genetica 4

CURS GENETICĂ IV Structura funcŢia Şi localizarea genelor Icircn

cromosomi

ŞLdr Oana DARABĂ

2011

CUPRINS

41 CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE STRUCTURA GENEI 411 GENA - UNITATE DE STRUCTURĂ A MATERIALULUI GENETIC

42 CONCEPŢIA ACTUALĂ DESPRE STRUCTURA GENEI

43 CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE FUNCŢIA GENEI431 GENA UNITATE DE FUNCŢIE ŞI MUTAŢIE

44 CONCEPŢIA MODERNĂ DESPRE FUNCŢIA GENEI41 GENELE CONTROLEAZĂ SINTEZA PROTEINELOR

INTRODUCERE

Gena (din gr bdquogenosrdquo ndash descendenţă) reprezintă unitatea elementară a eredităţii

Noţiunea de genă definită ca unitate de structură şi funcţie a materialului genetic a fost introdusă icircn biologie de către Gregor MENDEL icircn anul 1865 Acesta analizacircnd diferite forme de mazăre a formulat ipoteza că o pereche de factori ereditari determină un caracter şi se transmite la urmaşi independent de alţi factori

Noţiunea de genă a fost propusă de W I JOHANNSEN (1909) pentru a desemna unitatea ereditară de bază care este localizată icircn cromosomi şi nu prezintă subdiviziuni

La icircnceputul secolului XX a fost stabilită implicarea cromosomilor icircn ereditate iar gena a fost definită ca un segment de cromosom care determină realizarea unui anumit caracter

41 CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE STRUCTURA GENEI

411 GENA - UNITATE DE STRUCTURĂ A MATERIALULUI GENETIC

Conform concepţiei clasice gena reprezintă un segment de cromosom precis delimitat continuu indivizibil care conţine informaţia genetică necesară producerii unui caracter fenotipic

Gena ocupă pe cromosom o poziţie fixă identică la toţi indivizii speciei numită locus (pl loci) Acesta poate fi situat pe autosomi (loci autosomali) sau pe cromosomii sexuali Cromosomii X şi Y au gene implicate icircn procesul de sexualizare cromosomul X are icircnsă şi numeroase gene care determină caractere nesexuale ca şi locii situaţi pe autosomi

Gene alele icircn cromosomii omologi

bull Genele alele (răspunzătoare de expresia fenotipică a caracterelor contrastante) sunt situate icircn aceleaşi locusuri icircn perechile de cromosomi omologi ndash unul de la forma părintească masculină şi altul ndash de la cea feminină (cu excepţia genotipurilor XY XO)

Pornind de la această idee a fost elaborată concepţia clasică conform căreia gena are trei caracteristici de bazăunitate funcţională (determină caracteristicile ereditare)unitate mutaţională (structura chimică a genei se schimbă prin

mutaţie ceea ce duce la apariţia caracterului nou)unitate de recombinare (icircn cadrul procesului de crossing-over are

loc un schimb de gene corespunzătoare icircntre cromatidele nesurori ale cromozomilor omologi)

Icircn concepţia clasică gena stabileşte ordinea aminoacizilor icircn molecula proteică ce determină caracterul dat O genă este alcătuită din aproximativ 900-1500 de nucleotizi din lanţul de ADN (sau ARN viral)



GENE ALELE POLIALELIEFiecare genă se găseşte icircn natură la indivizii unei specii

icircntr-o formă standard normală sau de tip sălbatic Ea poate suferi o mutaţie care produce o formă alternativă a genei această variantă alternativă a genei ce ocupă acelaşi locus şi influenţează acelaşi caracter se numeşte genă alelă

O genă (de ex A) poate suferi icircnsă mai multe mutaţii diferite (ex A1 A2 A3 An) cu efecte fenotipice variate dar limitate la acelaşi caracter rezultă variante alelice diferite sau alele multiple iar fenomenul se numeşte polialelie

Un exemplu clasic icircl reprezintă seria de gene alele A1 A2 B şi 0 pentru locusul care determină grupul sanguin AB0 Conceptul de gene alele multiple sau polialelie trebuie icircnţeles la nivel populaţional deoarece o anumită persoană din grup posedă icircn locusul respectiv numai una din genele alele care există icircn populaţie


Genele sunt redate prin simboluri din 1-5 litereTipul normal (sălbatic) al caracterului respectiv se notează cu semnul bdquo+rdquo Genele apărute prin modificarea genelor normale sunt numite gene mutante

Pentru majoritatea locilor umani există o variantă standard şi una mutantă aspect ce caracterizează fenomenul de bialelie

41 CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE STRUCTURA GENEIHomozigot heterozigot hemizigot

Genele alele (normale-N sau anormale-A) ce ocupă loci omologi pot fi identice sau diferite Icircn primul caz (gene alele identice) genotipul ca şi organismul care le posedă este homozigot (NN sau AA) iar icircn al doilea caz (gene alele diferite) va fi heterozigot (NA) Datorită multitudinii de loci fiecare om va fi homozigot pentru unii loci şi heterozigot pentru alţi loci

Frecvent heterozigoţii au o alelă normală şi una anormală mutantă (NA) ei pot fi icircnsă şi heterozigoţi compuşi cu două alele mutante diferite (A1 A2) La bărbaţii XY o genă autosomală de pe X nu are de obicei echivalent pe cromosomul Y pentru această situaţie diferită atacirct de homozigot cacirct şi heterozigot se foloseşte termenul de hemizigot

Icircn cursul meiozei homozigoţii vor produce un singur tip de gameţi deci sunt homogametici iar heterozigoţii vor fi heterogametici producacircnd prin segregarea genelor alele două tipuri diferite de gameţi (N şi A sau D şi d) fiecare icircn proporţie de 50


DOMINANT CODOMINANT ŞI RECESIV

La heterozigoţi genele alele diferite se pot manifesta fenotipic diferit icircn funcţie de forţa lor de expresie

Uneori una din cele două alele diferite este mai puternică şi se manifestă fenotipic la heterozigoţi

Gena şi caracterul care se manifestă la heterozigoţi sunt numite DOMINANTE şi se notează de obicei cu majuscule

Gena care nu se manifestă fenotipic la heterozigoţi şi se exprimă numai icircn stare homozigotă se numeşte RECESIVĂ şi se notează de obicei cu literă mică

Ex la persoanele cu genotip Na gena N este dominantă şi fenotipul va fi normal indivizii respectivi vor fi icircnsă purtători ai unei gene recesive a Icircn acelaşi context persoanele An vor fi fenotipic anormalebolnave deoarece gena A este dominantă iar genă n recesivă Genele recesive se exprimă icircnsă la homozigoţii aa sau nn

Uniformitatea primei generaţii de hibrizi icircn cazul dominanţei complete

bull AA ndash formă părintească homozigotă dominantă conform caracterului studiat

bull aa - formă părintească homozigotă recesivă conform caracterului studiat

bull Aa ndash Prima generaţie de hibrizi

Segregarea icircn F2 la icircncrucişarea monohibridă icircn cazul dominanţei complete

bull Apariţia icircn F2 a caracterului dispărutrdquo icircn F1

P

1 Formele părinteşti sunt heterozigote conform caracterului studiat2 Gameţii care se formează datorită procesului de meioză pot conţine numai una

din cele două alele3 Icircn rezultatul combinării libere a gameţilor icircn F2 se manifestă efectul de segregare

31 după fenotip (la fiecare 3 părţi de boabe galbene aparerdquo o parte de boabe verzi)

1AA 2Aa 1aa ndash după genotip 3 1 - după fenotip galbene verzi

Aa

a

Aa

A

a

A a

AA

Aa

Aa

aa

G

Tipuri de moştenire ale caracterelor

Caractere alternative (alele) la om

bull Exemplu de moştenite a culorii ochilor şi pielii - expresia fenotipică a caracterelor se manifestă individual şi depinde de interacţiunea genotipului cu suma condiţiilor de mediu


Alteori ambele gene alele se manifestă fenotipic la heterozigoţi şi vor fi CODOMINANTE

Ex - genele A şi B din sistemul multialelic ce determină grupul sanguin ABO sunt dominante faţă de gena O şi codominante una faţă de alta

- genotipurile Ao Bo şi AB determină fenotipurile sau grupele sanguine A B şi respectiv AB

FENOMENELE DE IcircNLĂNŢUIRE GENICĂ (LINKAGE) ŞI IcircNCRUCIŞARE CROMOSOMICĂ (CROSSING-OVER)

