Biologie pro bakaláře - Praktikum 4

Typy dědičnosti II.Typy dědičnosti II.

Kočárkovy prezentace z genetiky Kočárkovy prezentace z genetiky najdete na www:najdete na www:

http://www.medik.cz/medik/kocarek/http://www.medik.cz/medik/kocarek/

nebonebo

http://camelot2.lf2.cuni.cz/turnovec/ublg/vyuka/http://camelot2.lf2.cuni.cz/turnovec/ublg/vyuka/

http://www.medik.cz/medik/kocarek/

http://camelot2.lf2.cuni.cz/turnovec/ublg/vyuka/

Gonozomově dominantní chorobyGonozomově dominantní choroby

postiženýpostižené

Gonozomově dominantní (X-vázaná dominantní)Gonozomově dominantní (X-vázaná dominantní)

A A A a

ženy muži

a Aa a

zdravá zdravý

I.

II.

III.

1 2 3 4

1 2

1 2 3

XaY XaXa XaXaXAY

XaY XaY

4

3

XAXa

XaXaXAXaXAY XaY

4

XAXa

Rodokmen s výskytem GD chorobyRodokmen s výskytem GD choroby

Pro dominantní dědičnost vázanou na chromozom Pro dominantní dědičnost vázanou na chromozom X platí:X platí:

a) postižená žena (heterozygotka) a nepostižený a) postižená žena (heterozygotka) a nepostižený muž mají polovinu zdravých synůmuž mají polovinu zdravých synů

b) postižený muž a postižená žena b) postižený muž a postižená žena (heterozygotka) mohou mít 3/4 postižených dětí(heterozygotka) mohou mít 3/4 postižených dětí

c) nepostižený muž a nepostižená žena mají c) nepostižený muž a nepostižená žena mají všechny dcery zdravévšechny dcery zdravé

d) postižený muž a nepostižená žena mají d) postižený muž a nepostižená žena mají všechny syny zdravévšechny syny zdravé


XXAA XXaa

XXaa XXA A XXaa XXa a XXaa

YY XXA A YY XXa a YY synové

½ ½


XXAA XXaa

XXAA XXA A XXAA XXA A XXaa

YY XXA A YY XXa a YY

dcery

synové

¾ postižených


… … protože nenesou mutantní aleluprotože nenesou mutantní alelu

genotypy:genotypy: nepostižená žena Xnepostižená žena XaaX X nepostižený muž Xnepostižený muž XaaYY


XXaa XXaa

XXAA XXA A XXaa XXA A XXaa

YY XXa a YY XXa a YY synové

Pro dominantní dědičnost vázanou na chromozom Pro dominantní dědičnost vázanou na chromozom X platí:X platí:





HypofosfatemickáHypofosfatemická vitamin D-rezistentní rachitis vitamin D-rezistentní rachitis

X-vázaná dominantní X-vázaná dominantní achondroplázieachondroplázie

Incontinentia Incontinentia pigmentipigmenti

hyperkeratotické změny s papulami a bradavicemi,

změny pigmentace (vytvářejí bizarní ložiska).

Holandrická dědičnostHolandrická dědičnost

Chromozomy X a YChromozomy X a Y

Pseudoautozomové regiony (PAR)

Párování X a Y při meióze

Hairy ear syndromeHairy ear syndrome

Hairy ear Hairy ear syndromesyndrome

Holandricky dědičný znak se Holandricky dědičný znak se přenáší:přenáší:

a) z otců na synya) z otců na syny

b) z otců na syny i dceryb) z otců na syny i dcery

c) z matek na dceryc) z matek na dcery

d) z otců na dceryd) z otců na dcery

Mitochondriální dědičnostMitochondriální dědičnost

Mitochondriální Mitochondriální (maternální)(maternální)

dědičnostdědičnost

Rodokmen mitochondriálně Rodokmen mitochondriálně dědičné chorobydědičné choroby

I.

II.

III.

1 2 3 4

1 2

1 2 3

mtDNA+

4

3

5 6

mtDNA+ mtDNA+ mtDNA–

mtDNA+

mtDNA+ mtDNA+

mtDNA+ mtDNA– mtDNA–

mtDNA–

4

Leberova hereditární neuropatie Leberova hereditární neuropatie optického nervuoptického nervu

Riziko přenosu mitochodriálně dědičné Riziko přenosu mitochodriálně dědičné choroby je ovlivněno heteroplazmiíchoroby je ovlivněno heteroplazmií

Multifaktoriálně dědičné Multifaktoriálně dědičné

chorobychoroby

Multifaktoriální dědičnostMultifaktoriální dědičnost

4 3

Multifaktoriální dědičnostMultifaktoriální dědičnost

Luxatio coxae congenita (LCC)Luxatio coxae congenita (LCC)vrozené vykloubení kyčlí, vrozené vykloubení kyčlí, vrozená luxace kyčle vrozená luxace kyčle

Nejde o klasické Nejde o klasické vykloubení, spíše o vykloubení, spíše o narušení vývoje kloubů.narušení vývoje kloubů.

