1 / 34

Organizácia ľudského genómu

Organizácia ľudského genómu. Ľudský genóm je súhrn genetickej informácie, obsiahnutý v bunke. Má 2 zložky: Jadrový genóm Mitochondriálny genóm. I. Jadrový genóm. celková dĺžka: 3200 Mb distribúcia: 24 rôznych lineárnych molekúl (22 typov autozómov a chromozómy X a Y)

hija
Download Presentation

Organizácia ľudského genómu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Organizácia ľudského genómu Ľudský genóm je súhrn genetickej informácie, obsiahnutý v bunke. Má 2 zložky: • Jadrový genóm • Mitochondriálny genóm

  2. I. Jadrový genóm • celková dĺžka: 3200 Mb • distribúcia: 24 rôznych lineárnych molekúl (22 typov autozómov a chromozómy X a Y) • 3000 Mb euchromatínu a 200 Mb konštitutívneho heterochromatínu (heterochromatín – permanentne kondenzované a transkripčne inaktívne oblasti) • veľká variabilita v distribúcii obsahu DNA v jednotlivých chromozómoch • typy sekvencií • Jednotkové sekvencie (~55%) • Repetitívne sekvencie (~45%)

  3. Obsah DNA v jednotlivých chromozómoch

  4. Gény a súvisiace sekvencie • počet: 25 – 30 tisíc • 90 – 95 % kódujúcich polypeptid • 5 – 10 % kódujúcich netranslatované RNA molekuly • bezstavovce 14 – 20 tisíc, stavovce 25 – 30 tisíc • kódujúca časť predstavuje 1,5 % ľudského genómu • distribúcia génov: nerovnomerná • heterochromatín neobsahuje gény • rozdiely aj vrámci euchromatickej časti genómu a medzi jednotlivými chromozómami • vysoká hustota v subtelomerických obl. • chr. 19 a 22 bohaté na gény • chr. 18, X a Y chudobné na gény

  5. Variabilná hustota génov: HLA oblasť a DMD 1Mb - ~ 70 génov 2,4Mb – 1 gén (dystrofín)

  6. Charakteristika génov kódujúcich polypeptid • výrazná variabilita vo veľkosti: priemer 27 kb • inzulín 1,4 kb vs. dystrofín 2,4 Mb • výrazná variabilita v počte exónov: priemer 9 • 0 (interferón) vs. 363 (titín) • dĺžka exónov: priemer 170 bp • 7,6 kb exón 26 génu ApoB • dĺžka intrónov: enormná variabilta (dlhé gény majú dlhé intróny) • 0,5 kb (β-globín) vs. 800 kb (gén WWOX) • dĺžka polypetidu: priemer 500 – 550 a. k. • najdĺhší: 38 138 (titín) • gény v génoch (3 gény v intr. 26 génu pre NF1) • prekývajúce sa gény

  7. Dĺžka ľudských génov krátke E1 I 1 E2 I 2 E3 1 – 10 kb stredne dlhé 10 – 100 kb dlhé > 100 kb

  8. Variabilita v dĺžke génov a v obsahu exónov 10-100 kb pod 10 kb nad 100 kb

  9. Gény v rámci génu: gén pre NF typu 1 a 3 „vnútorné“ gény v intróne 26

  10. Charakteristika génov kódujúcich polypeptid – pokr. • unikátne gény (single copy) • génové rodiny • vznikli duplikáciou unikátnych génov • často majú rovnakú alebo podobnú funkciu • môžu vytvárať zhluky al. roztrúsené po celom genóme • veľká časť genómu je tvorená génovými rodinami Typy génových rodín: • klasické génové rodiny • vykazujú vysokú sekvenčnú homológiu • evolučná aj funkčná príbuznosť

  11. Charakteristika génov kódujúcich polypeptid – pkr. • génové rodiny s dlhými konzerovanými doménami • gény s dôležitou funkciou vo vývine (PAX-, homeobox-gény) • génové rodiny s krátkymi konzerovanými motívami aminokyselín • nemusia byť homologické na úrovni DNA, ale majú spoločnú všeobecnú funkciu – RNA helikázy, DEAD box a pod. • génové super rodiny • malá sekvenčná homológia • spoločné štrukturálne charakteristiky – HLA gény

