Curs 1 - Introducere Si Structura ADN

GENETICA UMANĂ GENETICA UMANĂ ŞI ŞI

IMPORTANŢA EI IMPORTANŢA EI ÎN ÎN

MEDICINA MODERNĂMEDICINA MODERNĂ

A. CONŢINUTUL GENETICII UMANEA. CONŢINUTUL GENETICII UMANE

1. GENETICA 1. GENETICA ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢIIŞI VARIABILITĂŢII

2. GENETICA UMANĂ - DISCIPLINĂ 2. GENETICA UMANĂ - DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ, CLINICĂ ŞI FUNDAMENTALĂ, CLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂ.MEDICO-SOCIALĂ.

A.A.CONŢINUTUL GENETICII UMANECONŢINUTUL GENETICII UMANE GENETICA GENETICA ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII ŞTIINŢA EREDITĂŢII ŞI VARIABILITĂŢII

EREDITATEAEREDITATEA proprietatea unui individ deproprietatea unui individ de a transmite la a transmite la

urmaşiurmaşi caracterelecaracterele personale precum şi cele personale precum şi cele ale speciei sale.ale speciei sale.

Se transmit Se transmit informaţiileinformaţiile pentru realizarea pentru realizarea caracterelor. caracterelor.

Ereditatea = proces informaţional care Ereditatea = proces informaţional care presupune presupune stocarea, expresia şi transmitereastocarea, expresia şi transmiterea informaţiei necesare pentru realizarea informaţiei necesare pentru realizarea caracterelor unui individ.caracterelor unui individ.

Ereditatea este o Ereditatea este o FUNCŢIEFUNCŢIE..


Substratul molecularSubstratul molecular al eredităţii: al eredităţii:

acidul deoxi-ribonucleic (ADN)acidul deoxi-ribonucleic (ADN)

3 funcţii majore.3 funcţii majore.

deţinedeţine informaţia ereditară informaţia ereditară .. exprimăexprimă informaţia ereditară informaţia ereditară . . transmitetransmite informaţia ereditară informaţia ereditară ..


ADN ADN deţinedeţine informaţia ereditară informaţia ereditară

macropolimer de macropolimer de nucleotidenucleotidecodificată - unitate de cod: codificată - unitate de cod: CODONCODON (3 nucleotide învecinate) ↔ (3 nucleotide învecinate) ↔ AMINOACIDAMINOACID GENOMGENOM = totalitatea informaţiei din ADN. = totalitatea informaţiei din ADN.GENAGENA = unitatea de informaţie ereditară = unitatea de informaţie ereditară

""o genă o genă un caracter un caracter " " MUTAŢIEMUTAŢIE (modificare a structurii genice) (modificare a structurii genice) variantă genică normală sau anormală.variantă genică normală sau anormală.Mutaţiile = Mutaţiile = cauze majorecauze majore de boală sau de boală sau predispoziţie la boalăpredispoziţie la boală


ADN ADN deţinedeţine informaţia ereditară informaţia ereditară

ADN + proteine → ADN + proteine → cromosomi cromosomi (= fibre de (= fibre de cromatină)cromatină)cromosomi cromosomi – substratul morfologic al – substratul morfologic al eredităţii; eredităţii;

în celulele somatice → în celulele somatice → 46 de cromosomi46 de cromosomi ((2n2n= număr diploid); = număr diploid);

în celulele sexuale → în celulele sexuale → 23 de cromosomi23 de cromosomi ((nn= număr haploid).= număr haploid).

cromosom = cromosom = succesiunesuccesiune caracteristică de caracteristică de genegene


ADN ADN exprimăexprimă informaţia ereditară informaţia ereditară

Transcripţie + TranslaţieTranscripţie + Translaţie

Transcripţie - Transcripţie - copiereacopierea informaţiei informaţiei genetice corespunzătoare unei gene → genetice corespunzătoare unei gene → moleculă de moleculă de ARNmARNm (mesager): (mesager):

Translaţie – Translaţie – decodificareadecodificarea informaţiei informaţiei genetice dintr-o moleculă de ARNm → genetice dintr-o moleculă de ARNm → secvenţă peptidicăsecvenţă peptidică


VARIABILITATEAVARIABILITATEA

fenomenele care produc fenomenele care produc diferenţele diferenţele geneticegenetice dintre indivizii unei populaţii, dintre indivizii unei populaţii, precum şi între populaţii diferiteprecum şi între populaţii diferite ..

