Хромосомная теория наследственности» Томаса Ханта Моргана - и механизм наследственных патологий человека

«Хромосомная теория наследственности» Томаса Ханта Моргана - и механизм наследственных патологий человека

Детский клуб «MEL» Санкт-Петербург

Руководитель проекта Павлова Вероника Дмитриевна

Содержание исследования

Система "записи" наследственной информации

1

Факторы и причины наследственных болезней

2

«Основные положения хромосомной теории наследственности» Т. Моргана

3

4

Классификация хромосомных заболеваний

5

Классификация генетических заболеваний

Наследственные заболевания человека являются очень важной проблемой в современном мире

Каждый год генетические заболевания выявляются всё чаще. Насчитывается около шести тысяч разновидностей наследственных болезней. Они возникают из–за того, что происходят количественные или качественные изменения генетического материала. Всемирная организация здравоохранения в данное время насчитывает у 6% детского населения генетическую патологию.

Фрагмент участка ДНК называется геном. Каждый ген содержит в себе информацию про один или несколько признаков в организме. Именно она передаётся от родителей к ребёнку. И если возникают повреждения или нарушения в их работе, появляются генетические болезни, которые передаются по наследству. И это является основным механизмом наследственности.

Организм человека является сложной системой

Заложенный в организме генетический код управляет развитием зародыша, позволяет сформироваться всем взаимодействиям и обуславливает нормальное существование человека.

В наследственной информации могут появиться ошибки, возникшие на уровне отдельных генов или же их крупных объединений. Подобные изменения называются генными мутациями.

Проблемы возникшие в структурных единицах клетки хромосомах, называются хромосомными мутациями.

Сцепленное с полом наследование – это наследование признаков, гены которых локализованы в половых хромосомах - открытие Т. Морганом. Признаки. У человека признаки, наследуемые через Y- хромосому , могут быть только у лиц мужского пола, а наследуемые через X- хромосому - у лиц обоих полов.

В наследственной информации появляются ошибки – мутации

Проблемы в структурных единицах клетки называют хромосомными мутациями. Наследственные болезни, развивающиеся вследствие нарушений хромосомного набора или строения хромосом, получили название хромосомных.

В процессе образования половых клеток могут произойти различные «ошибки». В результате мутаций изменяется количество хромосом или их структура. По этой причине после оплодотворения в яйцеклетке может оказаться избыточное или, напротив, недостаточное количество хромосомного материала. Из-за дисбаланса процесс развития зародыша нарушается, что может привести к самопроизвольному прерыванию беременности, рождению мертвого ребенка либо развитию наследственного хромосомного заболевания.

Ген – единица наследственности, фактор, определяющий признак

Генотип – совокупность всех генов отдельного организма, полученных от родителей

Фенотип – совокупность внутренних и внешних признаков, которые проявляются у организма при взаимодействии генотипа с факторами среды в процессе его индивидуального развития

Геном – совокупность всех генов клетки, характерного для гаплоидного набора хромосом данного вида организма, генетическая характеристика вида 

Гены локализованы в хромосомах. Различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален. Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах

Наследование, сцепленное с полом –наследование признаков, гены которых находятся в Х- и Y-хромосомах.

• Половые хромосомы у разных полов имеют морфологические и физиологические отличия. Х - хромосома большая по величине, чем Y - хромосома.
• Половые хромосомы Х-хромосома представлена в двойном числе, а Y-хромосома - в одном экземпляре.
• Гомогаметный организм образует гаметы одного вида (Х), гетерогаметный – двух видов ( Х-и Y).
• Особенности сцепления: С Х- хромосомой сцеплено около 150 генов, отвечающие за различные признаки. В женском организме каждый признак может быть гомо- или гетерогаметным. 
• Y-хромосома передаётся от отца к сыну, поэтому эти признаки проявляются только у мужчин. Такой тип наследования называется голандрическим.

  У человека не может быть искусственного скрещивания

• в силу его биосоциальности;
• низкая плодовитость;
• редкая смена поколений;
• наличие в геноме большого

числа групп сцепления;

• высокая степень

фенотипического полиморфизма.