Un cromosom este alcătuit din mai multe gene nealele ce ocupă fiecare un locus distinct Ele sunt dispuse liniar icircn cromosomi una după alta sau icircn monom Prezenţa a două sau mai multe gene distincte pe acelaşi cromosom ca mărgelele icircntr-un şirag se numeşte sintenie

HemocromatozaDefiniţie hemocromatoza ereditară (HE) este o anomalie autosomal recesivă a

metabolismului fierului caracterizată prin absorbţia crescută a fierului prin mucoasa gastrointestinală ce determină acumularea excesivă de fier icircn diferite organe ale adulţilor

Incidenţă Frecvenţa homozigoţilor icircn populaţia europeană este 1200- 1400 iar cea a heterozigoţilor este 18 Prevalenţa este mult mai scăzută la asiatici şi africani

Manifestări clinice boala debutează la circa 40 de ani la bărbaţi şi 60 de ani la femeie (deoarece acumulările de fier sunt mai reduse datorită pierderilor menstruale) cu oboseală dureri abdominale şi articulare letargie pierdere ponderală scăderea libidoului Depozitarea excesivă a fierului icircn ficat inimă pancreas piele şi sistem endocrin determină o serie de simptome incluzacircnd ciroză insuficienţă cardiacă congestivă sau aritmii pigmentare cutanată diabet zaharat artrită şi hipogonadism

Patogenie neelucidată complet

Genetică transmitere autosomal recesivă Gena pentru hemocromatoza ereditară (gena HFE) este localizată lacircngă locusul HLA pe cromosomul 6p213 distal de gena A Majoritatea genelor mutante se asociază cu alela HLA A3 (bdquodezechilibrul de icircnlănţuirerdquo) sugeracircnd descendenţa purtătorilor mutaţiei dintr-un strămoş comun Gena HFE a fost clonată icircn 1996 La 85 din cazuri s-a identificat o mutaţie unică (o substituţie cisteină tirozină icircn codonul 282 Analiza acestei mutaţii poate fi folosită ca test direct pentru detectarea bolii sau examinarea altor membri cu risc din familie Hetrozigoţii (11 din populaţie) au un avantaj selctiv deoarece 13 din populaţie are anemie feriprivă

Diagnostic se bazează pe datele clinice biochimice histologice şi moleculare Pacienţii nu au icircntotdeauna tablou complet Diagnosticul se bazează pe saturaţia cu fier a transferinei serice şi concentraţia serică crescută de feritină este confirmat prin măsurarea depozitelor hepatice de fier prin biopsia hepatică şi sau testarea moleculară a mutaţiilor icircn gena HFE

Diagnostic diferenţial trebuie avute icircn vedere alte icircncărcări excesive cu fier anemia sideroblastică porfiria cutanea tarda atransferinemia congenitală hemocromatoza neonatală şi hemocromatoza juvenilă

Diagnostic prenatal teoretic posibi dacă se cunoaşte tipul mutaţiei la părinţi (heterozigoţi) Ridică probleme etice pentru o boală cu manifestare tardivă şi tratabilă

Prognostic bun sub tratamentTratament tratament simplu ieftin sigur şi eficient ce constă icircn flebotomie

(icircndepărtarea unei unităţi de sacircnge ce conţine 160-200 mg fier) periodică

411 IcircNLĂNŢUIREA GENICĂ

Genele situate pe acelaşi cromosom au tendinţa de a se transmite icircmpreună icircn bloc (o dată cu cromosomul respectiv) prin gameţi de la părinţi la descendenţi Acest fenomen icircn care genele nealele situate aproape una de alta pe acelaşi cromosom nu segregă (nu se separă) icircn meioză şi au tendinţa de a se transmite mai frecvent icircmpreună icircn succesiunea generaţiilor se numeşte icircnlănţuire genică (linkage icircn limba engleză)

Genele dintr-o regiune cromosomică care se transmit icircmpreună formează un grup de icircnlănţuire sau un haplotip Fenomenul de icircnlănţuire genică nu este un fenomen absolut deoarece numai genele situate foarte aproape una de alta se transmit totdeauna icircmpreună icircnlănţuite

Pentru genele situate mai la distanţă una de alta pe acelaşi cromosom icircnlănţuirea genică poate fi incompletă ele putacircnd fi separate prin crossing-over

412 IcircNCRUCIŞAREA CROMOSOMICĂ (CROSSING-OVER) ŞI RECOMBINAREA GENICĂ OMOLOGĂ

Pentru genele situate la distanţă unele de altele pe acelaşi cromosom icircnlănţuirea genică este incompletă Această particularitate este determinată de posibilitatea apariţiei icircn profaza meiozei primare a unei recombinări genice Icircn cursul pahitenului (cea de-a treia etapă a profazei I) la nivelul punctelor de icircncrucişare (chiasmate) dintre cromatidele nesurori ale cromosomilor omologi se produc rupturi cromosomice urmate de schimbul egal de fragmente cromosomice fenomen numit crossing-over

Astfel anumite gene trec de pe un cromosom pe omologul său rezultacircnd o recombinare a genelor parentale Numărul de recombinări dintre cromosomii omologi depinde de lungimea acestora fiind mai mare la cromosomii mari Icircn aceste condiţii icircntre două gene nealele situate la distanţă pe acelaşi cromosom se pot produce mai multe icircncrucişări

Studiul icircnlănţuirii şi recombinării genice sunt utilizate pentru localizarea genelor pe cromosomi analiză care se bazează pe următoarele elemente

bulldouă gene care se transmit stracircns icircnlănţuit la descendenţi sunt localizate pe acelaşi cromosom

bullfrecvenţa de producere a crossing-over-ului icircntre două gene este direct proporţională cu distanţa dintre ele iar prin studii familiale calculacircnd frecvenţa de recombinare a genelor la descendenţi se poate stabili indirect poziţia acestora pe cromosomi

Uneori recombinarea genică din meioză se poate produce aberant rezultacircnd un crossing-over inegal care poate genera mutaţii genice sau anomalii de structură ale cromosomilor Aceste anomalii sunt favorizate de icircmperecherea imperfectă a unor secvenţe asemănătoare de pe cromosomii omologi Consecinţa acestor recombinări inegale este apariţia unor deleţii sau duplicaţii genice sau cromosomice

Icircn majoritatea cazurilor crossing-over-ul inegal are consecinţe fenotipice negative determinacircnd diverse boli genetice

A C TIV ITA TEA G EN IC Ă LA P R O C A R IO TE

Materialul genetic la procariote se caracterizează printr-o serie de particularităţi

1 genomul bacterian este alcătuit din două categorii de determinanţi geneticia genele esenţiale (eucromosomiale) localizate icircn cromosomul bacterianb genele accesorii localizate icircn afara cromosomului bacterian

2 molecula de ADN este circulară (marginile ei sunt unite prin legături covalente) 3 molecula de ADN nu formează complexe cu proteinele histonice şi nehistonice(este nudă) 4 genomul bacterian este reprezentat printr-un număr relativ restracircns de gene 5 genomul bacterian conţine un singur grup linkage (caracteristic bdquocromosomuluibacterianrdquo sau nucleoidului) 6 bacteriile sunt organisme haploide (atunci cacircnd nu are loc replicarea ADN) darpot fi diploide şi parţial diploide icircn funcţie de sinteza ADN) 7 transmiterea caracterelor ereditare este diferită de cea a eucariotelor icircntrucacirctlipseşte procesul clasic al reproducerii sexuale


Cromozomul bacterian este alcătuit dintr-o moleculă de ADN dublu catenarăcirculară Lungimea ei variază icircntre 1000-1400 μm diametrul fiind de 25 nm Numărul de nucleotizi la Ecoli este de 41 106 iar masa moleculară de circa 25 109 daltoni Numărul de gene icircn cromozomul bacterian este de cacircteva mii (de exemplu la E coli ndash circa 4000)

