Genetyka i Embriologia - Kompletne Notatki Akademickie

Choroby Mitochondrialne i Monogenowe (Kolokwia i Karty Pracy)

• Choroby mitochondrialne

  • Dotyczą głównie mięśni i układu nerwowego.
  • Zespół Leigha: Najczęstszą przyczyną śmierci jest niewydolność oddechowa. Może być spowodowany mutacjami w $mtDNA$.
  • LHON (Dziedziczna neuropatia nerwu wzrokowego Lebera): Typowym objawem jest nagła utrata widzenia. Jest związana z genem $MT-ND4$.
  • Efekt progowy: W chorobach mitochondrialnych objawy pojawiają się, gdy udział zmutowanych cząsteczek $mtDNA$ osiągnie pewną wartość.

• Choroba Huntingtona

  • Główny mechanizm uszkodzenia neuronów: Odkładanie toksycznego, zmutowanego białka huntingtyny.
  • Gen: $IT-15$.
  • Liczba powtórzeń $CAG$, powyżej której rozpoznaje się chorobę: $>36$.
  • Dziedziczenie: Autosomalne dominujące.

• Rdzeniowy zanik mięśni (SMA)

  • Przyczyna: Brak eksonu $7$ genu $SMN1$.
  • Objawy u noworodka: Osłabienie napięcia mięśniowego, słaby odruch ssania, trudności w oddychaniu.
  • Najcięższy typ: Typ $I$.
  • Program badań przesiewowych: SMA jest objęte oficjalnym programem badań przesiewowych noworodków w Polsce.

• Zespół łamliwego chromosomu X (FRAX)

  • Gen: $FMR1$.
  • Występuje zjawisko Paradoksu Shermana, który dotyczy wydłużania premutacji w linii matczynej.
  • U nosicieli liczba powtórzeń $CGG$ wynosi od $55$ do $200$. Pełna mutacja to $>200$ powtórzeń.

• Inne choroby monogenowe

  • Dystrofia Duchenne'a (DMD): Najczęstsza mutacja to delecja. Gen $DMD$.
  • Hemofilia A: Niedobór czynnika $VIII$. Gen $F8$.
  • Hemofilia B: Niedobór czynnika $IX$. Gen $F9$.
  • Mukowiscydoza: Związana z białkiem $CFTR$, które odpowiada za transport jonów chlorkowych. Objaw: Gęsty, lepki śluz w płucach, słony pot.
  • Achondroplazja: Objawia się niskorosłością (skrócone kończyny, duża głowa). Gen $FGFR3$.
  • Zespół Marfana: Dotyczy tkanki łącznej. Objawy: Długie, cienkie kończyny, arachnodaktylia, wady serca (tętniak aorty). Gen $FBN1$.
  • Fenyloketonuria (PKU): Dochodzi do wzrostu poziomu fenyloalaniny. Gen $PAH$.
  • Galaktozemia: Wynika z niedoboru enzymu $GALT$ (niekiedy $GALK$ lub $GALE$). Polega na niemożności przekształcenia galaktozy w glukozę.
  • Choroba syropu klonowego (MSUD): Dotyczy metabolizmu aminokwasów rozgałęzionych (leucyny, izoleucyny i waliny). Charakterystyczny zapach moczu.
  • Zespół Retta: Dotyczy głównie dziewczynek. Gen $MECP2$. Objawy pojawiają się po okresie prawidłowego rozwoju.
  • Zespół Menkesa: Zwany zespołem kręconych włosów. Mutacja w genie $ATP7A$ (zaburzenia metabolizmu miedzi).
  • Zespół Lescha-Nyhana: Niedobór enzymu $HPRT$ ($HGPRT$). Objawy: Hiperurykemia i samouszkadzające zachowania.

Dziedziczenie i Genetyka Populacyjna

• Wzory dziedziczenia

  • Autosomalne recesywne: Poziomy wzór dziedziczenia. Choroba ujawnia się u homozygot recesywnych.
  • Autosomalne dominujące: Pionowy wzór dziedziczenia. Ujawnia się u heterozygot.
  • Sprzężone z chromosomem X (recesywne): Jeśli matka jest nosicielką ($X^H X^h$), a ojciec zdrowy ($X^H Y$), to $50\%$ synów będzie chorych, a $50\%$ córek będzie nosicielkami.