Эти особенности не дают возможность применять на человеке гибридологический метод исследования Георга Менделя

Классификация мутаций

По характеру возникновения

По локализации в организме

Спонтанные, индуцированные

По локализации в клетке

Генеративные, соматические

По проявлению

Ядерные, цитоплазматические

По уровню изменения генотипа

Доминантные, рецессивные

Геномные, генные, хромосомные

Томас Хант Морган (1866 – 1945) стал лауреатом Нобелевской премии в области физиологии и медицины в 1933 году, сформулировал

«Основные положения хромосомной теории наследственности»

Его хромосомная теория объяснила природу наследственных патологий человека, позволила экспериментально изменять наследственную информацию и стала началом современных методов генетических исследований. Не будучи первооткрывателем.

Томас Хант Морган сформулировал постулаты теории, которая изменила мир.

Томас Хант Морган Выдающийся учёный исследователь оставил после себя ряд научных работ, давших толчок в развитии, генетики.

Важнейшими из них считают:

«Регенерация» (1901г.),

«Экспериментальная зоология»,

«Наследственность и пол» (1913г.),

«Критика теории эволюции», «Физические основы наследственности» (1932г.),

«Генетика дрозофильной мухи» «Теория гена» (1932г.).

Работы Томаса Ханта Моргана и его учеников-соавторов начала XX века впитала все накопленные генетические данные, итоги исследования деления клетки (митоза и мейоза), выводы о роли клеточного ядра и хромосом в наследовании признаков.

Он провел ряд экспериментов на плодовых мушках дрозофилах и показал всю важность хромосом в передаче наследственных признаков через поколения .

Морган установил, что кроме редких случаев кроссинговера, гены, которые располагаются в соседних локусах, наследуются вместе, а количество таких комплексов равно гаплоидному набору хромосом. Например, у человека их 23.

Сцепленное наследование признаков. Хромосомная теория наследственности

Гены, расположенные в одной паре гомологичных хромосом, наследуются вместе. Явление совместного наследования генов, локализованных в одной хромосоме, называется сцепленным наследованием, локализация генов в одной хромосоме – сцепление генов. Одну группу сцепления образуют две гомологичные хромосомы. Число групп сцепления соответствует числу хромосом в гаплоидном наборе. Так, у человека 46 -23.

Сцепление генов может нарушаться в процессе мейоза в результате кроссинговера, что увеличивает число комбинаций генов в гаметах

Ген – участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о последовательности аминокислот в одной молекуле белка

Рецессивный

(подавляемый)

Доминантный

Признаки гена

(преобладающий)

Определяются

Доминантным геном

Рецессивным геном

Обозначаются

a b c …

А В С …

Действие гена проявляется

гомозиготном при наличии двух одинаковых аллелей рецессивного гена (а а)

гомозиготном (А А)

гетерозиготном (а а)

состоянии

Аллель – пара генов, отвечающих за альтернативное (разное) проявление одного и того же признака.

Кариотип – набор хромосом в соматической клетке организма с учетом особенностей их форм, размеров, строения, числа.

Фенотип – совокупность внешних и внутренних признаков организма.

Гомозигота – это организм (зигота), имеющий одинаковые аллели одного и того же гена в гомологичных хромосомах (АА или аа), отвечающие за проявление одного и того же признака

Гетерозигота – это организм (зигота), имеющий разные аллели одного и того же гена в гомологичных хромосомах (Аа), отвечающие за проявление альтернативных признаков

Аа

АА аа

Кариотип человека.

Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называются аутосомами

Пол, который образует гаметы, одинаковые по половой хромосоме, называется гомогаметным и обозначается как XX.

Пол, который образует гаметы, неодинаковые по половой хромосоме, называется гетерогаметным и обозначается как XY

Генетически детерминированный недуг, развивающийся у лиц, которые имеют лишнюю 13 хромосому

Одна женская хромосома вместо двух или вместо пары Х-Y

Синдром Клайнфелтера (KS), также известный как 47, XXY - это совокупность симптомов, возникающих в результате двух или более Х-хромосом у мужчин.