După funcţia lor genele respective se divizează icircnmiddot gene structurale ce determină structura primară a proteinelor (circa 90 din gene) Icircn genom ele pot fi grupate icircn operoni (Jacob Monod 1961)middot gene reglatoare ce determină activitatea genelor structurale prin intermediul produsului lor (represor şi aporepresor)middot gene operatoare ce reprezintă receptorul semnalelor (represorului sau inductorului) şi asigură funcţionarea ordonată a operonului Ele sunt parte componentă a operonuluimiddot promotor ndash genă ce reprezintă un sector al operonului de care se leagă ARN ndash polimeraza şi determină icircnceputul transcripţiei

middot terminator ce reprezintă un sector al operonului unde are locul sfacircrşitul transcripţiei informaţiei genetice necesaremiddot iniţiator ndash genă ce determină sinteza produsului care declanşează replicarea ADNmiddot replicator ce reprezintă unităţi funcţionale de ADN şi dirijează replicareamiddot secvenţe de inserţie ndash reprezintă fragmente mici de ADN (1-2 gene circa 800-1400 de nucleotizi) care se pot deplasa icircn genomul bacterian singure sau icircn complex cu unele gene structurale (transpozoni)middot suprafeţe de legare ndash fragmente de ADN care se leagă de membrana celulară (mezozomi)middot gene rARN şi tARN ce determină sinteza rARN (10-20 de gene) ţi tARN (circa 50 de gene)middot gene criptice (tăcute) ndash ce nu se manifestă (exprimă) icircn mod normal icircn cursul vieţii

Fig1 Schema unui operonR ndash gena reglatoare P ndash promotor O ndash operatorS ndash gene structurale T ndash terminator r ndash represor

ACTIVITATEA GENICĂ LA EUCARIOTE

La eucariote materialul genetic are o organizare cu mult mai complexă Moleculele liniare de AND dublu catenare formează complexe cu proteinele histonice alcătuind fibra elementară nucleohistonică (nucleozomală) La eucariote materialul genetic se caracterizează printr-o discontinuitate genetică (icircn molecula de ADN se succed secvenţe informaţionale (exoni) şi neinformaţionale (introni) care sunt eliminate icircn procesul de transcripţie a informaţiei genetice

La organismele eucariote genele nu sunt organizate icircn operoni sistemele de reglaj fiind mult mai complicate decacirct la bacterii Icircn general reglarea activităţii genelor la eucariote este mai puţin studiată Această situaţie este determinată de o serie de factori printre care

1 existenţa nucleului separat de citoplasmă2 structura complicată a cromozomului3influenţa sistemelor generale de reglare a organismului icircn special a hormonilor etc


Spre deosebire de genele procariote care sunt unitare atacirct icircn replicare cacirct şi icircn transcripţie şi translaţie genele organismelor eucariote sunt unitare icircn replicare dar neunitare şi discontinue icircn transcripţie şi translaţie S-a demonstrat că genele organismelor eucariote sunt fragmentate icircn exoni şi introni

Structura genei bacteriene şi a genei eucariote


Nivelurile reglajului genetic la eucariote

Deşi reglajul genetic se poate realiza la oricare dintre nivelurile menţionate cel mai important la eucariote este nivelul transcripţional

1 reglajul negativ prin care genele funcţionează numai icircn prezenţa proteinelor represoare2 reglajul pozitiv prin care genele funcţionează numai icircn prezenţa unor proteine inductoare

Icircn celulele eucariote sunt prezente ambele mecanisme de reglaj icircnsă predomină mecanismul de reglaj pozitiv Pentru celulă este mai economic să sintetizeze proteine inductoare pentru 7-10 din ADN care se transcriu icircn ARNm decacirct să sintetizeze proteine represoare pentru 90-93 din genom

Histonele asigură-stabilitatea structurii fibrei de cromatină condensarea sa icircn cromozomii eucariotelor si inactivarea nespecifică a genelorNonhistonele au un rol important icircn reglajul specific diferenţiat al genelor Prezenţa lor determină tipul genelor ce vor fi transcrise icircn anumite celule şi ţesuturi

IMPORTANŢA TEORETICĂ ŞI PRACTICĂ A FENOMENELOR DE IcircNLĂNŢUIRE GENICĂ ŞI IcircNCRUCIŞARE CROMOSOMICĂ

a) Importanţa teoreticăCartografierea genomului uman - două gene

care se transmit stracircns icircnlănţuite la descendenţi sunt localizate pe acelaşi cromosom

- frecvenţa de producere a crossing-overului icircntre două gene este direct proporţională cu distanţa dintre ele prin studii familiale calculacircnd frecvenţa de recombinare a genelor la descendenţi se poate stabili poziţia lor pe cromosomi

Icircnţelegerea mecanismelor de producere a unor mutaţii Uneori se poate produce icircn meioză o icircncrucişare cromosomică aberantă sau crossing-over inegal care poate genera mutaţii genice sau anomalii de structură ale cromosomilor Cel mai sugestiv exemplu pentru acest mecanism icircl reprezintă tulburările de vedere colorată (protanopia şi protanomalia - pentru roşu şi deuteranopia şi deuteranomalia - pentru verde)

Defecte de vedere a culorilor roşu şi verdeDefiniţii incapacitatea ereditară a perceperii culorii roşu se numeşte protanopie (P) iar a culorii verde

- deuteranopie (D) perceperea alterată a culorii roşu este numită protanomalie (PA) iara culorii verde - deuteranomalie (DA)

Incidenţă 8 din bărbaţii caucazieni au un tip sau altul de defecte ale perceperii a culorilor roşu sau verde frecvenţa lor la femei este mult mai mică 1150

Diagnostic defectele vederii colorate şi intensitatea lor se pot evidenţia folosind o serie de planşe colorate sau anomaloscopie

Patogenie vederea colorată normală este tricromatică fiind determinată de trei clase de celule cu conuri care au un pigment (opsina) ce reacţionează la culorile primare roşu verde şi albastru Absenţa sau alterarea pigmentului vizual produsă prin mutaţia genelor corespunzătoare va determina diferite defecte ale vederii colorate dicromatopsia - cacircnd nu se percepe una din culorile primare - sau foarte rar monocromatopsia - nu se percep două din aceste culori

Genetică Defectele de vedere a culorilor roşu (P şi PA) sau verde (D şi DA) sunt transmise ereditar recesiv legat de X acest fapt explică frecvenţa crescută a acestor defecte la sexul msculin Genele pentru opsinele sensibile la culorile fundamentale au fost identificate şi localizate gena pentru albastru (BCP) - pe cromosomul 7 iar genele pentru roşu (RCP) şi verde (GCP) pe Xq28 foarte aproape de gena pentru factorul VIII

Genele pentru roşu şi verde sunt situate pe cromosomul X una lacircngă alta icircn tandem icircn mod normal există o genă pentru roşu şi 1-3 copii identice pentru gena pentru verde Cele două tipuri de gene au o secvenţă aproape identică (96 omologie) Pentru vederea colorată normală este necesară expresia unei singure gene pentru pigmentul roşu şi a unei gene pentru cel verde

Dispunerea icircn tandem şi secvenţa lor foarte asemănătoare generează frecvent icircmperecheri eronate icircn meioză si producerea unui CO inegal icircntre gene modificacircnd numărul lor (icircn plus sau minus) sau chiar icircn gene producacircnd modificări icircn structura lor sau gene hibride Absenţa genei pentru roşu sau verde va genera protanopie şi respectiv deuteranopie iar hibrizii dintre cele două tipuri de gene - tulburările de percepţie de tipul PA şi DA

Prognostic Indivizii afectaţi au dificultăţi dar se pot adapta uşor la aceste situaţii


b) Importanţa practică Icircn practica medicală fenomenul de icircnlănţuire genică este folosit pentru

studiul transmiterii unei gene mutante icircntr-o familie şi implicit pentru diagnosticul de boală genetică mai ales prenatal sau presimptomatic Diagnosticul se face indirect prin analiza distribuţiei unei gene marker normală uşor de identificat cu care gena mutantă este icircnlănţuită

Ex Mutaţia genei 21-hidroxilază determină icircn stare homozigotă (aa) un deficit enzimatic care perturbă steroidogeneza suprarenaliană se produce un exces de androgeni ce determină la embrionul feminin un grad de masculinizare a organelor genitale externe sau sindromul adreno-genital (boală autosomal recesivă)

Deficienţa icircn 21-hidroxilazăDefiniţie deficienţa icircn 21-hidroxilază produce la fătul feminin grade diferite de virilizare a organelor genitale externe este

cea mai frecventă formă de pseudohermafroditism feminin se mai numeşte sindrom adreno-genital sau hiperplazie congenitală de suprarenală

Incidenţă 18000- 125000 nou născuţi Manifestări clinice Afecţiunea este evidentă la nou născuţii de sex feminin care prezintă o ambiguitate a organelor genitale

externe (hipertrofie clitoris) circa 13 din astfel de cazuri nu vor avea alte manifestări (aceasta este forma cu virilizare simplă) Ceilalţi vor prezenta icircn a doua săptămacircnă de viaţă vărsături deshidratare hipovolemie şi stare de şoc fatală fără tratament patogenic (forma cu pierdere de sare) A treia formă clinică de prezentare este virilizarea cu debut tardiv care apare icircn copilărie sau adolescenţă Boala se poate manifesta şi la băieţi ei vor avea OGE normale dar ar putea prezenta o precocitate sexuală