  12. Príklady tandemových génových rodín α-globín: 16p13.3 β-globín: 11p15.5 rastový hormón: 17q23 albumín: 4q12

  13. Histónová génová rodina

  14. Ľudské RNA gény • ~3000 RNA génov = 10% genómu • Hlavné triedy RNA • rRNA • 18S, 5S a 5,8Sr RNA: súčasť cytopl. ribozómov • tRNA: 22 typov mt tRNA; 49 typov cytoplazm. tRNA (497 génov; väčšina z nich na chromozómoch 1 a 6 v génových rodinách) • snRNA: U1, U2, U4 a i.: súčasti spliceosomov • 16SrRNA, 23SrRNA: súčasť mt ribozómov • snoRNA: asi 100 rôznych typov; účasť na rRNA processingu • Iné RNA triedy • Telomerázové RNA: súčasť telomerázy, • Antisense RNA: mnoho typov, asociované s imprintingom • MicroRNA: krátke (22nt), regulácia translácie, ~200 génov

  15. Pseudogény v ľudskom genóme • nefunkčné kópie génov (neexprimujú sa): „mŕtve konce“ evolúcie génov – ale aj zdroj evolučných inovácií • celkový počet cca 20 000 • Typy: • bežné (konvenčné, neupravené) Ψgény: • väčšinou v tandeme s génom • obsahujú exóny aj intróny • vznik: nehomologický c-o • upravenéΨgény: disperzne v genóme • obsahujú len sekvencie exónov • vznik: reverzná transkripcia

  16. Pseudogény v ľudskom genóme – pokr. • exprimované neupravené • prechodné štádium, gén už nie je funkčný ale exprimuje sa, napr. θ-globin • exprimované upravené • pseudogén sa včlení do blízkosti promótora • pseudogén vzniknutý z génu s vnútorným promótorom • skrátené gény, génové fragmenty • pravdepodobný vznik nehomologický crossing-over al. nehomologická výmena sesterských chromatíd

  17. Vznik upraveného pseudogénu reverznou transkripciou z mRNA transkriptu

  18. Repetitívne sekvencie databáza: www.girinst.org • tvoria 45 % ľudského jadrového genómu Triedy: • nízko repetitívne: do 100 repetícií • stredne repetitívne: 100 – 10 000 • vysoko repetitívne: nad 10 000 Typy: • tandemovo usporiadané • rozptýlené

  19. Repetitívne sekvencie – pokr. Tandemové repetitívne sekvencie • satelitná DNA • minisatelitná DNA • mikrosatelitná DNA Satelitná DNA(nie je totožná so satelitmi chromozómov) • skladá sa z dlhých blokov tandemových opakovaní (100 kb až niekoľko Mb) • tvorí väčšiu časť heterochromatínu v oblasti centromér • hlavné triedy • α-satelitná (alfoidná) DNA • dĺžka opakovania: 171 bp • centromerická oblasť všetkých chromozómov • tvorí 3 – 5 % DNA obsahu chromozómu • má významnú úlohu vo funkcii centroméry

  20. Repetitívne sekvencie – pokr. • β-satelitná DNA • dĺžka opakovania: 68 bp • centromerická oblasť chromozómov 1, 9, 13, 14, 15, 21, 22 a Y • satelitná DNA 1 • dĺžka opakovania: 25 – 48 bp • bohatá na AT • centromerická oblasť chromozómov a iných heterochrom. oblastí • satelitná DNA 2 a 3 • dĺžka opakovania: 5 bp • výskyt pravdepodobne na všetkých chromozómoch

  21. Repetitívne sekvencie – pokr. Minisatelitná DNA • stredne dlhé (0,1 – 20 kb) dlhé bloky tandemových opakovaní • roztrúsené po veľkej časti nukleárneho genómu • známe 2 triedy: • hypervariabilná minisatelitná DNA (VNTR) • dĺžka opakovania: 9 – 24 bp • môžu mať spoločnú základnú („core“) sekvenciu • lokalizácia predovšetkým v blízkosti telomér • telomerická minisatelitná DNA • 3 – 20 kb tandemových opakovaní • dĺžka opakovania 6 bp (TTAGGG) • lokalizácia v teloméroch všetkých chromozómov • priama zodpovednosť za telomerickú funkciu

  22. Repetitívne sekvencie – pokr. Mikrosatelitná DNA (Short Tandem Repeats – STR) alebo aj (Simple Sequence Repeats – SSR) • krátke (do 0,1 kb) bloky tandemových opakovaní • roztrúsené po celom genóme (tvoria asi 2 % genómu) • dĺžka opakovania: menej ako 10 bp • najčastejšie sú dinukleotidové opkovania CA/TG (CG/GC sú zriedkavé) • tri- a tetranukleotidové sú zriedkavejšie ale zato veľmi polymorfné (mapovanie génov, kriminalistika, nepriama dg. a pod.) • vznik: prekĺznutie vlákien pri replikácii • význam: zatiaľ neznámy

