Методы изучения наследственности человека

1. Методы изучения наследственности человека лектор: доцент, к.б.н. Тихомирова С.В.

Внешняя
среда
Геном
XI век –век генетики

2. Изменчивость

Способность живых организмов изменять
свои свойства и признаки в ходе
онтогенеза.
Заключается в изменении генов,
изменении комбинации генов, а так же в
изменении проявления генов.

3.

Изменчивость
Наследственная
Комбинативная
Мутационная
Ненаследственная
Онтогенетическая
Модификационная
Случайная

4. Модификационная изменчивость

- Выражается в изменении фенотипа под
влиянием факторов внешней среды. Не
затрагивает генотип и не наследуется.

5. Норма реакции

Возможный (допустимый) размах фенотипической
изменчивости без изменения генотипа (под
влиянием внешних условий)
Чем шире норма реакции, тем больше влияние среды
и тем меньше влияние генотипа в онтогенезе.
Генотип определяет пределы нормы реакции

6. Онтогенетическая изменчивость

Реализация нормы реакции организма во
времени, в ходе его индивидуального
развития

7. Мутационная изменчивость

Мутация –количественные или качественные
изменения генома –
могут возникать как вследствие ошибочной
рекомбинации и репарации, так и при действии на
геном повреждающих факторов (мутагенов)
Мутагенез – генез (возникновение) мутаций
Мутаген – агент, вызывающий мутации

8.

Наследственные болезни – это часть
наследственной изменчивости,
накопившейся за время эволюции человека
Причиной всех наследственных
болезней являются мутации
8

9. Классификация мутаций

Принцип классификации мутаций
Классификация
В
зависимости
от
причин, Спонтанные, индуцированные
вызывающих мутации
По проявлению в гетерозиготе
Доминантные, рецессивные
По локализации в клетке
Ядерные, цитоплазматические
По отношению к возможности Генеративные, соматические
наследования
По фенотипическому проявлению
По исходу для организма
По характеру изменения генома
Морфологические,физиологические, биохимические,
поведенческие.
Летальные, полулетальные,
нейтральные, положительныt
9
Генные, хромосомные, геномные

10. Индуцированный мутагенез

Мутации вызванные факторами
физической, химической или
биологической природы, заведомо
превышающие по интенсивности
воздействия допустимые пределы
Основная проблема
возникающая при оценке
влияния экологических
условий
- Дифференциация
спонтанного и
индуцированного мутагенеза
10

11. Соматические мутации

Приводят к клеточному мозаицизму
(наличие в организме клеток отличающихся по своему
генотипу)
Активируют механизмы канцерогенеза –
злокачественных новообразований;
Стимулируют процессы клеточного старения;
Вызывают нарушение фертильной (репродуктивной)
функции
Не наследуются
11

12. Эффект Мутаций в клетках эмбриона и плода

Спонтанные аборты и выкидыши (хромосомные
аномалии до 50-70% абортусов в ранние сроки
беременности)
Снижение нормы реакции
(приспособленности) - младенческая
смертность
Повышение частоты врожденных пороков
развития (ВПР)
12

13. Эффект генеративных мутаций

наследуются
приводят к развитию наследственного
заболевания
приводят к развитию наследственного
предрасположения
могут вызывать гибель клетки
13

14.

«То, над чем бились большие умы,
стало опасней войны и чумы».
В.Шефнер

15. Классификация мутаций: в зависимости от уровня организации генома

Генные (точечные),
Хромосомные (структурные хромосомные
перестройки),
Геномные (изменения числа хромосом)

16. Генные мутации

Замены нуклеотидов:
транзиции (А-Г) и (Т-Ц)
трансверсии (А, Г на Т, Ц)
(Т, Ц на А, Г)
Сдвиг рамки считывания:
делеции инцерсии инверсии внутри гена
Динамические мутации

17. Динамические мутации

Увеличение числа нуклеотидных повторов.
Увеличение числа копий коротких повторяющихся
последовательностей нуклеотидов в ряду поколений.
ГЦЦ при синдроме ломкой X-хромосомы
умеренная или глубокая
умственная отсталость;
большие оттопыренные
ушные раковины,
выступающий лоб и
массивный подбородок;
макроорхизм;
ломкость X хромосомы в
сегменте q28.