Patogenie 21-hidroxilaza intervine icircn steroidogeneza suprarenaliană icircn sinteza de aldosteron şi cortizol (figura 311 a) Deficienţa enzimei blochează formarea celor doi hormoni şi determină o hiperproducţie de androgeni aceasta icircncepe după luna III-a de gestaţie şi produce masculinizarea variabilă a OGE la fătul de sex feminin (cu XX şi ovare) De aceea boala mai este numită sindromul adrenogenital fiind o formă de pseudohermafroditism feminin Absenţa completă a aldosteronului produce pierderea de sare Absenţa cortizolului va determina o secreţie crescută şi continuă de ACTH care va duce la hiperplazia congenitală de cortico-suprarenală

Genetică Boala se transmite autosomal recesiv Rezultă prin mutaţiile genei CYP21B pentru citocromul P450 implicat icircn steroid-21-hidroxilare Gena este situată pe 6p icircn regiunea HLA III icircn vecinătatea genei HLA B cu care se transmite stracircns icircnlănţuită Mutaţiile prezintă o asociere alelică preferenţială cu haplotipul HLA A11 B55 DR4 Heterozigoţii purtători sănătoşi de genă anormală pot fi identificaţi prin analiza ADN interesant de semnalat este faptul că ei au un avantaj selectiv fiind rezistenţi la infectiile cu Haemophilus influenzae tip B Cele trei forme clinice sunt produse de mutaţii diferite cu un nivel rezidual de activitate enzimatică diferit

DiagnosticOGE au grade diferite de virilizare gonadele nu se palpează icircn labioacrot OGI feminine sex genetic feminin niveluri crescute ale 17-cetosteroizilor urinari 17-alfa-hidroxiprogesteronului şi ACTH (care se normalizează sub tratament)

Diagnostic prenatal Este posibil fie prin analiza ADN icircn celulele vilozităţilor coriale fie prin determinarea 17-alfa-hidroxiprogesteronului icircn lichidul amniotic Un diagnostic pozitiv va duce la administrarea maternă a unui preparat cortizolic care va prevenireduce virilizarea OGE a fătuluiScrrening neonatal este posibil prin dozarea 17-alfa-hidroxiprogesteronului

Prognosticul vital este bun pacienţii vor fi sănătoşi şi fertili dacă se face un diagnostic precoce şi un tratament adecvatTratament Pacienţii primesc toată viaţa terapie substitutivă cu cortizol şi mineralocorticoizi chirurgie plastică pentru

corecţia ambiguităţii sexuale

42 CONCEPŢIA ACTUALĂ DESPRE STRUCTURAGENEIConcepţia actuală despre structura şi funcţia genei se bazează pe tehnicile de

analiză moleculară a ADN care au permis izolarea donarea şi secvenţializarea genelor Aceste metode care constituie tehnicile ADN-ului recombinant au revoluţionat genetica şi medicina ultimelor trei decenii

Icircn concepţia actuală gena reprezintă unitatea de structură şi funcţie a ADN-ului Gena este un segment de ADN care conţine secvenţe pentru sinteza unui produs funcţional (polipeptidă sau moleculă de ARN) precum şi secvenţele reglatoare necesare controlului expresiei genice

Definirea precisă spaţială structurală şi funcţională a genei este dificilă deoarece

1 gena are limite imprecise greu de definit2 la eucariote gena este discontinuă fiind alcătuită din regiuni transcrise

şi translate (exoni) regiuni transcrise dar netranslate (introni) şi regiuni netranscrise (cu sau fără rol reglator)

3 o genă poate codifica una sau mai multe proteine4 lungimea genelor este variabilă şi nu există un model structural unic

valabil la toate genele

REGIUNEA CENTRALĂ A GENEI

Regiunea centrală a genei este transcrisă integral icircn ARN mesager precursor prin acţiunea ARN polimerazei II Această regiune este alcătuită din alternanţa regulată a două tipuri distincte de secvenţe exoni şi introni prezente sau nu icircn versiunea finală a ARNm matur ce va părăsi nucleul

Regiunea centrală a genei icircncepe cu situsul de iniţiere (start) al transcripţiei care este numit prescurtat SIT sau INR (de la initiator sequence) După SIT urmează o regiune necodantă (transcrisă dar netranslată) de cacircteva sute de nucleotide şi numită 5rsquoUTR (de la untranslated region) ea conţine o secvenţă consensus (prezentă la toate genele) 5-CCAGCCATG-3 care pare să joace un rol important dar icircncă nedefinit icircn reglarea translaţiei Cert este ca această secvenţă conţine şi codonul iniţiator ATG care semnalează locul

GATCTACCATGAAAGACTTGTGAATCCAGGAAGAGAGACTGACTGGGCAACATGTTATTCAGGTACAAAAAGATTTGGACTGTAACTTAAAAATGATCAAATTATGTTTCCCATGCATCAGGTGCAATGGGAAGCTCTTCTGGAGAGTGAGAGAAGCTTCCAGTTAAGGTGACATTGAAGCCAAGTCCTGAAAGATGAGGAAGAGTTGTATGAGAGTGGGGAGGGAAGGGGGAGGTGGAGGGATGGGGAATGGGCCGGGATGGGATAGCGCAAACTGCCCGGGAAGGGAAACCAGCACTGTACAGACCTGAACAACGAAGATGGCATATTTTGTTCAGGGAATGGTGAATTAAGTGTGGCAGGAATGCTTTGTAGACACAGTAATTTGCTTGTATGGAATTTTGCCTGAGAGACCTCATTGCAGTTTCTGATTTTTTGATGTCTTCATCCATCACTGTCCTTGTCAAATAGTTTGGAACAGGTATAATGATCACAATAACCCCAAGCATAATATTTCGTTAATTCTCACAGAATCACATATAGGTGCCACAGTTATCCCCATTTTATGAATGGAGTATGAAAACCTTAGGAATAATGAATGATTTGCGCAGGCTCACCTGGATATTAAGACTGAGTCAAATGTTGGGTCTGGTCTGACTTTAATGTTTGCTTTGTTCATGAGCACCACATATTGCCTCTCCTATGCAGTTAAGCAGGTAGGTGACAGAAAAGCCCATGTTTGTCTCTACTCACACACTTCCGACTGAATGTATGTATGGAGTTTCTACACCAGATTCTTCAGTGCTCTGGATATTAACTGGGTATCCCATGACTTTATTCTGACACTACCTGGACCTTGTCAAATAGTTTGGACCTTGTCAAATAGTTTGGAGTCCTTGTCAAATAGTTTGGGGTTAGCACAGACCCCACAAGTTAGGGGCTCAGTCCCACGAGGCCATCCTCACTTCAGATGACAATGGCAAGTCCTAAGTTGTCACCATACTTTTGACCAACCTGTTACCAATCGGGGGTTCCCGTAACTGTCTTCTTGGGTTTAATAATTTGCTAGAACAGTTTACGGAACTCAGAAAAACAGTTTATTTTCTTTTTTTCTGAGAGAGAGGGTCTTATTTTGTTGCCCAGGCTGGTGTGCAATGGTGCAGTCATAGCTCATTGCAGCCTTGATTGTCTGGGTTCCAGTGGTTCTCCCACCTCAGCCTCCCTAGTAGCTGAGACTACATGCCTGCACCACCACATCTGGCTAGTTTCTTTTATTTTTTGTATAGATGGGGTCTTGTTGTGTTGGCCAGGCTGGCCACAAATTCCTGGTCTCAAGTGATCCTCCCACCTCAGCCTCTGAAAGTGCTGGGATTACAGATGTGAGCCACCACATCTGGCCAGTTCATTTCCTATTACTGGTTCATTGTGAAGGATACATCTCAGAAACAGTCAATGAAAGAGACGTGCATGCTGGATGCAGTGGCTCATGCCTGTAATCTCAGCACTTTGGGAGGCCAAGGTGGGAGGATCGCTTAAACTCAGGAGTTTGAGACCAGCCTGGGCAACATGGTGAAAACCTGTCTCTATAAAAAATTAAAAAATAATAATAATAACTGGTGTGGTGTTGTGCACCTAGAGTTCCAACTACTAGGGAAGCTGAGATGAGAGGATACCTTGAGCTGGGGACTGGGGAGGCTTAGGTTACAGTAAGCTGAGATTGTGCCACTGCACTCCAGCTTGGACAAAAGAGCCTGATCCTGTCTCAAAAAAAAGAAAGATACCCAGGGTCCA