Patří k nejčastějším Patří k nejčastějším vrozeným vadám.vrozeným vadám.

Mezi postiženými převažují Mezi postiženými převažují dívky. dívky.

Příčina vzniku není Příčina vzniku není jednoznačně známa. jednoznačně známa.

Vrozená pylorostenózaVrozená pylorostenóza

Vrozené zúžení vrátníku (= pylorus)Vrozené zúžení vrátníku (= pylorus)

je způsobena zbytněním hladkého je způsobena zbytněním hladkého svalstva vrátníku a celého žaludku, který svalstva vrátníku a celého žaludku, který zužuje vrátníkový kanál na úzký průchodzužuje vrátníkový kanál na úzký průchod

patří k častým vrozeným vývojovým patří k častým vrozeným vývojovým vadám dětského věkuvadám dětského věku

postihuje chlapce v poměru 1 : 150 a je u postihuje chlapce v poměru 1 : 150 a je u nich pětkrát častější než u dívek. nich pětkrát častější než u dívek.

PraktikumPraktikumekologie a ekogenetikaekologie a ekogenetika

Testování mutagenity a Testování mutagenity a karcinogenitykarcinogenity

MutagenyMutageny

Chemické látky, popř. jiné faktory schopné Chemické látky, popř. jiné faktory schopné

vyvolat poškození DNA vyvolat poškození DNA

GenotoxickéGenotoxické látky, látky, genotoxickégenotoxické faktory faktory

Mutagenita = genotoxicitaMutagenita = genotoxicita

Mutace určitých genů vede ke vzniku Mutace určitých genů vede ke vzniku

nádoru, proto byla u mnoha mutagenů nádoru, proto byla u mnoha mutagenů

prokázána karcinogenní aktivita.prokázána karcinogenní aktivita.

Základní rozdělení mutagenůZákladní rozdělení mutagenů

chemické mutageny – chemické mutageny – způsobují způsobují poškození DNA na základě chemické poškození DNA na základě chemické modifikace bází, popř. jiných složek modifikace bází, popř. jiných složek polynukleotidového řetězce;polynukleotidového řetězce;

fyzikální mutagenyfyzikální mutageny (např. ionizační (např. ionizační záření, UV-záření);záření, UV-záření);

biologické mutagenybiologické mutageny (viry). (viry).

Z biochemického hlediska dělíme Z biochemického hlediska dělíme mutageny do dvou skupin :mutageny do dvou skupin :

a) přímé mutagenya) přímé mutageny („direct acting“) – způsobují („direct acting“) – způsobují

mutaci bez předchozí metabolické přeměnymutaci bez předchozí metabolické přeměny

b) promutagenyb) promutageny nejsou samy o sobě mutagennínejsou samy o sobě mutagenní

k jejich přeměně na aktivní (tzv. ultimátní) mutageny k jejich přeměně na aktivní (tzv. ultimátní) mutageny

dochází působením detoxifikačních enzymů v lidském dochází působením detoxifikačních enzymů v lidském

organismuorganismu

tyto biotransformační procesy se označují jako tyto biotransformační procesy se označují jako

metabolická aktivace promutagenůmetabolická aktivace promutagenů

Testy genotoxicityTesty genotoxicity

Testy na molekulární úrovniTesty na molekulární úrovni – studujeme – studujeme změny na úrovni DNA (mutace, reparační změny na úrovni DNA (mutace, reparační syntézu, chemické modifikace bází)syntézu, chemické modifikace bází)

Testy na genové úrovni – Testy na genové úrovni – studujeme vznik studujeme vznik genových mutací zjistitelných na biochemické genových mutací zjistitelných na biochemické bázi (např. použitím selekčního média, bázi (např. použitím selekčního média, sledováním exprese určitých genů atd.)sledováním exprese určitých genů atd.)