3 surse de variabilitate:3 surse de variabilitate: Recombinările geneticeRecombinările genetice – fenomene normale în – fenomene normale în

meioză şi fecundare.meioză şi fecundare. Mutaţiile geneticeMutaţiile genetice – fenomene anormale în cursul – fenomene anormale în cursul

diviziunilor celulare;diviziunilor celulare; Migraţiile populaţionaleMigraţiile populaţionale


VARIABILITATEAVARIABILITATEA

fiecare individ are o fiecare individ are o structură genetică structură genetică unică şi unică şi

specificăspecifică..

B. CONŢINUTUL GENETICII UMANEB. CONŢINUTUL GENETICII UMANE GENETICA UMANĂ – DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ, GENETICA UMANĂ – DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ,

CLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂCLINICĂ ŞI MEDICO-SOCIALĂ

DISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂDISCIPLINĂ FUNDAMENTALĂ

Genetica umană – disciplină Genetica umană – disciplină fundamentalăfundamentală → studiul → studiul structurilor, structurilor, mecanismele şi legile mecanismele şi legile de bază ale de bază ale eredităţiieredităţii. .

Ereditatea controlează toate Ereditatea controlează toate procesele vieţii → procesele vieţii → genetica umanăgenetica umană baza medicinii modernebaza medicinii moderne..



DISCIPLINĂ CLINICĂDISCIPLINĂ CLINICĂ Genetica umană → Genetica umană → genetica medicalăgenetica medicală relaţia ereditate ↔boalărelaţia ereditate ↔boală - - importanţaimportanţa mutaţiilor mutaţiilor

în producerea bolilor sau predispoziţiei la boli. în producerea bolilor sau predispoziţiei la boli. Genetica medicală - sGenetica medicală - specialitate distinctăpecialitate distinctă: :

diagnosticul şi îngrijirea diagnosticul şi îngrijirea pacienţilorpacienţilor cu boli genetice; cu boli genetice; îngrijirea îngrijirea familiilor familiilor bolnavilor prin: bolnavilor prin:

sfat genetic, sfat genetic, diagnostic prenatal, diagnostic prenatal, screening neonatal screening neonatal diagnostic presimptomaticdiagnostic presimptomatic. .

Importanţă în asistenţa medicală a populaţiei → Importanţă în asistenţa medicală a populaţiei → păstrarea stării de sănătate a generaţiilor păstrarea stării de sănătate a generaţiilor viitoare.viitoare.



DISCIPLINĂ MEDICO-SOCIALĂDISCIPLINĂ MEDICO-SOCIALĂ

bolile genetice bolile genetice = = problemă majoră de problemă majoră de sănătate publică:sănătate publică: afectează afectează peste 5%peste 5% din nou-născuţi, din nou-născuţi, interesează orice interesează orice ORGANORGAN si orice si orice VÂRSTAVÂRSTA boli boli cronicecronice şi şi invalidanteinvalidante, , cheltuieli importantecheltuieli importante de asistenţă medicală şi de asistenţă medicală şi

socialăsocială pot fi pot fi preveniteprevenite → genetica comunitară. → genetica comunitară.

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL

1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI 1. INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ.BIOLOGICĂ.

2. DETERMINISMUL CARACTERELOR 2. DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE FENOTIPICE ..

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ

INDIVIDUALITATEA GENETICĂINDIVIDUALITATEA GENETICĂ totalitatea informaţiei genetice a unui individ = totalitatea informaţiei genetice a unui individ =

GENOTIP GENOTIP = = 2n cromosomi2n cromosomi.. genotipul se formează în timpul genotipul se formează în timpul fecundării:fecundării: n crs (ovul) + n crs (spermatozoid) = 2n crs n crs (ovul) + n crs (spermatozoid) = 2n crs

(zigot) → (zigot) → COMBINAŢIE GENETICĂ NOUĂ, COMBINAŢIE GENETICĂ NOUĂ, UNICĂ, CONSTANTĂ ŞI IREPETABILĂUNICĂ, CONSTANTĂ ŞI IREPETABILĂ

genotipul → genotipul → programul ontogenetic:programul ontogenetic: succesiune de etape de dezvoltare succesiune de etape de dezvoltare prestabilite exact, prestabilite exact,

diferite calitativ şi precis delimitate temporaldiferite calitativ şi precis delimitate temporal

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ INDIVIDUALITATEA GENETICĂ ŞI BIOLOGICĂ

INDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂINDIVIDUALITATEA BIOLOGICĂ FENOTIPFENOTIP ansamblul ansamblul unicunic de caractere specifice, de caractere specifice,

produse prin interacţiunea permanentă şi în produse prin interacţiunea permanentă şi în proporţii diferite dintre proporţii diferite dintre genotip şi mediugenotip şi mediu

B. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIULB. OMUL, EREDITATEA ŞI MEDIUL DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE DETERMINISMUL CARACTERELOR FENOTIPICE

Caractere fenotipice:Caractere fenotipice:

ereditare (factori genetici);ereditare (factori genetici);

multifactoriale (factori genetici + de mediu);multifactoriale (factori genetici + de mediu);

ecologice (factori de mediu).ecologice (factori de mediu).