Exonii - sunt secvenţe transcrise icircn ARN mesager precursor şi păstrate icircn ARNm matur (denumirea lor se bazează pe faptul că sunt secvenţe ce se exprimă şi părăsesc ndash exit - nucleul Ei sunt regiunile funcţionale din structura genei care de obicei codifică anumite părţi structurale şisau funcţionale distincte ale proteinei numite domenii Numărul exonilor variază de la o genă la alta (icircntre 2 şi mai mult de 50) precum şi la diferite organisme

Intronii - numiţi şi Intervening Sequences sau IVS (intercalante pentru că se interpun icircntre exoni) - sunt secvenţe necodante transcrise iniţial icircn ARNm precursor (transcript primar) dar decupate precis şi icircndepărtate ulterior din ARNm matur ce va fi alcătuit prin asamblarea exonilor

Numărul intronilor este cu unul mai mic decacirct cel al exonilor iar lungimea lor este variabilă neconcordantă cu a exonilor de obicei mult mai mare Procesul de asamblare a exonilor ce va fi descris icircn capitolul 4 se numeşte splicing - icircn l engleză - epissage - icircn l franceză traducerea acestor termeni icircn limba romacircnă ar fi icircnnădire icircmbinare cap la cap sau matisare)

Rolul intronilor nu este icircncă bine cunoscut Cert este că numărul şi mărimea lor variază la diferite gene fiind cel mai adesea mult mai mari icircn dimensiuni decacirct exonii pe care icirci separă Rolul lor cel mai important este acela de a asigura posibilitatea matisării alternative care este o sursa majoră de sporire a diversităţii proteinelor (o gena poate astfel conduce la sinteza mai multor proteine)

După ultimul exon din zona centrală transcrisă a genei există o secvenţă 3UTR necodantă (transcrisă dar netranslată) Ea icircncepe cu unul din codonii stop (TAA TAG TGA) ce reprezintă semnalul de oprire a translaţiei sau sintezei proteinei Secvenţa 3UTR are spre capătul 3 un hexanucleotid (AATAAA) ce reprezintă situsul de terminare al transcripţiei

REGIUNILE LATERALE SAU SECVENŢELE DE REGLARE A GENEI

Cadrul de lectură al oricărei gene este flancat de două regiuni laterale netranscrise care au rolul de a semnaliza iniţierea transcripţiei de către ARN polimerază şi de a regla intensitatea ei mutaţii icircn aceste regiuni nu modifică structura de aminoacizi a proteinei codificate de genă ci numai nivelul ei de expresie (rata sintezei) De exemplu mutaţii icircn regiunea reglatoare 5 a genei pentru beta-globină reduc sinteza catenelor beta la adult producacircnd boala denumită beta-talasemie şisau creşterea expresiei catenelor gama icircn afecţiunea denumită persistenţa ereditară a hemoglobinei fetale

Regiunea laterală 5

Această regiune situată icircn amonte de cadrul de lectură al genei reprezintă locul unde se fixează ARN polimeraza şi serveşte la iniţierea transcripţiei ea este numită generic promotor şi conţine mai multe elemente sau module (cis-activatoare) cu o secvenţă nucleotidică scurtă şi precis definită Pe aceste secvenţe se fixează nişte proteine reglatoare (trans-activatoare) numite factori de transcripţie (TF II) care au rolul să fixeze şi poziţioneze ARN polimeraza II - astfel ca transcripţia să icircnceapă exact la SIT cu primul nucleotid (+1) ndash precum şi de a activa enzima

TATA este prezentă la majoritatea genelor specifice de ţesut (ex beta-globina)

TATA (secvenţa TATAAA situată la circa 25 pb icircn amonte de SIT) este locul la care ARN polimeraza II se fixează la ADN (prin intermediul TF II D) Această secvenţă este importantă icircn demararea precisă (icircn punctul de start) a transcripţiei asiguracircnd expresia genei la un nivel bazal


Orice genă se termină icircn regiunea 3 cu o secvenţă netranscrisă care flanchează cadrul de lectură a genei sau zona ei centrală Această secvenţă este imprecis delimitată şi cunoscută dar existenţa ei certă icirci conferă teoretic un rol structural sau funcţional Icircn această regiune se găsesc secvenţe semnal care afectează procesarea stabilitatea şi durata de viaţă a ARNm Se mai ştie că la unele gene (ex gena beta-globinei) icircn această regiune 3 a genei se pot găsi secvenţe reglatoare de tip activator (enhancer)

5rsquo 3rsquo

3rsquo 5rsquo

Structura primară şi legăturile de hidrogen dintre catenele moleculei de ADN

A - Adenină G - Guanină C - Citozină T - Timină P - Acid ortofosforicdR - Deoxiriboză ------ legături de hidrogen legături covalente

TIPURI DE GENEGenele umane se icircmpart icircn două mari categorii gene care codifică proteine şi

gene care codifică produşi funcţionaliMajoritatea genelor umane codifică proteine care au numeroase funcţii bullproteine structurale (proteinele membranare proteinele citoscheletului etc)bull proteine de trasnport hormoni receptori enzime proteine reglatoare molecule

semnalizatoare etc Genele care codifică proteine pot fi grupate icircn două categorii gene ubicuitare şi

gene tisulareGenele ubicuitare codifică proteine implicate icircn desfăşurarea normală a

proceselor celulare (producerea energiei celulare stocarea energiei etc) Aceste gene se exprimă icircn toate celulele organismului iar transcripţia lor este permanentă deşi se desfăşoară icircntr-un ritm lent Aceste gene conţin icircn regiunea promotor una sau mai multe secvenţe heptanucleotidice GGGCGGG dar nu conţin secvenţele TATA şi CAAT

Genele tisulare deşi sunt prezente icircn toate celulele organismului sunt active doar icircn anumite ţesuturi şisau icircn anumite perioade ale vieţii Transcripţia lor este dependentă de intervenţia unor factori reglatori locali care se fixează la nivelul situsului de specificitate tisulară din regiunea 5 a genei Icircn raport cu numărul de repetiţii a genei icircn genom genele tisulare pot fi clasificate icircn gene unice familii de gene şi familii de supergene

Genele unice (cvasiunice) au o structură asemănătoare cu cea descrisă mai sus Prin duplicaţia unora din aceste gene au rezultat copii cvasiidentice (de regulă transcrise aleatoriu) sau gene care diferă puţin fără alterarea funcţiei (expresia genică se realizează icircn perioade ontogenetice diferite sau icircn organe diferite)

Familiile de gene sunt constituite din gene cu structură asemănătoare care codifică proteine similare precum sunt genele α şi β globinei colagenului actinei şi miozinei pigmenţilor vederii colorate etc

Genele care determină sinteza unui produs funcţional asigură sinteza ARNr şi ARNt

ELEMENTE GENETICE MOBILEDatele de genetică moleculară au arătat că unele secvenţe genice nu au o poziţie

fixă icircn genom fiind capabile să icircşi schimbe localizarea Aceste secvenţe nu există icircn formă liberă (individualizată) icircn celulă şi sunt numite elemente genetice mobile sau transposoni

Transpozonii conţin genele care codifică proteinele necesare inserţiei lor icircn genomul celulei gazdă (transpoază rezolvază) precum şi 1-2 gene diferite de exemplu genele pentru rezistenţa la antibiotice

O particularitate a transpozonilor este prezenţa la extremităţi a unor secvenţe terminale inversate Unii transpozoni se pot insera aleatoriu icircn genom icircn timp ce alţii au o structură mai complexă care implică inserţia lor icircntr-un situs precis al genomului

Rolul transposonilor nu este complet elucidat dar se pare că ei sunt implicaţi icircn transferul genelor de rezistenţă la antibiotice de la o bacterie la alta icircn reprogramarea activităţii genetice prin inactivarea unor gene apariţia unor puncte fragile cromosomice la nivelul punctului de inserţie

O altă categorie de elemente genetice mobile o reprezintă retrotransposonii identificaţi la mamifere inclusiv la om la nivelul unor pseudogene care sunt lipsite de introni Mecanismul probabil al formării lor a implicat iniţial transcripţia genei icircn ARN (inclusiv maturarea ARNm) urmată de retranscriere prin intermediul unei transcriptaze inverse Astfel rezultă o secvenţă de ADN complementar ARNm care se integrează apoi icircn genom icircntr-un mod similar retrovirusurilor