• Podstawowe pojęcia

  • Genotyp: Zestaw genów organizmu.
  • Fenotyp: Wygląd zewnętrzny i cechy organizmu.
  • Homozygota dominująca: Organizm posiadający dwa allele dominujące ($AA$).
  • Heterozygota: Organizm posiadający dwa różne allele ($Aa$).
  • Mozaikowatość: Obecność dwóch lub więcej linii komórkowych o różnym kariotypie, powstałych z jednej zygoty.
  • Nondysjunkcja: Brak rozdziału chromosomów podczas podziału komórki; najczęstsza przyczyna aneuploidii.

• Konflikt serologiczny

  • Występuje, gdy matka ma grupę krwi $Rh-$ ($d/d$), a płód ma grupę $Rh+$ ($D/d$ lub $D/D$).
  • Uniwersalny dawca: Krew grupy $0 Rh-$.
  • Układ $ABO$ jest przykładem kodominancji.

Cytogenetyka i Diagnostyka Prenatalna

• Aberracje chromosomowe

  • Występują w około $5\%$ wszystkich poczęć (niektóre źródła podają inne wartości zależnie od etapu rozwoju).
  • Zespół Downa: Trisomia chromosomu $21$. Kariotyp: $47,XX,+21$ lub $47,XY,+21$. Charakterystyczne cechy: Zmarszczka nakątna, bruzda poprzeczna dłoni, skośne szpary powiekowe.
  • Zespół Edwardsa: Trisomia chromosomu $18$. Charakterystyczna stopa końsko-szpotawa, mała żuchwa.
  • Zespół Pataua: Trisomia chromosomu $13$. Charakterystyczna polidaktylia, rozszczep wargi i podniebienia, małoocze.
  • Zespół Turnera: Kariotyp $45,X$. Dotyczy kobiet. Cechy: Niski wzrost, płetwiasta szyja, dysgenezja gonad.
  • Zespół Klinefeltera: Kariotyp $47,XXY$. Dotyczy mężczyzn. Dodatkowy chromosom $X$.
  • Zespół DiGeorge'a: Mikrodelecja $22q11.2$. Wady serca, zaburzenia odporności.
  • Zespół Williamsa: Delecja $7q11.23$. "Twarz elfa", niebieskie tęczówki, wady serca.

• Techniki diagnostyczne

  • Kariotyp: Zestaw chromosomów komórki somatycznej. Do zatrzymania komórek w metafazie stosuje się kolcemid lub kolchicynę.
  • FISH: Hybrydyzacja sond fluorescencyjnych z $DNA$.
  • Array-CGH: Mikromacierze o bardzo wysokiej rozdzielczości, pozwalające wykryć mikrodelecje i mikroduplikacje.
  • Amniopunkcja: Pobranie płynu owodniowego (badanie inwazyjne). Wykonywana zazwyczaj po $15$ tygodniu ciąży.
  • USG: Badanie nieinwazyjne.
  • Markery biochemiczne aneuploidii: Alfa-fetoproteina ($AFP$), wolny estriol, Beta-$hCG$, białko $PAPP-A$.

Genetyka Molekularna i Techniki Laboratoryjne

• Izolacja i analiza kwasów nukleodytowych

  • Liza komórki: Etap polegający na zniszczeniu błony komórkowej.
  • Spektrofotometria: Służy do oceny czystości i stężenia $DNA$. Ocena przy długościach fali $260\,nm$ i $280\,nm$.
  • Metoda Chomczyńskiego i Sacchi: Wykorzystuje odczynnik $TriZol$ do izolacji $RNA$.