18. Эффекты генных мутаций

Не оказывают никакого влияния на структуру и функцию
соответствующего белка
Ведут к полной потере функции.
Сопровождаются количественными изменениями
соответствующих м-РНК и первичных белковых продуктов
Доминантно-негативные мутации (GAIN-OF-FUNCTION) Ведут к
появлению новой функции. Изменяют свойства белка таким
образом, что он оказывает повреждающее действие на
жизнеспособность или функционирование клеток
В популяции Многократные мутации одного локуса
приводят к появлению множества аллелей одного гена

19. Генетический полиморфизм –вариации наследственного материала в пределах одного биологического вида (основа разнообразия людей)

Множественный аллелизм
генетический
полиморфизм клинический полиморфизм
Какой -либо ген считается полиморфным если он
встречается в популяции в виде двух аллелей и
более, причем частота встречаемости редкого не
менее 1% (гены группы крови АВО, гены HLA –антигенов I и II)
25% - 10000 генов представлено в виде полиморфных
систем, т.о. число индивидуальных вариаций 210000

20. Диагностика генных болезней

• Объектом исследования является молекула ДНК
• ДНК-диагностика возможна на любой стадии онтогенеза
• Два варианта ДНК-диагностики:
- прямая – детекция мутаций
- непрямая – идентификация ДНК-маркера, сцепленного с
мутацией или с мутантным геном
Методы детекции мутаций
Полимеразная цепная реакция -ПЦР (1985)
прямое секвенирование -DS
Диагностика с помощью биочипов ( 2 000)
Для каждой НБ характерен свой тип мутаций,
свой алгоритм ДНК-диагностики

21. Биохимические методы

Направлены на выявление биохимического дефекта
и помогают диагностировать
генные наследственные
болезни

22.

Патогенез
фермент 2
фермент 1
А
В
С
1. Увеличение количества субстрата (
2. Снижение концентрации продуктов
реакции ( В и С )
А
)

23.

Патогенез
фермент 2
фермент 1
А
А1,А2
В
С
производные
субстрата
1. Субстрат или его производные в больших
количествах являются токсичными веществами
2. Недостаточность концентрации продуктов
реакции, которые необходимы для
определенных функций клетки

24. Фенилкетонурия 12q24.1

(накопление токсических
продукров
предшествеников)

25. Классификация хромосомных мутаций

Внутрихромосомные
Межхромосомные
Транслокации (t)
Фрагментация
Сбалансированные
Делеция (del)
Несбалансированные
Дупликация (dup)
Робертсоновские трансл-и
Инверсия (inv)
Транспозиция
Изохромосомы
Кольцевые хромосомы
25

26. Виды хромосомных мутаций

ДЕЛЕЦИЯ
ТРАНСЛОКАЦИЯ

27. Инверсия и кольцевая хромосома

28.

29.

30. Геномные мутации

Полиплоидия – кратное гаплоидному увеличение
числа хромосом (3n=69; 4 n=92; 5 n; …)
Гаплоидия – одинарный набор хромосом (1n)
Анеуплоидия (гетероплоидия) – некратное
гаплоидному изменение числа хромосом:
моносомии (2n – 1=45),
трисомии (2n + 1=47),
нуллисомии (2n – 2=44).

31. Эффекты геномных мутаций:

• Избыток генетического материала (трисомия) менее
драматичен, чем его отсутствие (моносомия)
Летальные – нуллисомии;
триплоидия; отсутствие любой аутосомы,
трисомии по крупным аутосомам Обнаруживается у эмбрионов при
неразвивающихся беременностях
Сублетальные - трисомии по аутосомам,
полисомии по половым хромосомам и моносомия
Х. - встречаются в виде синдромов

32. Синдром Дауна 47,ХХ+21 46,ХХ,t(14;21)

33. Синдром Вольфа-Хиршхорна (46,ХУ4p-) (46,ХХ4p-)

34. Цитогенетический метод

метод выявления геномных и
хромосомных мутаций
Возможности метода:
Изучение кариотипа (особенность
строения и число хромосом)
Определение генетического пола
организма
Оценка мутагенеза
Цитогенетика – область генетики,
изучающая цитологические основы
наследственности и изменчивости,
структуру и функции хромосом

35. Этапы ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА метода:

