не

пов`язані з порушенням послідовності науклеотидів у ДНК

ЕПІГЕНЕТИКА – ЦЕ ЖИТТЯ ЕПІГЕНЕТИКА – ЦЕ ЖИТТЯ ГЕНОМУГЕНОМУ

Основні механізми епігенетичних змін:метилювання генів та модифікація гістонів

(ацетилювання, метилювання,

фосфорилювання, тощо)

+ + ubiquitylation ubiquitylation andand sumoylation sumoylation

АЦЕТИЛИРОВАНИЕ – ДЕАЦЕТИЛИРОВАНИЕ ГИСТОНОВ

(acetyltransferases vs histone-deacetylases)

Female offspring demonstrate impaired glucose tolerance and insulin secretion to a glucose challenge.