CARACTERE EREDITARE

•Determinate 100% de genotip;

•Pot fi:

•de specie – numai ereditare:

•ex. număr specific de cromosomi → barieră reproductivă;

•ereditare normale;

•ereditare anormale.


CARACTERE EREDITARE NORMALECARACTERE EREDITARE NORMALE determinate determinate monogenicmonogenic,, transmise transmise mendelianmendelian; ; >30 >30 sisteme grupalesisteme grupale: :

grupe grupe sanguinesanguine (ABO, Rh, MN, etc.), (ABO, Rh, MN, etc.), grupe grupe sericeserice (haptoglobine, transferine, ş.a.), (haptoglobine, transferine, ş.a.), grupe grupe enzimenzimaaticetice (fosfatază acidă, etc.), (fosfatază acidă, etc.), grupe grupe tisularetisulare (antigenele HLA); (antigenele HLA);

majoritatea polimorfe → majoritatea polimorfe → >> variante variante în populaţie:în populaţie: pentru sistemul de grup sanguin ABO → grupe A, B, AB şi O; pentru sistemul de grup sanguin ABO → grupe A, B, AB şi O;

fiecare individfiecare individ posedă posedă numai numai o anumită variantăo anumită variantă dintr-un sistem; dintr-un sistem; o o combinaţie specificăcombinaţie specifică de variante → de variante → unicat biologicunicat biologic


CARACTERE EREDITARE ANORMALECARACTERE EREDITARE ANORMALE determinate de determinate de mutaţiimutaţii,, prezente la prezente la unii indivizi → BOLI GENETICEunii indivizi → BOLI GENETICE: :

boli boli cromosomicecromosomice (sindrom Down = trisomia 21 etc.), (sindrom Down = trisomia 21 etc.), boli boli monogenicemonogenice (hemofilia ş.a.), (hemofilia ş.a.), boli boli mitocondrialemitocondriale (atrofia optică Leber), (atrofia optică Leber),

NB NB nu toate bolile genetice sunt ereditarenu toate bolile genetice sunt ereditare

unele boli genetice pot fi unele boli genetice pot fi influenţate de mediuinfluenţate de mediu → → posibilităţi de posibilităţi de profilaxie şi terapieprofilaxie şi terapie ex. ex. fenilcetonuriafenilcetonuria (deficit de fenilalanil-hidroxilază) → (deficit de fenilalanil-hidroxilază) → retard retard

mentalmental sever; sever; eliminareaeliminarea din alimentaţie a din alimentaţie a fenilalanineifenilalaninei → dezvoltare → dezvoltare

intelectuală normalăintelectuală normală


CARACTERE MULTIFACTORIALECARACTERE MULTIFACTORIALE

determinate de interacţiunea ereditate determinate de interacţiunea ereditate mediumediu

pot fi:pot fi: normale;normale; anormale.anormale.


CARACTERE MULTIFACTORIALE NORMALECARACTERE MULTIFACTORIALE NORMALE

numeroase caractere numeroase caractere normalenormale:: talia;talia; greutatea;greutatea; inteligenţa;inteligenţa; tensiunea arterială;tensiunea arterială;

contribuţia ereditară este contribuţia ereditară este poligenicăpoligenică;; genotipul determină:genotipul determină:

un procent din caracter = un procent din caracter = HERITABILITATEHERITABILITATE;; limita limita maximămaximă de dezvoltare a caracterului; de dezvoltare a caracterului; norme de reacţiinorme de reacţii la factorii de mediu. la factorii de mediu.


CARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALECARACTERE MULTIFACTORIALE ANORMALE

boli multifactoriale (B)boli multifactoriale (B) tipuritipuri::

anomaliile congenitale izolate – anencefalia, DSV;anomaliile congenitale izolate – anencefalia, DSV; bolile comune ale adultului – HTA, DZ;bolile comune ale adultului – HTA, DZ; boli prin mutaţii somatice – cancere, boli autoimune;boli prin mutaţii somatice – cancere, boli autoimune;

contribuţia ereditară este contribuţia ereditară este poligenică → poligenică → au caracter au caracter familialfamilial, fără transmitere mendeliană;, fără transmitere mendeliană;

genotipul → genotipul → PREDISPOZIŢIE LA BOALĂ PREDISPOZIŢIE LA BOALĂ (PG);(PG); B = PG + M → B = PG + M → măsuri de profilaxie:măsuri de profilaxie:

identificareidentificare persoanelor cu predispoziţie geneticăpersoanelor cu predispoziţie genetică;; evitareaevitarea factorilor nocivi de mediufactorilor nocivi de mediu


