Człowiek mendlowski? Genetyka człowieka w XX i XXI w.



Podobne dokumenty
Podstawy genetyki człowieka. Cechy wieloczynnikowe

Podstawy genetyki człowieka

Czego nie wiedzą genetycy. wyzwania biologii w XXI wieku

Genetyka człowieka II. Cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Podstawy genetyki 3. Dziedziczenie jednogenowe i wieloczynnikowe na przykładzie człowieka

Zmienność populacji człowieka. Polimorfizmy i asocjacje

Genetyka człowieka II. Cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Zmienność genetyczna człowieka

Zmienność populacji człowieka. Zróżnicowane genetyczne człowieka współczesnego. Polimorfizmy i asocjacje

Zmienność populacji cz owieka. Polimorfizmy i asocjacje

Genetyka człowieka II. Cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Genetyka człowieka II. Zaburzenia chromosomowe, cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Mapowanie genów cz owieka i badania asocjacji. podstawy

Dziedziczenie wieloczynnikowe. Problem przewidywalności

Podstawy genetyki. Dziedziczenie wieloczynnikowe na przykładzie człowieka. Asocjacje.

Mapowanie genów człowieka i badania asocjacji. podstawy

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Informacje. Kontakt: Paweł Golik Instytut Genetyki i Biotechnologii, Pawińskiego 5A Informacje, materiały:

Genetyka człowieka. Podstawy

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT

Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Genetyka cz owieka. Podstawy

Składniki jądrowego genomu człowieka

Genetyka człowieka. Podstawy

Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Genetyka dla (trochę) zaawansowanych III. Interakcje genetyczne II, dziedziczenie wieloczynnikowe

GIMNAZJUM SPRAWDZIANY SUKCES W NAUCE

Genetyka człowieka. Podstawy

Genetyka cz owieka. Podstawy

Podstawy biologii. Informacja genetyczna

6. Uzupełnij zdanie, wstawiajac w odpowiednie miejsce wyrażenie ujawni się lub nie ujawni się :

Wstęp do genetyki człowieka Choroby rzadkie nie są takie rzadkie

Genetyka człowieka. Podstawy

Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Temat 6: Genetyczne uwarunkowania płci. Cechy sprzężone z płcią.

Mapowanie genów cz owieka. podstawy

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

1 Podstawowe pojęcia z zakresu genetyki. 2 Podstawowy model dziedziczenia

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT 1. RÓWNOWAGA GENETYCZNA POPULACJI. Prowadzący: dr Wioleta Drobik Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

Podstawy genetyki. Genetyka klasyczna, narzędzia badawcze genetyki

PODSTAWY GENETYKI. Prowadzący wykład: prof. dr hab. Jarosław Burczyk

Problemy dawnych teorii dziedziczenia

[ IMIĘ I NAZWISKO:. KLASA NR.. ] Zadania genetyczne

Program ćwiczeń z przedmiotu BIOLOGIA MOLEKULARNA I GENETYKA, część I dla kierunku Lekarskiego, rok I 2015/2016. Ćwiczenie nr 1 (

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

1. Analiza asocjacyjna. Cechy ciągłe. Cechy binarne. Analiza sprzężeń. Runs of homozygosity. Signatures of selection

GENETYKA. Genetyka. Dziedziczność przekazywanie cech rodziców potomstwu Zmienność występowanie różnic pomiędzy różnymi osobnikami tego samego gatunku

2. Rozdział materiału genetycznego w czasie podziałów komórkowych - mitozy i mejozy

Biologia molekularna z genetyką

a) Zapisz genotyp tego mężczyzny... oraz zaznacz poniżej (A, B, C lub D), jaki procent gamet tego mężczyzny będzie miało genotyp ax b.

