Лекция 6. 1. Генотип как система взаимодействующих генов.

Лекция 6. 1. 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, ген организм признаки ген 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 В А а или неаллельные • Лежат в разных локусах гомологичных или негомологичных хромосом и отвечают за разные признаки • Обозначаются разными буквами латинского алфавита b ХХ F V f v E e

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

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

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

Кодоминирование • Оба аллеля вместе проявляются в фенотипе А а а

Пример: • Группа крови АВ – оба аллеля экспрессируются Аллель IА Аллель IВ Антиген А Антиген В эритроцит

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 А а млекопитающих Х Х Х

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 A норма a а а’ а’ Гомозиготы по мутациям а и a’, активный центр не функционирует a а’ Гетерозигота аа’

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 В Ген А Признак В Новый признак

Пример dd. EE – глухота, так как не сформированы воспринимающие структуры мозга Генотип DDee - глухота – нарушено строение уха Dd. Eе – нормальный слух

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

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

Пример рецессивного эпистаза: Бомбейский феномен Рецессивная Вещество Н Аллель IО Аллель IА Аллель IВ - Антиген А Антиген В эритроцит гомозигота hh – вещество Н не образуется, следовательно, антигены А и В не могут быть синтезированы – определяется группа крови 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 t XY 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 А 1 А 1 А 2 А 2 а 1 а 2 А 1 а 1 А 2 а 2 Внуки будут : 4 А – негры 3 А 1 а – темные 2 А 2 а – средние 1 А 3 а – светлые 4 а - белые м у л а т ы

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 палочка кушает глюкозу Бактерия E. coli лактозу не ест, пока достаточно глюкозы

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

Когда вся глюкоза съедена, включаются гены Z, Y и А. Лактоза выступает индуктором Ген I конститутивный – всегда активен, отвечает за синтез белкарепрессора, который связывается с оператором промотор оператор Ген Z Ген Y Ген А Лактоза связывается с белкомрепрессором и он освобождает оператор – начинается транскрипция

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

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

Когда вся лактоза съедена, репрессор вновь связывается с оператором – транскрипция прекращается. Ген I конститутивный – всегда активен, отвечает за синтез белка- репрессора, который связывается с оператором промотор оператор Ген Z Ген Y Ген 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 р. РНК. • Уменьшение – инактивация гена или всей хромосомы, например, тельце Барра Х или даже разрушение хромосом

2. Транскрипция

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

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

3. Процессинг РНК

3. Регуляция процессинга РНК • Альтернативный сплайсинг Пре-м. РНК За счет разного сочетания экзонов можно получить разные м. РНК и, следовательно, белки • Редактирование РНК – изменение РНК путем вставок, делеций или изменения азотистых оснований. В результате будут синтезированы другие 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-м. РНК кишечник редатирование: ЦАА УАА Аполипопротеин В 48 печень без редактирования Аполипопротеин В 100

4. Трансляция

4. Регуляция трансляции • Путем удлинения времени жизни м. РНК • Пример: гормон пролактин удлиняет время жизни м. РНК для казеина, основного белка молока, в 77 раз. А, значит, каждая м. РНК 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

Не для запоминания!!! Этапы процессинга коллагена

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!