Relaţia o genă rarr un caracter este axioma fundamentală a geneticii clasice Această dogmă poate fi demonstrată prin studiul mutaţiilor modificarea genei va produce o modificare ereditară a caracterului determinat de genă Exemplele sunt numeroase şi cunoscute Să reamintim că pe cromosomul X există o genă care determină prezenţa pigmentului melanic icircn iris şi retină mutaţia ei are drept consecinţă absenţa melaninei şi albinismul ocular

Oricacirct ar părea de paradoxal la prima vedere mutaţia developează existenţa unei gene normale şi dă informaţii privind modul ei de acţiune şi de transmitere Geneticianul depinde de apariţia mutaţiilor pentru a icircnvăţa cum se produce şi se transmite un caracter normal De aceea deseori denumirea unei gene normale s-a făcut printr-o abreviere de 2-3 litere a efectului genei mutante (denumit icircn limba engleză) iar numele locusului după prima mutaţie detectată

De ex- CF de la cystic fibrosis (sau mucoviscidoză)- FH de la familial hypercolesterolemia- PKU de la phenylketonuria- NF1 de la neurfibromatosis tip I- DMD de la ldquoDuchenne muscular dystrophyrdquo- PKD de la ldquopolycystic kidney diseaserdquo şa

Gena normală evidenţiată prin mutaţie (denumită uneori genă de tip sălbatic pentru a sublinia forma standard sub care se găseşte deobicei icircn natură) se notează cu semnul + după denumirea efectului fenotipic al mutaţiei icircn funcţie de modul de transmitere genele dominante se scriu cu majuscule iar cele recesive cu litere mici Se poate concluziona că icircn toate studiile de genetică clasică se pleca de la caracter la genă iar gena era considerată unitatea de functie şi de mutaţie

O GENĂ UN CARACTER FENOTIPICBOALĂ FUNCŢIE GENICĂ

Relaţia o genă rarr un caracter care reflectă icircn esenţă relaţia genotip rarr fenotip este icircnsă mult mai complexă deoarece

- alături de caracterele monofactoriale sau monogenice produse de o singură pereche de gene alele există numeroase caractere poligenice sau multifactoriale determinate prin acţiunea mai multor gene nealele şi influenţate de factori de mediu de obicei caracterele monogenice sunt caractere calitative iar cele poligenice multifactoriale sunt cantitative- icircn unele cazuri o genă poate avea efecte multiple şi poate determina mai multe caractere acest fenomen se numeşte pleiotropie icircn alte cazuri două sau mai multe gene participă la realizarea unui caracter- există numeroase interacţiuni alelice nonalelice şi cu mediul - care influenţează efectul genei momentul sau tipul celular icircn care se exprimă o genă- mutaţii ale unor gene diferite se pot manifesta fenotipic identic sau asemănător acest fenomen se numeşte heterogenitate genetică

1 POLIGENIA Anumite caractere fenotipice complexe normale sau anormale) sunt produse

prin acţiunea mai multor gene nealele (situate icircn loci diferiţi) care au efecte cantitative mici şi aditive (cumulative) Acest fenomen se numeşte poligenie

MAI MULTE GENE UN CARACTER FENOTIPIC

Icircn acest caz abaterea de la regula o genă rarr un caracter este aparentă deoarece fiecare genă determină ldquoo parterdquo din caracter Numărul de gene care participă la realizarea caracterului este necunoscut el variază la persoane diferite şi de aceea distribuţia caracterului respectiv icircn populaţie va corespunde unei curbe normale de tip Gaussian (distribuţie continuă)

Trebuie să subliniem două caracteristici esenţiale ale poligeniei- genele care produc caracterul acţionează independent unele de altele icircntre ele nu

există relaţii de dominanţă-recesivitate sau epistazie- expresia fenotipică a genelor poate fi frecvent influenţată de factori de mediu de

aceea caracterele produse prin acţiunea combinată a mai multor factori genetici şi factori negenetici se numesc curent caractere multifactoriale

3 PLEIOTROPIAPrin pleiotropie (sau polifenie) defineşte fenomenul icircn care o singură genă

(dominantă) sau o pereche de gene (recesive) produc efecte fenotipice diverse icircn mai multe sisteme de organe şi funcţii Icircn genetica clinică se icircntacirclnesc numeroase cazuri de pleiotropie ce reprezintă diferite sindroame Un frumos exemplu icircl reprezintă sindromul Marfan Acesta se caracterizează prin trei categorii de semne

bullmodificări scheletice membre lungi degete lungi şi fine (arahnodactilie) hiperlaxitate articulară (ce produce frecvent luxaţii) deformaţii ale coloanei vertebrale (cifoză scolioză) sau ale sternului (pectus carinatus sau excavatum) etc

bullmodificări oculare subluxaţieectopie de cristalin miopie sau hipermetropie forte megalocornee etc

modificări cardiovasculare anevrisme (dilataţii) ale aortei prolaps de valvă mitrală etc

Sindromul Marfan este o maladie neobişnuită care afectează ambele sexe (gena responsabilă e localizată icircn perechea 15 de cromozomi tip dominant)

Se manifestă prin tulburări primare icircn creştere afecţiuni ale sistemului cardiovascular şi ochilor coloana vertebrală curbată articulaţii flexibile statură icircnaltă icircn comparaţie cu ceilalţi membri ai familiei tulburări ale ritmului inimii tonus scăzut al vaselor sangvine tulburări oculare ndash miopie megalocornee ochi roşiirdquo cap ascuţit - figură de pasăre dinţi icircngrămădiţi

Nu există un test special de depistare se identifică prin cercetări individuale şi observări icircndelungate Intervenţiile chirurgicale de corecţie pot ameliora situaţia

INTERACŢIUNILE GENICEExpresia fenotipică a unei gene poate fi influenţată de interacţiuni cu gene

alele cu gene nealele sau cu factori de mediu Interacţiuni aleliceIcircntre genele alele care ocupă loci omologi se stabilesc relaţii de forţă care

influenţează manifestarea fenotipică a genelor la persoanele heterozigote Există două categorii de relaţii dominanţărecesivitate şi codominanţă

Icircn cazul relaţiei de dominanţărecesivitate una dintre gene se manifestă mai puternic fiind considerată dominantă icircn timp ce cealaltă se manifestă mai slab fiind considerată recesivă

Totuşi icircn cazul unor gene icircntre care există o relaţie de dominanţărecesivitate fenotipul heterozigoţilor este doar similar cu cel al homozigoţilor pentru gena dominantă relaţia fiind considerată de semidominanţă Un exemplu de semidominanţă apare icircn cazul caracterului gustător determinat de perechea de gene G (dominantă) şi g (recesivă) Persoanele care au gena G sunt considerate gustătoare şi percep gustul amar al feniltiocarbamidei icircn timp ce homozigoţii gg sunt consideraţi negustători şi percep feniltiocarbamida ca o substanţă insipidă

Interacţiuni nealelice Expresia fenotipică a unei perechi de gene alele este uneori influenţată şi de

acţiunea altor perechi de gene alele care ocupă loci diferiţi de pe acelaşi cromosom sau de pe cromosomi diferiţi Acest fenomen genetic este denumit epistazie Fenomenul de epistazie a fost identificat icircn numeroase lanţuri metabolice icircn care două sau mai multe perechi de gene care codifică enzime interacţionează pentru realizarea unui caracter fenotipic Dacă una din aceste gene suferă o mutaţie este suprimat efectul celeilaltecelorlalte gene deoarece icircn absenţa primei enzime produsă de gena mutantă icircntreg lanţul metabolic este blocat

De exemplu dezvoltarea normală a aparatului auditiv este dependentă de acţiunea unor gene care controlează formarea normală a cohleei şi a unor gene care controlează dezvoltarea nervului auditiv

Mutaţia recesivă a oricăreia dintre aceste gene produce surditate chiar dacă cealaltă pereche de gene este normală deoarece pentru recepţia normală a sunetelor sunt necesare atacirct o cohlee normală cacirct şi un nerv acustic normal

Interacţiunile genelor cu mediulExpresia fenotipică a genelor poate depinde de acţiunea unor factori ambientali

Evidenţierea intervenţiei factorilor de mediu a fost posibilă icircn cazul unor boli dominante cu manifestare fenotipică variabilă precum penetranţa incompletă şi expresivitatea variabilă

Penetranţa este o noţiune cantitativă evidenţiată icircn bolile dominante şi definită prin raportul icircnmulţit cu 100 dintre numărul de indivizi care manifestă boala şi numărul de purtători ai genei mutante A