Testy na chromozomové úrovni – Testy na chromozomové úrovni – studujeme studujeme vznik chromozomových aberací (strukturních, vznik chromozomových aberací (strukturních, popř. numerických)popř. numerických)

Studium vzniku konkrétních mutací Studium vzniku konkrétních mutací

Stanovení aduktůStanovení aduktů

Neplánovaná syntéza DNA – UDS Neplánovaná syntéza DNA – UDS

((UUnscheduled nscheduled DDNA NA SSynthesis)ynthesis)

Comet assay neboli SSGE (Comet assay neboli SSGE (SSingle ingle

CCell ell GGel el EElectrophoresis)lectrophoresis)

Testy na molekulární úrovniTesty na molekulární úrovni

viz skripta Praktická

cvičení, str. 49

Comet assay Comet assay („kometový test“)(„kometový test“)

Single Cell Gel Electrophoresis Single Cell Gel Electrophoresis (SSGE)(SSGE)Stanovení malých fragmentů DNA Stanovení malých fragmentů DNA v jádrech jednotlivých buněk v jádrech jednotlivých buněk Fragmenty vznikají poškozením Fragmenty vznikají poškozením genetického materiálu vlivem genetického materiálu vlivem mutagenů.mutagenů.

Comet assayComet assay(kometový test)(kometový test)Jádra buněk převedeme do gelu a případné fragmenty Jádra buněk převedeme do gelu a případné fragmenty DNA uvolníme z jader pomocí elektroforézy. DNA uvolníme z jader pomocí elektroforézy. Pak obarvíme jádra fluoreskující látkou a prohlížíme pod Pak obarvíme jádra fluoreskující látkou a prohlížíme pod fluorescenčním mikroskopem. fluorescenčním mikroskopem. Pokud jsou fragmenty přítomny, vytvářejí v sousedství Pokud jsou fragmenty přítomny, vytvářejí v sousedství jádra fluoreskující útvar připomínající ohon komety.jádra fluoreskující útvar připomínající ohon komety.

– +

Kometový testKometový test

Možné výsledky kometového testuMožné výsledky kometového testu

Normální jádro

s nepoškozenou DNA

Dvě jádra

s poškozenou DNA

Vyhodnocení kometového testuVyhodnocení kometového testu

Kometový test Kometový test – počítačové – počítačové zpracovánízpracování

Využívají zejména bakterií a Využívají zejména bakterií a

kultur savčích buněkkultur savčích buněk Indukce resistentních mutant u Indukce resistentních mutant u

savčích buněk savčích buněk in vitroin vitro

SOS/umu testSOS/umu test

Amesův test (jeden z dosud Amesův test (jeden z dosud

nejpoužívanějších testů nejpoužívanějších testů

genotoxicity)genotoxicity)

Testy na genové úrovniTesty na genové úrovni

viz skripta Praktická

cvičení, str. 49

Amesův testAmesův test

Bruce Ames (nar. 1928)


Umožňuje studium reverzních mutací u histidin – deficientních Umožňuje studium reverzních mutací u histidin – deficientních

kmenů bakterie kmenů bakterie Salmonella typhimuriumSalmonella typhimurium. Tyto auxotrofní mutanty . Tyto auxotrofní mutanty

přežívají pouze na médiu obsahujícím histidin. přežívají pouze na médiu obsahujícím histidin.

Působením mutagenu dojde u některých buněk k reverzní mutaci, Působením mutagenu dojde u některých buněk k reverzní mutaci,

která způsobí „opravu“ genu pro syntézu histidinu. Bakterie s touto která způsobí „opravu“ genu pro syntézu histidinu. Bakterie s touto

mutací tak znovu získají schopnost tvorby histidinu a přežívají i na mutací tak znovu získají schopnost tvorby histidinu a přežívají i na

médiu, které histidin neobsahuje.médiu, které histidin neobsahuje.

Bakterie

His–

Na normálním médiu umírá

Médium s histidinem

Normálnímédium

Bakterie

His+Reverzní mutace

Mutagen


Testovaná látka

Prokázanýmutagen

0Negativní kontrola

Pozitivní kontrola

Miska s testovanou

látkou

GENOTOXICITA PROKÁZÁNA

Proč lze i na negativní kontrole (tj. na misce bez jakéhokoliv mutagenu) pozorovat nárůst bakterií?

SPONTÁNNÍ REVERTANTI

Interpretujte výsledek testu? Lze tímto výsledkem potvrdit genotoxicitu látky?

Vysvětlete, jaký význam má pozitivní kontrola (tj. aplikace známého mutagenu).

SLOUŽÍ KE KONTROLE PRŮBĚHU TESTU A PRO

SROVNÁNÍ

?