Характеризуется первичным гипогонадизмом, маленькими размерами тестикул, бесплодием, гинекомастией, неглубоким снижением интеллекта

Единицей наследственной информации является ген, локализованный в хромосоме.

Гены в хромосоме расположены линейно (последовательно)

Сцепленные гены расположены в одной хромосоме

Ген – участок хромосомы, в котором закодирован один белок - локус

Локус – место расположения гена в хромосоме

В идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены 

Аллельные гены расположены в идентичных участках гомологичных хромосом

Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления  

Основные положения хромосомной

теории наследственности

• Гены в хромосомах расположены линейно.
• Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются сцеплено или совместно (если не происходит кроссинговера).
• В мейозе между гомологичными хромосомами может произойти обмен участками – кроссинговер.

По изменению генетического материала мутации бывают

Генные

Хромосомные Меняют порядок генов в хромосомах

Геномные

Новые аллели генов

Меняют число хромосом

Ошибки репликации

Ошибки клеточных делений

Ошибки рекомбинации

Мутации являются естественным процессом и составляют основу эволюционной изменчивости всех живых существ

Признаки, определяемые генами, находящимися в Х – хромосомах, называются признаками, сцепленными с полом. Наследование таких признаков, было открыто и изучено на дрозофиле Т. Морганом. и послужило ярким доказательством локализации генов в хромосомах.

Возникновение генетических болезней происходит тогда, когда происходит мутация – нарушается механизм хранения и передачи генетического материала. При повреждении гена эта информация будет передаваться следующему поколению так же, как и материал, не подвергшийся мутации.

Причины

Моногенные

Болезни

Мутации или отсутствие гена в ядерной ДНК

Синдром Марфана, адреногенитальный синдром у новорожденных, нейрофиброматоз, гемофилия А, миопатия Дюшенна

Полигенные

Предрасположенность и действие экзогенных факторов

Псориаз, шизофрения, ишемическая болезнь, цирроз, бронхиальная астма, сахарный диабет

Геномные мутации – изменение числа хромосом

(нарушение мейоза)

Полиплодии – кратное увеличение полного набора хромосом

Анеуплодии – изменение числа хромосом в одной или нескольких парах . Изменение числа хромосом в кариотипе. - кратное геному изменение числа хромосом 

2n + n 2n + 2n 2n + 3n …

2n + 1 2n + 2 … 2n – 1 2n – 2 …

• Триплодия
• Тетраплодия

• Моносомия
• Трисомия

У человека несовместимы с жизнью

Синдром Дауна - трисомия по 21 хромосоме, кариотип – 47 хромосом.

Синдром Эдвардса - трисомия по 18 хромосоме

Синдром Шерешевского-Тёрнера

Хромосомная патология, обусловленная частичной или полной Х-моносомией. Клиническими признаками синдрома Шерешевского-Тёрнера служат низкорослость, гипогонадизм, пороки развития (ВПС, подковообразая почка, косоглазие и др.), лимфостаз, деформация суставов, крыловидные складки кожи на шее.

Истинными причинами количественных, качественных или структурных аномалий Х-хромосомы является нарушение мейотического расхождения хромосом, приводящее к анеуплоидии (при Х-моносомии), либо нарушение дробления зиготы (при хромосомном мозаицизме). Практически во всех случаях при кариотипе 45,Х0 имеет место утрата отцовской Х-хромосомы.

Хромосомные болезни

Хромосомные болезни, или синдромы - это группа врожденных патологических состояний, проявляющихся множественными пороками развития, различающихся по своей клинической картине, часто сопровождающихся тяжелыми нарушениями психического и соматического развития.

Основной дефект - различные степени интеллектуальной недостаточности, что может осложняться нарушениями зрения, слуха, опорно-двигательного аппарата, более выраженными, чем интеллектуальный дефект, расстройствами речи, эмоциональной сферы и поведения.

Хромосомные заболевания не подчиняются менделеевским закономерностям передачи заболевания потомству и в большинстве случаев являются следствием мутации в половой клетке одного из родителей.