Penetranţa este evaluată prin studiul mai multor familii determinacircnd frecvenţa manifestării genei mutante icircn raport cu numărul total de purtători

P = x100 AA + An undep ndash penetranţăB - număr bolnaviAA - număr homozigoţi pentru gena dominantă anormală An - număr heterozigoţi

B

Penetranţa poate fi completă sau puternică icircn situaţia icircn care boala este manifestă la toţi heterozigoţii iar valoarea indicelui p este 1

Există o serie de boli dominante icircn care genele mutante au o penetranţă incompletă sau redusă Icircn aceste cazuri unele persoane heterozigote An deşi au gena anormală nu manifestă semne de boală Icircn bolile cu penetranţă incompletă persoanele heterozigote An aparent sănătoase pot transmite gena anormală la o parte dintre copii care pot fi afectaţi

Exemple de boli dominante cu penetranţă incompletă sunt exostoza multiplă care are o penetranţă de 60 otoscleroza penetranţă de 50 retinoblastomul cu penetranţă de 80 sau steogenesis imperfecta cu o penetranţă de 90

Expresivitatea este o noţiune cantitativă reprezentată de gradul sau intensitatea de manifestare fenotipică a unei gene mutante Expresivitatea variabilă se caracterizează prin manifestarea variabilă a aceleiaşi boli la indivizi afectaţi din aceeaşi familie sau din familii diferite

Expresivitatea variabilă a fost identificată icircn special icircn bolile produse prin mutaţii dominante ale unor gene cu efect pleiotrop Icircn aceste cazuri expresivitatea variabilă poate interesa spectrul de semne manifeste severitatea afecţiunii vacircrsta de debut a bolii sau a unor elemente componente De exemplu la bolnavii cu sindrom Marfan pot să nu apară toate cele trei categorii de semne (scheletice oculare cardiovasculare) sau severitatea clinică poate să fie diferită

Penetranţa şi expresivitatea sunt rezultatul interacţiunii genei cu alte gene şi cu diferiţi factori din mediu

Intervenţia factorilor de mediu este certă şi icircn afecţiuni recesive De exemplu efectele nocive ale fenilcetonuriei pot fi contracarate prin eliminarea fenilalaninei din dietă astfel icircncacirct poate fi prevenit retardul mintal principala complicaţie a bolii

Un alt exemplu al interacţiunii dintre gene şi factorii de mediu este reprezentat de relevarea deficitului de glucozo-6-fosfat dehidrogenază icircn prezenţa unor agenţi oxidanţi (antimalarice de sinteză antibiotice de tip sulfonamidă substanţele conţinute de bob - o specie de fasole - Vicia faba) Icircn condiţii normale de viaţă pacienţii cu deficit de glucozo-6-fosfat dehidrogenază nu au nici un semn de boală Icircn schimb agenţii oxidanţi induc episoade tranzitorii de anemie hemolitică

INTERVENŢIA FACTORILOR DE MEDIU

ETEROGENITATEA GENETICĂEterogenitatea genetică reprezintă fenomenul genetic caracterizat prin

prezenţa unor fenotipuri identice sau asemănătore determinate de mutaţii genice diferite

Eterogenitatea poate fi de trei tipuri bull eterogenitate de locus sau nonalelică bull eterogenitate alelicăbull eterogenitate clinică

Eterogenitatea de locus apare icircn situaţia icircn care mutaţii ale unor gene diferite produc un fenotip identic Eterogenitatea de locus a fost evidenţiată prin analiza unor arbori genealogici a unor familii diferite icircn care o boală genetică se manifestă identic

Cel mai complex exemplu de eterogenitate de locus a fost identificat icircn cazul retardului mental de cauză genetică existacircnd nenumărate afecţiuni ereditare ce prezintă retard mental izolat sau asociat altor anomalii

Un exemplu de eterogenitate genetică de locus este retinita pigmentară Retinita pigmentară reprezintă cea mai frecventă cauză genetică de pierdere a vederii şi este caracterizată printr-o degenerescenţă progresivă a celulelor fotoreceptoare şi a vaselor retiniene asociată cu depuneri pigmentare pe retină

Pacircnă la ora actuală au fost identificate trei forme de retinita pigmentară cu transmitere recesivă legată de cromosomul X cinci forme ca transmitere recesivă autosomală şi douăsprezece forme cu transmitere dominant autosomală Dacă sunt luate icircn considerare şi sindroamele care asociază retinita pigmentară numărul formelor de retinita pigmentară ajunge la 30

Eterogenitatea alelică este caracterizată prin faptul că mutaţii diferite ale unei gene determină fenotipuri asemănătoare Un exemplu de eterogenitate alelică icircl constituie distrofiile musculare Duchenne şi Becher

ETEROGENITATEA GENETICĂ

Distrofia musculară

DISTROFIA DUCHENNE DISTROFIA BECKER

Incidenţă - 22100000 nou-născuţi băieţi Incidenţă -38100000 băieţi

Tip de transmitere - recesiv legat de cromosomul X Tip de transmitere - recesiv legat de cromosomul X

Genetică - deleţia genei distrofinei (localizată Xp21) determină absenţa sintezei distrofinei

Genetică - mutaţia genei distrofinei determină sinteza unei proteine anormale

Patogenie - absenţa distrofinei determină leziuni membranare ale fibrei musculare şi anomalii ale joncţiunii sinaptice fibrele musculare sunt icircnlocuite cu ţesut conjunctiv

Patogenie - prezenţa distrofinei anormale are efecte mai reduse asupra fibrei musculare decacirct absenţa completă a proteinei

Diagnosticul clinic - se bazează peapariţia de slăbiciune musculară la nivelul membrelor inferioare asociată cu probleme de mers (urcatul scărilor) şi greutăţi la ridicatul de pe scaun icircncepacircnd cu vacircrsta de 3 ani paralizie a membrelor inferioare icircncepacircnd cu vacircrsta de 10-12 ani deces la 20 de ani prin insuficienţă respiratorie sau cardiacă

Diagnosticul clinicapariţia tardivă (după 20-25 de ani) a slăbiciunii musculare la nivelul membrelor inferioare paralizia membrelor inferioare poate fi absentă sau apare tardivrareori decesul se produce prin insuficienţă respiratorie sau cardiacă

Diagnostic paraclinic - nivel crescut de 50-100 de ori al creatininei serice absenţa distrofinei icircn muşchi identificarea mutaţiei prin tehnici de analiză a ADN-ului

Diagnostic paraclinic mdash nivel crescut al creatininei serice prezenţa unei cantităţi reduse de distrofină icircn muşchi identificarea mutaţiei prin tehnici de analiză a ADN-ului

Prognostic -deces la 20-25 de ani Prognostic -deces la 50-60 de ani

Tratament - nu există tratament Tratament - nu există tratament

Retinita pigmentarăDefiniţie grup de afecţiuni ereditare icircn care anomaliile fotoreceptorilor (conuri şi bastonaşe) sau ale epiteliului pigmentar

retinian duc la pierderea progresivă a vederii Incidenţă 13500-14000 icircn Europa şi SUA fără specificitate etnicăManifestări clinice Iniţial adaptare defectuoasă la icircntuneric (cecitate nocturnă) Ulterior limitare progresivă a cacircmpului vizual

periferic (vedere icircn tunel) cu păstrarea acuităţii vizuale centrale Fund de ochi arteriole icircngustate pigmentări intraretiniene (iniţial fine ulterior grosiere) pierderea pigmentului din epiteliul pigmentar Uneori cataractă subcapsulară (posterior) particule fine icircn vitros puncte albe icircn retină corpi hialini ai capului nervului optic

Au fost identificate următoarele categorii de retinită pigmentarăbullnonsindromică (fără alte localizări) poate fi familială (multiplex) afectacircnd mai mulţi membri ai familiei sau izolată (simplex)

afectacircnd un singur individbullsindromică (afectează şi alte sisteme cum ar fi auzul)bullsistemică (afectează multiple ţesuturi) Patogenie icircncă neelucidată complet Mutaţiile afectează diferite proteine rodopsina proteine ale fototransducţiei icircn bastonaşe

(subunitatea a canalului proteic cationic cGMP şi subunităţile şi a fosfodiesterazei cGMP) proteine pentru menţinerea structurii discurilor segmentului extern al fotoreceptorilor periferină şi proteina 1 membranară a segmentului extern al bastonaşelor