CARACTERE ECOLOGICECARACTERE ECOLOGICE

agenţi fizici, chimici sau biologici → agresiuni → boli agenţi fizici, chimici sau biologici → agresiuni → boli aparent aparent negeneticenegenetice..

efectele agresiunilorefectele agresiunilor exogene influenţate de exogene influenţate de GENOTIPGENOTIP mod specific de răspuns mod specific de răspuns la agresiunila agresiuni → → ECOGENETICAECOGENETICA

studiază studiază variaţiile individuale determinate geneticvariaţiile individuale determinate genetic la acţiunea factorilor la acţiunea factorilor externi;externi;

alergenii, alcoolul, fumatul, infecţiile → efecte diferite la persoane diferitealergenii, alcoolul, fumatul, infecţiile → efecte diferite la persoane diferite manifestarea şi gravitateamanifestarea şi gravitatea îmbolnăvirilor → îmbolnăvirilor → FARMACOGENETICAFARMACOGENETICA

studiază studiază diferenţele genetice individualediferenţele genetice individuale în răspunsul organismelor la în răspunsul organismelor la acţiunea medicamentelor;acţiunea medicamentelor;

medicamente oxidante → la persoane cu medicamente oxidante → la persoane cu deficienţa în G6PDdeficienţa în G6PD (asimptomatice) → anemie hemolitică(asimptomatice) → anemie hemolitică

factorii de mediu → factorii de mediu → Fenocopii:Fenocopii: manifestări de boală similare cu boli geneticemanifestări de boală similare cu boli geneticeimportante în sfat genetic → riscuri de recurenţă diferite (ex., importante în sfat genetic → riscuri de recurenţă diferite (ex., microcefalia)microcefalia)..

DOGMA FUNDAMENTALĂ A GENETICIIDOGMA FUNDAMENTALĂ A GENETICII

GENOTIPGENOTIP FENOTIPFENOTIP

MEDIUMEDIU

ADNADN ARNmARNm PROTEINĂPROTEINĂtransmiteretransmitere transcripţie translaţietranscripţie translaţie

ereditarăereditară

ADNADN

Descifrarea Descifrarea structurii ADNstructurii ADN= singura cale pentru înţelegerea = singura cale pentru înţelegerea naturii şi funcţiei GENEI:naturii şi funcţiei GENEI:

stocarea, expresia şi transmiterea informaţiei geneticestocarea, expresia şi transmiterea informaţiei genetice

U.M.F IAŞI

-A-T-C-G-C-G-A-T-T-A-C-G-A-T-

-T-A-G-C-G-C-T-A-A-T-G-C-T-A-

În anul 1953, În anul 1953, J.D.J.D. WATSON WATSON şi Fşi F.. CRICK CRICK au propus un au propus un modelmodel al al structuriistructurii ADN ADN::

alcătuit alcătuit din din două două catene catene polinucleotidicepolinucleotidice (A, G, T,C)(A, G, T,C), ,

legate complementarlegate complementar prin prin bazele bazele azotateazotate: A-T; G-C: A-T; G-C, ,

înfăşurate într-o înfăşurate într-o elice dublăelice dublă, , răsucită spre răsucită spre dreaptadreapta..

A). STRUCTURA ADNA). STRUCTURA ADN

U.M.F IAŞI

STRUCTURA ADNSTRUCTURA ADN

În anul În anul 19621962, , James James Watson şi Francis CrickWatson şi Francis Crick au au primit primit premiul Nobelpremiul Nobel

Modelul structurii ADN → Modelul structurii ADN → universal universal valabil în lumea valabil în lumea vie.vie.

ADN devine nu numai ADN devine nu numai esenţa geneticiiesenţa geneticii ci şi un ci şi un veritabil veritabil simbol simbol al vieţii *al vieţii * şi al medicinii moleculare*şi al medicinii moleculare*

U.M.F IAŞI

1.1. STRUCTURA PRIMARĂ ŞI SECUNDARĂ STRUCTURA PRIMARĂ ŞI SECUNDARĂ A ADNA ADN

1.1. STRUCTURA PRIMARĂ1.1. STRUCTURA PRIMARĂ ADN este un ADN este un macro-macro-polimer polimer

de de dezoxiribonucleotidedezoxiribonucleotide;;