• проявляются с первых дней жизни;
• задержка общего физического и психического развития;
• черепнолицевые аномалии, аномалии других частей скелета;
• грубые пороки сердечнососудистой, мочеполовой и нервной системы, отклонения в биохимическом, гормональ ном, иммунном статусе;
• малая продолжительность жизни.

Хромосомные болезни человека

Нарушения в аутосомах:

группы D E, 21 пара

Нарушения в половых хромосомах:

XX XY

Хромосомные аномалии

Структурные изменения в хромосомах:

• Делеция
• Транслокация
• Инверсия
• Дупликация

Изменение числа хромосом в кариотипе :

• Моносомия
• Трисомия
• Полисомия

Хромосомные заболевания связаны с аномалиями числа или структуры хромосом.

Хромосомные болезни – комплексы множественных врожденных пороков развития, вызываемых числовыми (геномные мутации) или структурными (хромосомные аберрации).

Хромосомные аберрации и изменения количества хромосом, могут возникать на разных этапах развития организма. Если они возникают в гаметах родителей, то аномалия будет наблюдаться во всех клетках развивающегося организма. Если аномалия возникает в процессе эмбрионального развития при дроблении зиготы, кариотип плода будет мозаичным. Решающим фактором в проявлении хромосомного заболевания является возникновение в гаметах или зиготе на первых этапах её дробления хромосомного нарушения.

Синдром Мартина-Белла - это патология ломкой

Синдром «кошачьего крика»  

Синдром Вольф-Хирсхорна (потеря короткого плеча 4-й) Внутриутробная гипоплазия, микроцефалия, гипертелоризм, широкий нос, ассимметрия черепа, низко расположенные уши, пороки сердца и почек у 50%, задержка умственного развития

X-хромосомы.  

– хромосомное нарушение, обусловленное делецией (отсутствием) фрагмента короткого плеча 5-ой хромосомы.

Ребенок имеет ярко выраженные отклонения в области психического и соматического состояния. 

Синдром Патау

Синдром Патау (трисомия 13) представляет собой генетический порок, связанный с хромосомой 13. Большинство людей имеют 23 пары хромосом. Но у лиц с этим синдромом есть дополнительная копия 13-й хромосомы. Трисомия 13 является серьёзным генетическим расстройством, поэтому большинство детей погибают до рождения или на первой неделе жизни.

Обычно трисомия 13 не наследуется и является результатом случайных событий при формировании яйцеклеток и сперматозоидов у здоровых родителей. Погрешность в делении клеток приводит к аномальному числу хромосом в яйцеклетке или сперматозоиде. Если один из них вносит вклад в генотип ребёнка, у него будет лишняя хромосома 13 в каждой клетке организма.

Кариотип пациента с подобным диагнозом изменен, что отображается на работе всего организма. Патология сказывается на строении скелета, работе нервной, выделительной, репродуктивной и сердечно-сосудистой систем.

Генетический код – система "записи" наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа:

• синтез молекулы матричной, или информационной, РНК (м. РНК, или и. РНК) на соответствующем участке ДНК; при этом последовательность нуклеотидов ДНК "переписывается" в нуклеотидную последовательность и. РНК (транскрипция);
• синтез белка, при котором последовательность нуклеотидов и. РНК переводится в соответствующую последовательность аминокислот (трансляция).

Наследование признаков, гены которых находятся в Х- или Y-хромосоме, называют наследованием, сцепленным с полом, а локализацию генов в половой хромосоме – сцеплением генов с полом.

У человека 46 хромосом: 22 пары аутосом

одна пара половых хромосом (XX или XY) У женщин 23 группы сцепления,

у мужчин - 24, так как половые хромосомы мужчины (XY) не полностью гомологичны друг другу. Каждая из половых хромосом мужчины имеет гены, характерные только для Х- и только для Y хромосомы, которым соответствуют группы сцепления Х- и Y-хромосомы .

Сцепление генов может нарушаться в процессе мейоза в результате кроссинговера.