Genetică RP se transmite AD (15-25) AR (5-20) RX (5-15) digenic sau mitocondrial 40-50 din cazuri apar izolat RP se caracterizează prin heterogenitate genetică (mai multe gene diferite pot determina aceeaşi boală) heterogenitate alelică (mutaţii diferite icircn aceeaşi genă pot determina aceeaşi boală sau boli diferite) şi heterogenitate clinică (indivizi diferiţi cu aceeaşi mutaţie pot avea simptome diferite) S-au identificat mai mult de 20 de loci ce pot produce RP

Diagnostic Diagnosticul de RP se stabileşte pe următoarele elemente Disfuncţie a conurilor adaptare dificilă la icircntuneric (prag final crescut al conurilor) sau electroretinogramă (răspunsul conurilor cu amplitudine redusă şi timp implicit prelungit sau nedetectabil) Pierdere progresivă a funcţiei fotoreceptorilor Pierderea vederii periferice Afectare bilaterală Sunt indicate anamneză familială pe cel puţin 3 generaţii şi examinare clinică şi oftalmologică (pentru formele sindromice)

Diagnostic diferenţial sindromul Usher atrofia girată a coroidei şi retinei coroidemia distrofia conuri- bastonaşe (RP centrală inversă) amauroza congenitală Leber RP unilaterală

Diagnostic prenatal deocamdată indisponibilScreening neonatal deocamdată indisponibilSfat genetic se identifică tipul de transmitere şi se calculează riscul de recurenţăPrognostic icircn forma nonsindromică prognosticul este bun icircn formele sindromice sau sistemice prognosticul poate fi umbrit de

afectarea altor organeTratament degenerarea retiniană se tratează cu vitamina A cataracta se tratează chirurgical ochelari speciali


Genetica clasică postula relaţia o genă mdashgt un caracter fără a explica modalitatea prin care gena determină caracterul respectiv

Pe parcursul secolului XX o serie de descoperiri au relevat faptul că relaţia o genă mdash un caracter este mai complexă secvenţele codante de ADN asiguracircnd şi sinteza diferitelor tipuri de ARN astfel icircncacirct la ora actuală relaţia a devenit o genă mdashraquo un produs funcţional

Primul care a stabilit o corelaţie icircntre o genă şi o proteină a fost medicul englez Garrod care icircn 1902 a descris prima eroare icircnnăscută de metabolism alcaptonuria Studiind pacienţii cu artrită Garrod a observat că la unii dintre aceştia urina se icircnnegreşte prin expunere la aer iar cartilagiile sunt colorate icircn brun-negru Studiile de biochimie au arătat că aceşti pacienţi prezentau niveluri crescute de acid homogentizic datorită unui blocaj enzimatic la nivelul căii de metabolizare a fenilalaninei Astfe Garrod a stabilit o relaţie clară icircntre gene şi enzime introducacircnd icircn medicină conceptul de erori icircnnăscute de metabolism

Un exemplu icircl constituie drepanocitoza (sicklemia sau anemia cu hematii icircn formă de seceră)

Drepanocitoza este o boală genetică cu transmitere recesiv autosomală Incidenţa bolii este de aproximativ 1400 - 1600 de nou-născuţi la populaţiile originare din Africa bazinul mediteranean Orientul mijlociu şi India

Drepanocitoza este manifestă la homozigoţii aa şi se caracterizează prin anemie hemolitică severă Icircn formele acute pacienţii prezintă dureri la diverse niveluri (macircini picioare abdomen - splină mezenter ficat pancreas) induse de microinfarctele rezultate prin obstrucţia capilarelor

Relaţia o genă mdash mai multe polipeptide este posibilă datorită structurii discontinue a genei alcătuită din exoni şi introni Ambele categorii de segmente genice sunt transcrise regăsindu-se icircn structura preARNm dar maturarea ARNm implică procesul de matisare prin care intronii sunt eliminaţi iar exonii sunt conectaţi

Un exemplu icircl reprezintă matisarea diferenţiată a ARNm rezultat prin transcripţia genei calcitoninei icircn tiroidă această genă asigură sinteza calcitoninei hormon implicat icircn homeostazia calciului plasmatic icircn timp ce icircn hipotalamus gena permite sinteza CGRP-ului calcitonin gene-related peptide) o peptidă cu activitate trofică şi neuromodulatoare

Relaţia mai multe gene mdasho singură polipeptidă a fost identificată icircn cazul proteinelor policatenare fiecare lanţ peptidic fiind realizat pe baza informaţiei genetice a unor gene diferite care ocupă loci diferiţi de pe acelaşi cromosom sau de pe cromosomi diferiţi

Un exemplu icircn care este valabilă relaţia mai multe gene mdash o proteină apare icircn cazul sintezei imunoglobulinelor

o genă = un factor ereditar

nu icircntotdeauna ceea ce se recunoaşte icircn fenotip drept acţiune a factorului ereditar este rezultatul manifestării unei singure gene

o genă = o enzimă

genele codifică şi proteine care nu sunt enzimeunele enzime sunt codificate de mai multe gene

o genă = o catenă polipeptidică

exclude ARNm ARNt ARNr care sunt trasncripţi ai unor gene


Slide 2

INTRODUCERE



41 CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE STRUCTURA GENEI (2)

Slide 7




Uniformitatea primei generaţii de hibrizi icircn cazul dominanţei c

Segregarea icircn F2 la icircncrucişarea monohibridă icircn cazul dominanţ




FENOMENELE DE IcircNLĂNŢUIRE GENICĂ (LINKAGE) ŞI IcircNCRUCIŞARE CROMOS

Slide 17

Slide 18


412 IcircNCRUCIŞAREA CROMOSOMICĂ (CROSSING-OVER) ŞI RECOMBINAREA

Slide 21

Slide 22

Activitatea genică la procariote

Activitatea genică la procariote (2)

Slide 25

Activitatea genică la eucariote


Activitatea genică la eucariote (2)

Slide 29

Slide 30

Slide 31

IMPORTANŢA TEORETICĂ ŞI PRACTICĂ A FENOMENELOR DE

Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66

CUPRINS

41 CONCEPŢIA CLASICĂ DESPRE STRUCTURA GENEI 411 GENA - UNITATE DE STRUCTURĂ A MATERIALULUI GENETIC




INTRODUCERE









































P





Aa

a

Aa

A

a

A a

AA

Aa

Aa

aa

G












































































































5rsquo 3rsquo

3rsquo 5rsquo























































B

























































o genă = o enzimă





Slide 2

INTRODUCERE




Slide 7










Slide 17

Slide 18



Slide 21

Slide 22



Slide 25




Slide 29

Slide 30

Slide 31


Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66

INTRODUCERE









































P





Aa

a

Aa

A

a

A a

AA

Aa

Aa

aa

G












































































































5rsquo 3rsquo

3rsquo 5rsquo























































B

























































o genă = o enzimă





Slide 2

INTRODUCERE




Slide 7










Slide 17

Slide 18



Slide 21

Slide 22



Slide 25




Slide 29

Slide 30

Slide 31


Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66





































P





Aa

a

Aa

A

a

A a

AA

Aa

Aa

aa

G












































































































5rsquo 3rsquo

3rsquo 5rsquo























































B

























































o genă = o enzimă





Slide 2

INTRODUCERE




Slide 7










Slide 17

Slide 18



Slide 21

Slide 22



Slide 25




Slide 29

Slide 30

Slide 31


Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66












































































































5rsquo 3rsquo

3rsquo 5rsquo























































B

























































o genă = o enzimă





Slide 2

INTRODUCERE




Slide 7










Slide 17

Slide 18



Slide 21

Slide 22



Slide 25




Slide 29

Slide 30

Slide 31


Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66





















































B

























































o genă = o enzimă





Slide 2

INTRODUCERE




Slide 7










Slide 17

Slide 18



Slide 21

Slide 22



Slide 25




Slide 29

Slide 30

Slide 31


Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66























































o genă = o enzimă





Slide 2

INTRODUCERE




Slide 7










Slide 17

Slide 18



Slide 21

Slide 22



Slide 25




Slide 29

Slide 30

Slide 31


Slide 33


Slide 35

Slide 36

Slide 37

Slide 38

Slide 39

Slide 40

Slide 41

Slide 42

Slide 43

Slide 44

Slide 45

Slide 46

Slide 47

Slide 48

Slide 49

Slide 50

Slide 51

Slide 52

Slide 53

Slide 54

Slide 55

Slide 56

Slide 57

Slide 58

Slide 59

Slide 60

Slide 61

Slide 62

Slide 63

Slide 64

Slide 65

Slide 66

genetica 4

Documents