[[PP – – 55dRdR11 - - NN]]nn

Pentoză

D-2-dezoxiriboza

Bază azotată:

Pur – A, G

Pir – T, C

Grup fosfat

(ac.ortofosforic)

U.M.F IAŞI

Polimerizarea nucleotidelorPolimerizarea nucleotidelor: legături : legături covalente covalente (puternice) (puternice) 3’- 5’ fosfodiester3’- 5’ fosfodiester**

Se formează Se formează o o catenăcatenă (lanţ): (lanţ):- - continuăcontinuă, , - - linearălineară (neramificată!) (neramificată!) • o parte "o parte "constantăconstantă" (ax) → " (ax) → fosfofosfo--

glucidicăglucidică şi şi • o parte “o parte “variabilăvariabilă” → ” → bazele bazele

azotate *azotate *,,• polaritatepolaritate 5’ →3’5’ →3’

Această catenă = Această catenă = structura PRIMARĂ a structura PRIMARĂ a ADN - ADN - ce deţine informaţia ereditară ce deţine informaţia ereditară codificatăcodificată

1.1. Structura primară a ADNU.M.F IAŞI

IInformaţia genetică nformaţia genetică codificatăcodificată = = ssecvenţa (ordinea) ecvenţa (ordinea) nucleotidelor → nucleotidelor → determină determină ordinea aminoacizilor ordinea aminoacizilor în proteineîn proteine. .

5'-5'- ATGATGCCTCCTAGAAGATCATCA -- 3'3' aa1aa1- - aa2aa2--aa3aa3- aa4- aa4

““alfabet nucleicalfabet nucleic” ” = patru = patru ""literelitere"": : A, T, G, CA, T, G, C

""cuvintecuvinte"" de trei litere de trei litere = = triplet sau triplet sau codoncodon → → aminoacidaminoacid ATGATG →→ Met Met

asamblate într-o asamblate într-o ""frazăfrază"" = = o o genă genă = unitatea de informaţie = unitatea de informaţie geneticăgenetică; ; secvenţa nucleotidesecvenţa nucleotide → → secvenţasecvenţa AA în AA în proteină.proteină.

ATG TGT AAA CCAATG TGT AAA CCA Met cis lys proMet cis lys pro

1.1. Structura primară a ADNU.M.F IAŞI

Sensul de "citire"Sensul de "citire" al informaţiei genetice este determinat al informaţiei genetice este determinat de de polaritatea 5' polaritatea 5' 3' 3' a catenei de ADN a catenei de ADN

5'-5'- ATGATGCCTCCTAGAAGATCATCA -- 3'3' aa1aa1- - aa2 aa2 --aa3aa3-aa4-aa4

1.1. Structura primară a ADN

Informaţia NU poate fi citită corect decât într-un singur sens:

ROMA

U.M.F IAŞI

MMutaţiautaţia geneigenei → → substituţiasubstituţia unui unui nucleotid → nucleotid → modificarea unui codonmodificarea unui codon * * → → înlocuirea unui înlocuirea unui aminoacidaminoacid →→ modificareamodificarea structurii şi funcţiei structurii şi funcţiei proteineiproteinei sintetizate sintetizate..

ATG TGT AAA CCA ATG TGT AAA CCA ATG ATG AAGGT AAA CCAT AAA CCA Met cis lys proMet cis lys pro Met Met serser lys pro lys pro

1.1. Structura primară a ADN

Informaţia genetică Informaţia genetică U.M.F IAŞI

1.2. STRUCTURA SECUNDARĂ a ADN1.2. STRUCTURA SECUNDARĂ a ADN

două catenedouă catene polinucleotidicepolinucleotidice, ,

legatelegate între ele între ele prin prin bazele azotatebazele azotate,,

în mod în mod complementarcomplementar ::• b. b. ppurinurin.. –– bb.. ppirimidirimid..• AA − − TT şi şi GG − − CC **

cele două catene sunt cele două catene sunt strict codeterminatestrict codeterminate. .

De exemplu: De exemplu: 5'-A5'-ACGTCGTCAG-3‘CAG-3‘ 3'-T3'-TGCAGCAGTC-5‘GTC-5‘ * *

U.M.F IAŞI

LLegea egea complementarităţiicomplementarităţii bazelorbazelor explicăexplică mecanismelmecanismelee prin care se prin care se realizează realizează funcţiilefuncţiile genetice ale ADNgenetice ale ADN: : • transcripţia, transcripţia, • replicarea, replicarea, • repararea leziunilor, repararea leziunilor, • rrecombinareaecombinarea

Pentru aceste funcţiiPentru aceste funcţii c catenele atenele se pot se pot desface parţialdesface parţial → → ““matriţematriţe” → ” → pt sinteza unor pt sinteza unor noi noi molecule molecule complementarecomplementare (ARNm sau ADN).(ARNm sau ADN).