культивирование клеток человека на питательных средах;
стимуляция митозов фитогемагглютинином (ФГА);
добавление колхицина (разрушает нити веретена деления)
для остановки митоза на стадии метафазы;
Обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие
чего хромосомы рассыпаются и лежат свободно;
Окрашивание хромосом, используют различные методы(Qокраска,G-окраска, дифференциальная окраска сестринских
хроматид);
Изучение под микроскопом и фотографирование.
Специальные методы:
Гибридизация in situ: варианты FISH, ДНК-зонды,
Метод CGH (Comparative Genome Hybridization)
Молекулярная диагностика хромосомных болезней

36. Материально-техническое оснащение для кариотипирования

37. Нормальный кариотип человека (однородная окраска- рутинная)

38. Нормальный кариотип человека (G-окраска)

39. КАРИОТИП – характеристика вида, в которой учтены число, величина и морфологические особенности хромосом

КАРИОТИП – ЭТО “ЛИЦО”
ВИДА

40. ИДИОГРАММА- схематичное изображение дифференциальной исчерченности хромосом

41. СЕЛЕКТИВНОЕ ОКРАШИВАНИЕ

конститутивный
гетерохроматин,
активные ядрышкообразующие районы,
центромерные и
теломерные районы.

42. Показания к проведению метода:

- подозрения на хромосомную болезнь;
- множественные врожденные пороки
развития;
- несколько неблагополучных исходов
беременности (спонтанные аборты,
мертворождения);
- стойкое первичное бесплодие у мужчин и у
женщин при исключении гинекологической
и урологической патологии;
- Лейкозы (дифференциальная диагностика,
оценка эффективности лечения и прогноз)
- пренатальная диагностика посредством
хорионбиопсии амниоцентеза и кордоцентеза;
- оценка мутагенных воздействий.

43. Экспресс-диагностика позволяет выявить в интерфазных клетках половой Х-хроматин

44. Схема инактивации Х-хромосомы

Х0
клетка раннего эмбриона
Хм
Равновероятная конденсация любой из двух
Х0
Х-хромосом
Хм
Х0
Хм
Прямое наследование инактивированной хр-мы
Прямое наследование инактивированной хр-мы
В этом клоне активны
только Хм
В этом клоне активны
только Х0

45. Синдром Шерешевского-Тернера 45,Х

46. Молекулярно-цитогенетические методы (Метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH))

47. Метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH)

Метод (Fluorescence in situ hybridization) основан на
гибридизации известной по нуклеотидному составу
ДНК-пробы с участком тестируемой хромосомы и с
последующим выявлением результата гибридизации
по метке – флуоресцентному сигналу в ожидаемом
месте.
Объектом исследования в данном случае являются
особенности нуклеотидного состава конкретной
хромосомы или ее отдельного участка.

48.

49. Мультицветная FISH и спектральное кариотипирование

Индивидуального
окрашивания каждой
хромосомы.
(выявляют межхромосомные
перестройки)
Применение -онкоцитогенетика

50.

Технология микробиочипов
Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН, Москва

51.

52.

53.

54. Бланк заключения

55.

56. Клинико-генеалогический метод наследственных болезней (метод родословных)

Клиникогенеалогический метод
наследственных
болезней
(метод родословных)

57. Метод позволяет установить:

наследственный характер признака;
тип наследования и пенетрантность
аллеля;
вероятность рождения ребенка с данным
признаком или наследственной
патологией;
характер сцепления генов при
картировании хромосом;
предположить зиготность лиц
родословной;

58.

59. Аутосомно-доминантное наследование

1.
2.
3.
4.
Заболевание проявляется в каждом поколении
У каждого больного, как правило, поражен один из
родителей;
Болеют в равной степени и мужчины и женщины;
Вероятность наследования 100%, 75% и 50%.

60.

Аутосомно-рецессивное наследование
1. Больные не в каждом поколении
2. У здоровых родителей больной ребенок
3. Болеют в равной степени и мужчины и женщины
4. Возможно наличие близкородственных связей

61.