• Techniki amplifikacji i sekwencjonowania

  • PCR (Reakcja łańcuchowa polimerazy): Służy do namnażania (amplifikacji) konkretnego fragmentu $DNA$. Składniki: Bufor, polimeraza $DNA$, dNTP, startery, matryca $DNA$.
  • RT-PCR: Przepisanie $RNA$ na $cDNA$ za pomocą odwrotnej transkrypcji, a następnie amplifikacja.
  • Real-time PCR (qPCR): Ilościowa analiza $DNA$ w czasie rzeczywistym. Wykorzystuje barwniki fluorescencyjne lub sondy. Wartość $Ct$ jest odwrotnie proporcjonalna do początkowej ilości matrycy.
  • Sekwencjonowanie Sangera: Wykorzystuje zmodyfikowane nukleotydy - dideoksynukleotydy ($ddNTP$). Służy do odczytu pojedynczego fragmentu $DNA$.
  • NGS (Sekwencjonowanie nowej generacji): Umożliwia sekwencjonowanie wielu fragmentów (nawet całego genomu) jednocześnie.
  • MLPA: Metoda służąca do wykrywania delecji i duplikacji przy użyciu sond połówkowych.

Embriologia i Rozwój Prenatalny

• Zapłodnienie i wczesny rozwój

  • Fuzja gamet zachodzi najczęściej w bańce jajowodu.
  • Akrosom: Znajduje się w główce plemnika; zawiera enzymy do trawienia osłonki komórki jajowej.
  • Mitochondria plemnika: Zlokalizowane we wstawce.
  • Reakcja korowa: Uwalnianie enzymów z oocytu w celu zapobiegania polispermii.
  • Bruzdkowanie: Seria podziałów mitotycznych zwiększająca liczbę blastomerów.
  • Morula: Stadium rozwojowe zbudowane z $16$ do $32$ blastomerów.
  • Blastocysta: Składa się z trofoblastu i embrioblastu. Implantacja (zagnieżdżenie) rozpoczyna się około $6$ dnia po zapłodnieniu.

• Listki zarodkowe i neurulacja

  • Ektoderma: Daje początek układowi nerwowemu i naskórkowi.
  • Mezoderma: Trzeci listek zarodkowy; powstaje z niej układ krwionośny, mięśniowy, szkieletowy i somity (dermatom, miotom, sklerotom).
  • Endoderma: Daje początek nabłonkowi układu pokarmowego i oddechowego.
  • Neurulacja: Tworzenie cewy nerwowej, zachodzi w $3$ (rozpoczyna się) i $4$ tygodniu.

• Czynniki teratogenne i wady wrodzone

  • Alkohol: Powoduje $FAS$ (Płodowy Zespół Alkoholowy), uszkadza układ nerwowy płodu.
  • Talidomid: Powoduje amelię i meromelię (całkowity lub częściowy brak kończyn).
  • Palenie tytoniu: Związane z $FTS$ (Fetal Tobacco Syndrome).
  • Kwas foliowy: Suplementacja zmniejsza ryzyko wad cewy nerwowej.
  • Surfaktant: Jego niedobór u wcześniaków prowadzi do $RDS$ (zespołu niewydolności oddechowej).

Onkogenetyka i Kancerogeneza

• Proces kancerogenezy

  • Etapy: Inicjacja, promocja, progresja (niektóre źródła dodają preinicjację).
  • Onkogeny: Geny stymulujące niekontrolowane podziały komórkowe.
  • Geny supresorowe: Geny hamujące podziały i chroniące przed nowotworami (np. $TP53$, $BRCA1$, $BRCA2$). W procesie rakowacenia ulegają inaktywacji lub mutacji.

• Rak piersi i jajnika

  • Główne geny: $BRCA1$ i $BRCA2$.
  • Obecność mutacji nie oznacza choroby, ale znacznie zwiększone ryzyko zachorowania.

Zadania i Pytania (Podsumowanie)

• Prawidłowa kolejność faz kariokinezy: Profaza, metafaza, anafaza, telofaza.
• Budowa DNA: Guanina łączy się z cytozyną ($3$ wiązania), adenina z tyminą ($2$ wiązania).
• RNA: Zawiera uracyl zamiast tyminy.
• Upakowanie DNA: Nukleosomy → solenoid → pętle chromatyny → chromosom metafazowy.
• Kordocenteza: Pobranie krwi pępowinowej.
• Pępowina: Transportuje tlen i pożywienie od matki do dziecka.
• Łożysko: Składa się z części matczynej (doczesna podstawna) i części płodowej (kosmówka kosmki).
• TORCH: Skrót oznaczający grupę chorób zakaźnych niebezpiecznych dla płodu (Toksoplazmoza, Inne, Różyczka, Cytomegalia, Herpes/Opryszczka).