1.2. Structura secundară a ADNU.M.F IAŞI

catenele ADN sunt catenele ADN sunt antiparaleleantiparalele ((↓↑↓↑))

catenele ADN se catenele ADN se înfăşoară înfăşoară plectonemicplectonemic → → dublă spiralădublă spirală elicoidală elicoidală coaxială - dextrogirăcoaxială - dextrogiră..

Structura ADN este Structura ADN este perfect perfect regulată ! regulată ! ((ØØ 2 nm; 2 nm; pas=3,4nm)pas=3,4nm)

Două Două şanţuri laterale: şanţuri laterale: mic mic (←histone) şi (←histone) şi mare mare (← (← proteine proteine reglatoarereglatoare))

În condiţii fiziologice - În condiţii fiziologice - molecula ADN are o mare molecula ADN are o mare stabilitatestabilitate metabolică. metabolică.

1.2. Structura secundară a ADNU.M.F IAŞI

1.3. Denaturarea şi hibridizarea ADN1.3. Denaturarea şi hibridizarea ADN

În În condiţii condiţii experimentaleexperimentale ((tratare termică sau chimicătratare termică sau chimică)) → → ruperearuperea (desfacerea) (desfacerea) legăturilor de hidrogen = legăturilor de hidrogen = denaturaredenaturare→→ monocatene *monocatene *. .

• monocatenele de ADN monocatenele de ADN răcite răcite lentlent se pot reasocia pe baza se pot reasocia pe baza complementarităţii = complementarităţii = renaturarerenaturare sau sau hibridhibridizizareare..

• răcire răcire bruscăbruscă – – monocatene monocatene

separateseparate

U.M.F IAŞI

DENATURAREA ŞI HIBRIDIZAREA ADNDENATURAREA ŞI HIBRIDIZAREA ADN

MMonocateneleonocatenele ADN separateADN separate se se pot pot uniuni,, pe bază de complementaritatepe bază de complementaritate, , cu cu alte monocatenealte monocatene dede ADN ADN sau sau ARNARN – formând – formând hibrizi molecularihibrizi moleculari;;

HMHM folosiţi în folosiţi în diagnostic şi diagnostic şi tratamenttratament::

• hibridizarehibridizare întreîntre o o monocatenă de ADN monocatenă de ADN nativ nativ şi şi o o ""sondsondăă““ de ADN de ADN (secvenţă (secvenţă de ADNde ADN obţinut obţinutăă artificial) ce artificial) ce corespundcorespundee unei unei genegene, , marcată fluorescentmarcată fluorescent::- hibridizarea sondei → hibridizarea sondei → prezenţa prezenţa

semnalului semnalului →→ prezenţa geneiprezenţa genei;;- absenţa semnal = absenţa semnal = deleţia geneideleţia genei

U.M.F IAŞI

B. STRUCTURA GENOMULUI UMANB. STRUCTURA GENOMULUI UMAN

Genomul umanGenomul uman ( (GUGU) =) = – – conţinutul conţinutul ADN celularADN celular sau sau

– – ansamblul ansamblul integratintegrat al celor al celor 25 de molecule diferite de ADN25 de molecule diferite de ADN (24 în (24 în

nucleu: 22 autosomi+X+Y şi 1 în mitocondrii), = nucleu: 22 autosomi+X+Y şi 1 în mitocondrii), = 3,2 miliarde de pb3,2 miliarde de pb GUGU = un = un genom genom nuclearnuclear (complex, 99,5% ADN) + un (complex, 99,5% ADN) + un

genom genom mitocondrialmitocondrial (simplu şi mic, 0,5%)(simplu şi mic, 0,5%). .

U.M.F IAŞI

1. PROIECTUL GENOM UMAN1. PROIECTUL GENOM UMAN (1990 – 2005)(1990 – 2005)

Obiectivele Obiectivele majore ale PGU:majore ale PGU:

• descifrarea secvenţeidescifrarea secvenţei nucleotidice şi structurii nucleotidice şi structurii GU GU (“harta genetică” a omului),(“harta genetică” a omului),

• identificarea geneloridentificarea genelor umane umane → →((„cartea vieţii„cartea vieţii”)”)..