В процессе мейоза гомологичные хромосомы, а следовательно, и аллельные гены попадают в разные гаметы. Гаметы всегда гаплоидны. Негомологичные хромосомы, а следовательно и неаллельные гены расходятся произвольно, независимо друг от друга и образуют различные комбинации в гаметах

Генные болезни – это группа заболеваний, возникающих

в результате повреждений ДНК на уровне гена.

Генные мутации могут приводить:

• к синтезу аномального белка;
• к снижению количества синтезируемого белка;
• к увеличению количества синтезируемого белка;
• к отсутствию синтеза белка.

Генеалогический метод

относится к числу основных методов генетики человека и лежит в основе медико-генетического консультирования.

Генеалогический метод включает три этапа:

• сбор данных обо всех родственниках обследуемого (анамнез);
• составление родословных;
• генеалогический анализ родословных.

Классификация генетических болезней

Передача информации о наследственных заболеваниях

Аутосомно-доминантный

Если ребенок получает «сильный», доминантный, ген хотя бы от одного из родителей, то этот ген обязательно проявится.

Аутосомно-рецессивный

Пример: ахондроплазия 

Признак проявляется только в том случае, если ребенок получил от родителей два «слабых», рецессивных, гена.

Кодоминантный

Пример: фенилкетонурия, альбинизм

При этом типе наследования проявляются оба гена доминантный, и рецессивный.

Наследование, сцепленное с полом

Пример: серповидно-клеточная анемия

Половые хромосомы у мужчин и женщин различаются: у женщин две Х-хромосомы, а у мужчины — X и Y. К половым хромосомам «привязаны» некоторые важные признаки и информация о заболеваниях.

Пример: Дальтонизм,  дистрофия Дюшена

Генеалогический метод

Синдром Крузона

Синдром Апера

Классический вариант синдрома Крузона обусловлен мутациями гена FGFR2, расположенного на 10 хромосоме – он кодирует аминокислотную последовательность рецептора к фактору роста фибробластов 2. Данный ген обладает значительным размером и большим количеством экзонов, что снижает его стабильность – в нем часто развиваются дефекты, приводящие к многочисленным генетическим заболеваниям, в основном поражающим элементы скелета. 

Синдром Апера обусловлен мутациями гена FGFR2, расположенного на 10 хромосоме. Он кодирует белок-рецептор фактора роста фибробластов-2, который оказывает значительное влияние на развитие клеток соединительных тканей, в том числе и костной. Специфическое расположение гена делают его уязвимым к различного рода повреждениям, которые затем фенотипически проявляются наследственными заболеваниями.

Несовершенный остеогенез

Фибродисплазия оссифицирующая прогрессирующая Мюнхеймера

Нарушается структура коллагена, входящего в состав костей и других соединительных тканей, либо синтезируется его недостаточное количество.

синдром Вролика-Лобштейна

«Хрустальные люди»

ФОП возникает из–за мутации в гене ACVR1/ALK2, кодирующем рецептор костного морфогенетического белка. Редкое генетическое заболевание, при котором организм начинает формировать новые кости — оссификаты — в неположенных местах: внутри мышц, связок, сухожилий и других соединительных тканей. К их образованию может привести любая травма: ушиб, порез, перелом, внутримышечная инъекция или операция.. Физиологически оссификаты не отличаются от обыкновенных костей и могут выдерживать значительные нагрузки.

«Каменные люди»

Развитие болезни связано с врожденным нарушением обмена белка соединительной ткани коллагена 1-го ти­па, обусловленным мутациями генов, кодирующих коллагеновые цепи.

В зависимости от формы заболевание может наследоваться по аутосомно-доминантному или аутосомно-рецессивному типу (менее 5%). Примерно в половине случаев патология возникает вследствие спон­тан­ных мутаций

Ахондроплазия - болезнь Парро-Мари

Карликовость

Гипофизарная карликовость

Аутосомно-доминантный тип наследования:

(нанизм)

Гипофизарная карликовость (нанизм) – это заболевание, проявляющееся в задержке роста и физического развития ввиду нарушения секреции передней долей гипофиза соматотропина – гормона роста. Наибольшее распространение имеет пангипопитуитарная карликовость, которая имеет свойство наследоваться в основном по рецессивному типу.