?

?

Výsledek Amesova testuVýsledek Amesova testu

Amesův test – Amesův test – automatické odečtení automatické odečtení

výsledkůvýsledků

Úkol 1: Stanovení mutagenní aktivity Úkol 1: Stanovení mutagenní aktivity 1-nitropyrenu pomocí Amesova testu1-nitropyrenu pomocí Amesova testu

Graf dokumentuje výsledky testování různých koncentrací Graf dokumentuje výsledky testování různých koncentrací 1-nitropyrenu.1-nitropyrenu.Jaký je vztah mezi koncentrací látky a počtem kolonií Jaký je vztah mezi koncentrací látky a počtem kolonií revertantů ? Lze v tomto případě prokázat mutagenní revertantů ? Lze v tomto případě prokázat mutagenní aktivitu ? aktivitu ? Vysvětlete, proč není závislost počtu kolonií na koncentraci Vysvětlete, proč není závislost počtu kolonií na koncentraci látky lineární ? Proč testujeme látku ve více látky lineární ? Proč testujeme látku ve více koncentracích ?koncentracích ?

skripta – str. 50 – 10.7.1.

Řešení úkolu 1Řešení úkolu 1

Počet kolonií stoupá s koncentrací – projevuje se

mutagenní účinek látkyNárůst počtu kolonií se při

zvýšení koncentrace zastavuje –

uplatňují se toxické účinky

Testy na chromozomové úrovniTesty na chromozomové úrovniMicronucleus testMicronucleus test („test tvorby mikrojader“) je založen („test tvorby mikrojader“) je založen na hodnocení výskytu acentrických chromozomových na hodnocení výskytu acentrických chromozomových fragmentů. Tyto části jaderné hmoty zpravidla zůstávají fragmentů. Tyto části jaderné hmoty zpravidla zůstávají po skončení mitózy mimo buněčné jádro a vytvářejí tzv. po skončení mitózy mimo buněčné jádro a vytvářejí tzv. mikrojádramikrojádra..

Studium výměn sesterských chromatidStudium výměn sesterských chromatid neboli neboli SCESCE ((SSister ister CChromatid hromatid EExchanges)xchanges)

Stanovení frekvence strukturních, popř. Stanovení frekvence strukturních, popř. numerických chromozomových aberací numerických chromozomových aberací u savčích u savčích buněk v kultuře, laboratorních zvířat nebo přímo u osob, buněk v kultuře, laboratorních zvířat nebo přímo u osob, které přišly do styku se suspektním mutagenem (lze tak které přišly do styku se suspektním mutagenem (lze tak monitorovat genotoxickou zátěž u pracovníků v monitorovat genotoxickou zátěž u pracovníků v rizikových provozech)rizikových provozech)

Micronucleus testMicronucleus test

Provádíme inhibici cytokineze cytochalasinem B

Testy na chromozomové úrovniTesty na chromozomové úrovniMicronucleus testMicronucleus test („test tvorby mikrojader“) je založen na („test tvorby mikrojader“) je založen na hodnocení výskytu acentrických chromozomových hodnocení výskytu acentrických chromozomových fragmentů. Tyto části jaderné hmoty zpravidla zůstávají po fragmentů. Tyto části jaderné hmoty zpravidla zůstávají po skončení mitózy mimo buněčné jádro a vytvářejí tzv. skončení mitózy mimo buněčné jádro a vytvářejí tzv. mikrojádramikrojádra..

Studium výměn sesterských chromatidStudium výměn sesterských chromatid neboli neboli SCESCE ((SSister ister CChromatid hromatid EExchanges) – viz skripta „Klinická xchanges) – viz skripta „Klinická cytogenetika 1“ – str. 95cytogenetika 1“ – str. 95

Stanovení frekvence strukturních, popř. numerických Stanovení frekvence strukturních, popř. numerických chromozomových aberací chromozomových aberací u savčích buněk v kultuře, u savčích buněk v kultuře, laboratorních zvířat nebo přímo u osob, které přišly do laboratorních zvířat nebo přímo u osob, které přišly do styku se suspektním mutagenem (lze tak monitorovat styku se suspektním mutagenem (lze tak monitorovat genotoxickou zátěž u pracovníků v rizikových provozech)genotoxickou zátěž u pracovníků v rizikových provozech)

Analýza zlomů a dalších Analýza zlomů a dalších strukturních aberacístrukturních aberací

Chromozomové aberace jako Chromozomové aberace jako měřítko genotoxických vlivůměřítko genotoxických vlivů

Úkol 2Úkol 2Ve třech různých provozech byl Ve třech různých provozech byl

sledován možný vliv sledován možný vliv

genotoxických faktorů genotoxických faktorů

pracovního prostředí na pracovního prostředí na

základě frekvence výskytu základě frekvence výskytu

lymfocytů s aberacemi lymfocytů s aberacemi

chromozomů.chromozomů.