U.M.F IAŞI

PROIECTUL GENOM UMANPROIECTUL GENOM UMAN (1900 – 2005)(1900 – 2005)

februarie februarie 20012001::

schiţa iniţială a schiţa iniţială a GUGU,,

octombrie octombrie 20042004::

versiunea versiunea finisatăfinisată,,

de înaltă precizie, a de înaltă precizie, a secvenţei nucleotidice secvenţei nucleotidice aproape complete a GU aproape complete a GU

(2,85 miliarde de pb sau ~ (2,85 miliarde de pb sau ~

99% din eucromatină).99% din eucromatină). GENOMICA STRUCTURALĂ

U.M.F IAŞI

U.M.F IAŞI

U.M.F IAŞI

GENOMICĂ STRUCTURALĂGENOMICĂ STRUCTURALĂ( patru comentarii majore)( patru comentarii majore)

1.1. NumărulNumărul genelor umane genelor umane este este surprinzător de surprinzător de micmic ((~~25.000).25.000).

Reprezintă mai puţin Reprezintă mai puţin de ... de ... 5 % din GU5 % din GU

Genele sunt Genele sunt distribuite distribuite inegalinegal între şi în între şi în interiorul cromozomilorinteriorul cromozomilor

Cine face diferenţa dintre Cine face diferenţa dintre OM şi alte specii OM şi alte specii * * ?? Poziţia genelor în genomPoziţia genelor în genom Structura Structura mai mai complexă complexă

(modulară) (modulară) a a genelor şi genelor şi proteinelor. proteinelor.

Modul în care “lucrează” Modul în care “lucrează” genele (mai intens, mai genele (mai intens, mai complex);complex);

U.M.F IAŞI

GENOMICĂ STRUCTURALĂGENOMICĂ STRUCTURALĂ

2.2. Genomul a două Genomul a două persoane persoane neînruditeneînrudite, , din populaţii diferite, din populaţii diferite, are are în comun 99,9%în comun 99,9% din secvenţele nu-din secvenţele nu-cleotidice din ADN.cleotidice din ADN.

Ce deosebeşte atunci un Ce deosebeşte atunci un om de altulom de altul, făcându-ne pe , făcându-ne pe fiecare dintre noi fiecare dintre noi UNICUNIC??

diferenţa de diferenţa de 0,1% (3 mil 0,1% (3 mil pb)pb) = = POLIMORFISM POLIMORFISM INDIVIDUAL →INDIVIDUAL →

Se spulberă definitivSe spulberă definitivideea raselor umaneideea raselor umane

U.M.F IAŞI

POLIMORFISMUL INDIVIDUAL al ADNPOLIMORFISMUL INDIVIDUAL al ADNO,1 % din genom = 3 milioane pb.O,1 % din genom = 3 milioane pb.

Această mică parte din genom este alcătuită din Această mică parte din genom este alcătuită din diferitediferite secvenţe polimorfice de ADN: secvenţe polimorfice de ADN:

CNPCNP: “: “copy number repeatscopy number repeats” = ” = secvenţe secvenţe marimari de ADN de ADN MINISATELIŢII HIPERVARIABILIMINISATELIŢII HIPERVARIABILI: secvenţe : secvenţe foarte foarte scurtescurte (14-65 (14-65

pb), pb), SNPsSNPs ( ( single nucleotid polymorphismsingle nucleotid polymorphism)) 1 pb1 pb la fiecare 1000 pbla fiecare 1000 pb

(în total 1,4 miliarde)(în total 1,4 miliarde)

Numărul, secvenţaNumărul, secvenţa şi şi poziţiapoziţia acestor acestor markeri markeri polimorficipolimorfici sunt sunt caracteristice fiecărui individcaracteristice fiecărui individ

U.M.F IAŞI

POLIMORFISMUL INDIVIDUAL al ADNPOLIMORFISMUL INDIVIDUAL al ADNO,1 % din genom = 3 milioane pb.O,1 % din genom = 3 milioane pb.

Markerii genetici individuali determinăMarkerii genetici individuali determină (dar încă nu ştim cum):(dar încă nu ştim cum):

răspunsul la agresiuni (boală), predispoziţia / răspunsul la agresiuni (boală), predispoziţia / vulnerabilitatea la boală;vulnerabilitatea la boală;

efectele medicamentelor (farmacogenomica)efectele medicamentelor (farmacogenomica) coordonarea fizică, abilităţile, memoria, coordonarea fizică, abilităţile, memoria,

creativitateacreativitatea

IMPORTANŢĂ:

U.M.F IAŞI

GENOMICĂ STRUCTURALĂ GENOMICĂ STRUCTURALĂ (1900-2005)(1900-2005)

3.3. Descifrarea secvenţeiDescifrarea secvenţei GU şi identificarea GU şi identificarea genelor – genelor – nu explicănu explică:: cum este structurată şi cum este structurată şi

funcţionează funcţionează o fiinţă o fiinţă umană; umană;

rolul genelor în rolul genelor în starea de starea de sănătate şi sănătate şi boală.boală.