  23. Repetitívne sekvencie – pokr. Roztrúsené opakovania – tvoria cca 43 % ľ. g. • takmer všetky r. o. sú odvodené od transpozónov Podľa dĺžky opakovania sa delia • SINE – Short Interspersed Nuclear Elements (100 – 400 bp) • Alu rodina • dĺžka opakovania: 280 bp • je špecifická pre primátov (identifikácia úsekov DNA ľudského pôvodu) • počet kópií 1,2 mil. (1 kópia na 3 kb) • 10,7 % ľudského genómu • ešte známe MIR (450 000 kópií) a MIR3 (85 000 kópií)

  24. Repetitívne sekvencie – pokr. • LINE – Long Interspersed Nuclear Elements (20 % genómu) • LINE1 (L1) – 6,1 kb (600 000 kópií) • kóduje 2 proteíny • 60 – 100 L1 je schopných aktívnej transpozície (a môžu zapríčiniť dedičné ochorenie, napr. HA) • tvorí 17 % ľudského genómu • ešte sú známe LINE2 (370 000 kópií) a LINE3 (44 000) • LTR transpozóny (Long Terminal Repeats) – 8,5 % ľ. g. • ERV (Endogenous Retrivral Sequences) • DNA transpozóny - 3 % ľudského genómu • nie sú aktívne u človeka (transpozónové fosílie)

  25. Chrom. lokalizácia hlavných tried repetitívnych sekvencií

  26. Štruktúra Alu-sekvencie a úplnej L1 sekvencie

  27. Ľudský mitochondriálny genóm • počet kópií v bunke: 100 – 100 000 • term. diferencované kožné bunky – bez mtDNA • oocyty – 100 000 (spermie – niekoľko 100) • jedna cirkulára dvojvláknová molekula • dĺžka: 16 569 bp (známa kompletná sekvencia – 1981) • ťažký reťazec (H) – bohatý na G • ľahký reťazec (L) – bohatý na C • D slučka – krátka trojvláknová oblať (7S DNA) • segregácia pri bunkovom delení – náhodná • dedičnosť – matroklinná (matrilineárna) • replikácia: separátna na H a L reťazci • najprv H reťazec (začiatok v D-slučke) • L reťazec – až po replikácii 2/3 H reťazca

  28. Ľudský mitochondriálny genóm – pokr. • transkripcia: • promotor pre obidve vlákna v D slučke • prebieha súčasne na obidvoch vláknach v opačnom smere ako replikácia • je kontinuálna, t.j. vzniká veľký multigénový transkript • mitochondriálny genetický kód: • mierne sa líši od nukleárneho • je 60 kodónov (v nukleárnom genóme 61) • 4 stop kodóny - 2 totožné s nukl. g. UAA, UAG a 2 odlišné AGA a AGG (kódujú arginín v nukl. g.) • UGA kóduje triptofan v mt. – v nukl. g. je to stop k. • mt gény: celkový počet 37 • 28 na H vlákne, 9 na L vlákne • 13 kóduje polypeptid, 22 tRNA a 2 rRNA

  29. Ľudský mitochondriálny genóm – pokr. • väčšina mt polypeptidov je kódovaných nukleárnym g. • mt genóm je extrémne kompaktný (93 % kódujúce sekv.) • len D slučka neobsahuje kódujúce sekv. • gény neobsahujú intróny • vyskytujú sa prekrývajúce sa gény • susediace gény separované väčšinou len 1 – 2 bázami • niektorým génom chýba terminačný kodón

  30. Ľudská mtDNA ND – NADH dehydrogenáza (7) ATP – ATPáza (2, čiast. prekryv) CO – cytochróm c oxidáza (3) CYB – cytochróm B (1) bohatý na G bohatý na C

  31. Čiastočný prekryv dvoch mt génov: ATPáza 6 a ATPáza 8

  32. Porovnanie jadrového a mt genómu

  33. Všeobecný prehľad genómu 1,5% 3% Jadrový genóm repetitívne sekv. – transpoz. heterochromatín iné nekonzervované vysoko konzervované nekód. kódujúce 45% 44% 6,6% 5% 2% mtDNA 93%

  34. Organizácia ľudského genómu 25-30000 génov

More Related