• больные встречаются в каждом поколении;
• болеют как мужчины, так и женщины

Два типа формы передачи данной патологии – аутосомная и через Х-хромосому.

Является наиболее распространенной формой хондродисплазии и возникает из-за мутациив гене рецептора фактор роста фибробластов 3-го типа. Для больных характерны короткие руки и ноги, в то время как размеры туловища остаются нормальными или только немного меньше обычных. Как правило, у больных увеличена голова, а лоб выдается вперед. Рост взрослого человека с около 130 см

Ихтиоз Арлекина

Синдром Тричера Коллинза

Ихтиоз арлекина – редкое генетическое заболевание, принадлежащее к группе генодерматозов, и наследуемое по аутосомоно-рецессивному типу. Это наиболее тяжелая форма врожденного ихтиоза, которое характеризуется наличием у новорожденных гиперкератозных пластин ромбовидной и многоугольной формы. Они покрывают все тело геометрическим узором, напоминающим костюм арлекина (отсюда название болезни).

Развитие синдрома обусловлено мутациями гена TCOF1, расположенного на пятой хромосоме в регионе 5q32. К симптомам относятся грубые дефекты строения лица: антимонголоидный разрез глаз, вырезки ткани век (колобомы), уменьшенные размеры челюсти и скул, гипоплазия и аномалии структур уха, расщелина или арковидная форма неба, увеличенные размеры ротовой щели и языка, слаборазвитые кости лица.

Прогерия — синдром преждевременного старения, проявляющийся характерными изменениями кожи и внутренних органов. Это редкая генетическая аномалия

Детская прогерия –

синдром Хатчинсона — Гилфорда

Прогерия взрослых –

При рождении больной ребенок кажется обычным малышом. У детей 2 года жизни появляются признаки старения: облысение, морщины, специфическая внешность. Их организм сильно изменяется: нарушается структура кожи, отсутствуют вторичные половые признаки, отстают в развитии внутренние органы. Восьмилетний ребенок с таким заболеванием выглядит и чувствует себя на 80 лет.

синдром Вернера

начинает проявляться клинически у молодых людей в возрасте 16-20 лет. Прогерия взрослых – ускоренное старение с поражением всех систем и высоким риском развития рака. Геномная нестабильность, управляющая обычным процессом старения, приводит к целому ряду патологических изменений. Такие больные умирают к 30-40 годам, имея все симптомы глубокой старости.

Под первичной профилактикой понимают такие действия, которые должны предупредить рождение больного ребенка. Это реализуется через планирование деторождения путем выбора оптимального репродуктивного возраста, который для женщин составляет 21-35 лет (более ранние и поздние беременности увеличивают вероятность рождения ребенка с врожденной патологией и хромосомными болезнями), и отказа от деторождения в случаях высокого риска наследственной и врожденной патологии (в том числе при браках с кровными родственниками и гетерозиготными носителями патологического гена). 

Факторы риска возникновении наследственных заболеваний

Наследственность – свойство организмов сохранять и обеспечивать передачу наследственных признаков потомкам, а также программировать особенности их индивидуального развития в конкретных условиях среды. Нормальные и патологические признаки организма являются результатом взаимодействия наследственных (внутренних) и средовых (внешних) факторов.

Одним из методов дородовой (пренатальной) диагностики плода является амниоцентез. Данная процедура заключается в заборе околоплодных вод c дальнейшим проведением их гормонального, биохимического, цитологического (исследование хромосомного состава клеток плода) и иммунологического анализа.

Источники информации

https:// ustamivrachey.ru/genetika/geneticheskie-zabolevaniya

  https:// fb.ru/article/291681/geneticheskie-zabolevaniya-peredayuschiesya-po-nasledstvu-mediko-geneticheskoe-obsledovanie

https:// www.krasotaimedicina.ru/diseases/children/shereszewski-turner

https:// fb.ru/article/353754/tomas-hant-morgan-biografiya-vklad-v-biologiyu

  https://fishki.net/1502865-10-samyh-redkih-geneticheskih-zabolevanij.html?sign=224117469314374%2C628925176263087