Ce se va întâmpla în Ce se va întâmpla în epocaepoca postgenomicăpostgenomică (2006→?)(2006→?) ? ?

se va stabili se va stabili funcţiafuncţia precisă a precisă a fiecărei genefiecărei gene ((“adnotare funcţională”“adnotare funcţională”))

Se vor descifra Se vor descifra relaţiilerelaţiile funcţionalefuncţionale dintre gene:dintre gene: la nivelul trasnscripţiei la nivelul trasnscripţiei

((““transcriptomtranscriptom””)) la nivelul proteinelor la nivelul proteinelor

(“(“proteomproteom”)”)

GENOMICĂ FUNCŢIONALĂ

U.M.F IAŞI

4. Care vor fi consecinţele descifrării GU 4. Care vor fi consecinţele descifrării GU asupra medicinii clinice ?asupra medicinii clinice ?

““...publicarea schiţei GU ...publicarea schiţei GU va va schimbaschimba cu siguranţă practica cu siguranţă practica medicalămedicală în următoarele decenii; în următoarele decenii; medicina genomicămedicina genomică va va transformatransforma profund medicina clinică” profund medicina clinică”

(“(“Getting Ready for Gene-based MedecineGetting Ready for Gene-based Medecine” – ” – H. Varmus, H. Varmus, N.Engl.J.MedN.Engl.J.Med, 2002), 2002)

MEDICINA GENOMICĂMEDICINA GENOMICĂ

U.M.F IAŞI

Medicina genomică Medicina genomică (moleculară)(moleculară)

Elucidarea mecanismelormoleculare ale

bolilor

O nouă TAXONOMIE (clasificare a bolilor)pe subtipuri genotipice

DIAGNOSTIC MOLECULAR(presimptomatic; predispoziţie genetică)

NOI ŢINTE ŞI METODE TERAPEUTICE

PREDICŢIE ŞI PROFILAXIE PERSONALIZATĂ(riscul individual)

TERAPIE INDIVIDUALIZATĂ(farmacogenomică)

U.M.F IAŞI

PRECIZĂRI:PRECIZĂRI:

1. Transformările potenţiale ale practicii clinice se vor 1. Transformările potenţiale ale practicii clinice se vor faceface TREPTATTREPTAT, vor fi , vor fi lente dar profunde.lente dar profunde.

2. Vom traversa 2. Vom traversa o perioadă deo perioadă de TRANZIŢIETRANZIŢIE ce implică ce implică două categorii de două categorii de acţiuniacţiuni::

a)a) îmbunătăţirea “îmbunătăţirea “traininguluitrainingului” medical ” medical → → să fim pregătiţi să fim pregătiţi să înţelegem şi aplicăm medicina genomică.să înţelegem şi aplicăm medicina genomică.

““... În stadiul actual avem nevoie de ... În stadiul actual avem nevoie de cunoştinţecunoştinţe, , vocabularvocabular şi, şi, mai ales, de un mai ales, de un conceptconcept larg despre larg despre rolul genomiciirolul genomicii pentru pentru a a evitaevita RISCUL DE RISCUL DE A NU ÎNŢELEGEA NU ÎNŢELEGE MEDICINA VIITOAREMEDICINA VIITOARE””

(Dumont-Driscoll - 2002)(Dumont-Driscoll - 2002)

U.M.F IAŞI

PRECIZĂRIPRECIZĂRI::

b)b) Schimbarea treptată aSchimbarea treptată a gândirii clinicegândirii clinice şişiîngrijirii medicaleîngrijirii medicale

(3 concepte fundamentale)(3 concepte fundamentale)::

în medicina clasică în medicina clasică pe primul plan este pe primul plan este BOALABOALA, ,

în medicina genomicăîn medicina genomică important este important este BOLNAVUL BOLNAVUL

((medicina personalizatămedicina personalizată)) Se va trece de la Se va trece de la diagnosticdiagnostic şi şi tratamenttratament → → la la

predicţie predicţie şi profilaxie personalizată şi profilaxie personalizată

– – bazate pe bazate pe susceptibilităţile genetice individualesusceptibilităţile genetice individuale;; ““......păstrarea sănătăţiipăstrarea sănătăţii va deveni mai importantă decât va deveni mai importantă decât

tratarea bolii”.tratarea bolii”.

U.M.F IAŞI

MEDICINA SECOLULUI XXI VA FI:

PERSONALIZATĂ, PREDICTIVĂ, PREVENTIVĂ

Documents

Curs 1 - Introducere Si Structura ADN