Prostudujte výsledky Prostudujte výsledky

cytogenetického vyšetření a cytogenetického vyšetření a

posuďte, zda je riziko posuďte, zda je riziko

mutagenních vlivů v uvedených mutagenních vlivů v uvedených

provozech vskutku reálné. provozech vskutku reálné.

skripta – str.51 – 10.7.3

Řešení úkolu 2Řešení úkolu 2Pracoviště APracoviště A ØØ 0,95% CHA 0,95% CHA vliv mutagenů nelze vliv mutagenů nelze

prokázatprokázat

Pracoviště BPracoviště B ØØ 4,62% CHA4,62% CHA vliv mutagenů je vliv mutagenů je

pravděpodobnýpravděpodobný

Pracoviště CPracoviště C ØØ 1,87% CHA 1,87% CHA k posouzení není k posouzení není

dostatek datdostatek dat

Karcinogeny (kancerogeny)Karcinogeny (kancerogeny)

Látky, popř. jiné faktory Látky, popř. jiné faktory

způsobující změnu způsobující změnu

(transformaci) normální (transformaci) normální

buňky na buňku buňky na buňku

nádorovounádorovou

Mutagen X KarcinogenMutagen X Karcinogen

Každý prokázaný mutagen je suspektním Každý prokázaný mutagen je suspektním

karcinogenem. karcinogenem.

Ne všechny karcinogeny jsou rovněž Ne všechny karcinogeny jsou rovněž

mutagenní. mutagenní.

Spolehlivé stanovení karcinogenity vůči Spolehlivé stanovení karcinogenity vůči

lidskému organismu bývá složité a lidskému organismu bývá složité a

v některých případech těžko proveditelné. v některých případech těžko proveditelné.

Přímé hodnocení karcinogenityPřímé hodnocení karcinogenityNěkteré karcinogeny jsou epigenetické, Některé karcinogeny jsou epigenetické, proto mají testy genotoxicity jen omezenou proto mají testy genotoxicity jen omezenou výpovědní hodnotu. výpovědní hodnotu. K hodnocení karcinogenní aktivity K hodnocení karcinogenní aktivity využíváme speciální testy a studie, k nimž využíváme speciální testy a studie, k nimž patří:patří: přímé laboratorní testypřímé laboratorní testy epidemiologická studia lidské populaceepidemiologická studia lidské populace

(hodnotíme a srovnáváme výskyt nádorů u (hodnotíme a srovnáváme výskyt nádorů u různě exponovaných lidských populací).různě exponovaných lidských populací).

viz skripta Praktická cvičení – str. 50

Databáze IARCDatabáze IARC

Databáze IARC Databáze IARC (International Agency for Research of Cancer)(International Agency for Research of Cancer)

Pro přímý vstup použijte adresu:Pro přímý vstup použijte adresu:

http://http://monographs.iarc.fr/index.phpmonographs.iarc.fr/index.php

http://monographs.iarc.fr/index.php

Klasifikace testovaných látek Klasifikace testovaných látek podle IARCpodle IARC

Skupina Skupina 11:: Látky (směsi) karcinogenní pro člověka Látky (směsi) karcinogenní pro člověka

Skupina Skupina 2A2A:: Látky (směsi) pravděpodobně karcinogenní Látky (směsi) pravděpodobně karcinogenní

pro člověkapro člověka

Skupina Skupina 2B2B:: Látky (směsi) s možným karcinogenním Látky (směsi) s možným karcinogenním

účinkemúčinkem

Skupina Skupina 33:: Látky (směsi), jejichž karcinogenitu pro Látky (směsi), jejichž karcinogenitu pro

člověka nelze klasifikovat (důkazy karcinogenity nejsou člověka nelze klasifikovat (důkazy karcinogenity nejsou

dostatečné)dostatečné)

Skupina Skupina 44:: Látky (směsi), které pravděpodobně Látky (směsi), které pravděpodobně

nevykazují karcinogenní účinek vůči člověkunevykazují karcinogenní účinek vůči člověku

Na shledanou a hodně Na shledanou a hodně štěstí!štěstí!

Documents

Biologie pro bakaláře - Praktikum 4