Наследование, сцепленное с X-хромосомой
(рецессивные гены)
I.
1
2
II.
2
1
3
4
6
5
III.
1
1.
2.
3.
4.
2
3
4
5
6
7
8
Больные не в каждом поколении
У здоровых родителей больной ребенок
Практически все больные мужского пола
Заболевание чаще всего наследуется от здоровой
матери - гетерозиготной носительницы
патологического гена

62. Наследование, сцепленное с X-хромосомой (доминантные гены)

Наследование, сцепленное с Xхромосомой (доминантные гены)
Тип наследования сходен с Аутосомнодоминантным, за исключением того, что
мужчина передает этот признак всем дочерям

63. Другие типы наследования

Y-сцепленное наследование (голандрическое)
Больные во всех поколениях
Болеют только мужчины
У больного отца больны все его сыновья
Вероятность наследования 100% у мальчиков
(нарушения сперматогенеза, рост тела, конечностей, зубов)
Митохондриальные болезни
Болезнь передается только по материнской линии
• Болеют мальчики и девочки
• Больные мужчины не передают болезнь потомству
(атрофия зрительного нерва Лебера, кардиомиопатии,
миоклоническая эпилипсия)

64. Близнецовый метод

65.

Дизиготных
Монозиготных

66. Дизиготные близнецы

Конкордантность - процент
сходства группы близнецов
по изучаемому признаку
Дискордантность –
процент различия по изучаемому
признаку

67. Формула Хольцингера

Н= КМБ% - КДБ%
100% - КДБ%,
Где Н – доля наследственности (коэффициент
наследуемости),
Е – коэффициент среды,
Е=100-Н
КМБ% - конкордантность монозиготных близнецов,
КДБ% - конкордантность дизиготных близнецов.

68.

Пример: Конкордантность монозиготных близнецов
по сахарному диабету равна 65%, т.е. если один
болен сахарным диабетом, то второй заболеет в 65%
случаев. Конкордантность дизиготных близнецов
по данному заболеванию составляет 18%
Н= 65% - 18%
100% - 18%
=57%
Е=100-57%=43%
Таким образом, доля наследственности при сахарном
диабете составляет 57%,
доля среды-43%

69.

Метод
дерматоглифики
и пальмоскопии
(дактилоскопии)

70.

Наследование, сцепленное с X-хромосомой (доминантные гены)
I.
1
II.
1
2
4
3
2
III.
2
1
4
3
5
6
7
8
IV.
1
1.
2.
3.
2
3
4
5
6
Заболеванием страдают лица мужского и женского пола
Больные женщины в среднем передают заболевание половине
своих детей независимо от их пола
Больные отцы никогда не передают заболевание своим
сыновьям, но обязательно передают его всем дочерям

71. Популяционно-статистический метод

Цели метода:
Изучение генетической структуры
популяции
Изучение закономерностей
распространения патологического признака
в популяции
Анализ встречаемости патологических
генотипов и генов в популяциях различных
местностей.

72. закон генетического равновесия Харди – Вайнберга

(pA+qа)2 ;
где р - частота встречаемости аллеля А,
q - частота встречаемости аллеля а.
Раскрытие этой формулы дает возможность
рассчитать частоту встречаемости людей с
разным генотипом и в первую очередь
гетерозигот – носителей скрытого
рецессивного аллеля: р2АА + 2рq + q2аа.
p+q= const
p+q=1 или (100%)

73.

74. Генетика - наука о наследственности и изменчивости

Медицинская генетика (МГ) - наука о роли наследственности в патологии
человека, закономерностях передачи наследственных болезней, их диагностике,
лечении, профилактике.
Клиническая генетика - прикладная МГ, направленная на применение
достижений генетики и МГ для решения клинических проблем пациентов и их
семей.

75. АКСИОМЫ МЕДИЦИНСКОЙ ГЕНЕТИКИ

1.Наследственные болезни - часть общей наследственной
изменчивости человека
2.Патогенез и клиника любой НБ зависят от генотипа и среды
3.В процессе эволюции генофонд человечества накопил
множество разнообразных мутаций
4.Постоянно меняющаяся среда привела к появлению новых
видов наследственной патологии –экогенетическим болезням
5. Прогресс медицины способствует накоплению вредных
мутаций в обществе, но одновременно увеличивает возможности
диагностики, лечения и профилактики НБ.
6. Расшифровка генома человека знаменует переход всей
медицины на качественно новый уровень, отличительные
особенности которого- профилактическая направленность и
индивидуальный (персонифицированный) подход к пациенту