Podstawy genetyki. ESPZiWP 2010

ocena dopuszczająca ocena dostateczna ocena dobra ocena bardzo dobra Dział VII. EKOLOGIA NAUKA O ŚRODOWISKU

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Genetyka człowieka. Podstawy

Dziedziczenie poligenowe

Genetyka i przyszłość człowieka

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 1 Biologia I MGR /

Konkurs szkolny Mistrz genetyki etap II

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Zmienność genetyczna człowieka. Zmienność prawidłowa i choroby wieloczynnikowe

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 4 Biologia I MGR

Zadanie 1. (0 4) a ) (0-1) 1 p. za prawidłowe uzupełnienie 3 zasad azotowych Rozwiązanie:

Genetyka i przyszłość człowieka. Prezentacja:

BLISKIE SPOTKANIA Z BIOLOGIĄ

Genetyka w nowej podstawie programowej biologii w szkole podstawowej

Ekologia molekularna. wykład 14. Genetyka ilościowa

Selekcja, dobór hodowlany. ESPZiWP

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Zadania z genetyki. Jacek Grzebyta. 21.XII.2005 version Powered by Λ. L A TEX 4 Unicode

Przedmiotowe zasady oceniania wymagania na poszczególne oceny szkolne

Spokrewnienie prawdopodobieństwo, że dwa losowe geny od dwóch osobników są genami IBD. IBD = identical by descent, geny identycznego pochodzenia

Imię i nazwisko...kl...

Plan wykładów z genetyki ogólnej

INTERPRETACJA WYNIKÓW BADAŃ MOLEKULARNYCH W CHOROBIE HUNTINGTONA

a) lokalizacja DNA i RNA w komórkach stożka wzrostu korzenia Allium cepa prep. mikr. rys.

NaCoBeZu klasa 8 Dział Temat nacobezu programu I. Genetyka 1. Czym jest genetyka? 2. Nośnik informacji genetycznej DNA 3. Podziały komórkowe

CECHY ILOŚCIOWE PARAMETRY GENETYCZNE

Materiał i metody. Wyniki

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Zasady obliczania ryzyka genetycznego. Podstawy genetyki populacyjnej.

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Ewolucja i zmienność cz owieka. Droga do medycyny ewolucyjnej

I. Genetyka. Dział programu Lp. Temat konieczny podstawowy rozszerzający

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Bliskie Spotkanie z Biologią. Genetyka populacji

Ćwiczenie 3/4. Prawa Mendla: zadania, analiza rodowodów Sprzężenia i odległość genetyczna. Kariotypy i chromosomopatie. Prof. dr hab.

Genetyka i przyszłość człowieka

Sposoby determinacji płci

Badania asocjacyjne w skali genomu (GWAS)

Dobór naturalny. Ewolucjonizm i eugenika

Metabolizm i biochemia

II WYDZIAŁ LEKARSKI, II ROK

Informacje. Kontakt: Paweł Golik, Ewa Bartnik. Instytut Genetyki i Biotechnologii, Pawińskiego 5A.

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

Przedmiotowe zasady oceniania wymagania na poszczególne oceny szkolne Klasa 8

Genetyka w nowej podstawie programowej

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy VIII szkoły podstawowej

Transkrypt:

Człowiek mendlowski? Genetyka człowieka w XX i XXI w.

Informacje Kontakt: Paweł Golik Instytut Genetyki i Biotechnologii, Pawińskiego 5A pgolik@igib.uw.edu.pl Informacje, materiały: http://www.igib.uw.edu.pl/

Mendlowska krzyżówka jednogenowa Roślina wysoka produkuje gamety T Roślina niska produkuje gamety t Roślina F1 to heterozygota, objawia się allel dominujący T Heterozygoty produkują gamety T oraz t (po 50%) Stosunek fenotypów 3:1 Stosunek genotypów 1:2:1

Metoda kwadratu Punnetta Gamety ê T t T t TT Tt Tt tt

W XX wieku Ponowne odkrycie prac Mendla (Hugo de Vries, Erich von Tschermak, Carl Correns) ~ 1900 1905 - pierwsze użycie terminu genetyka (William Bateson) 1900-1903 Teoria mutacji H. de Vries Chromosomowa teoria dziedziczności (Thomas H. Morgan) 1910-1915

Dziedziczenie Mendlowskie - jeden gen = jedna cecha np. allele jednego genu decydują o barwie kwiatów groszku Bardziej złożone - interakcje kilku genów Wieloczynnikowe - interakcje wielu genów i środowiska

Fenotypy badane w genetyce człowieka W większości choroby jednogenowe (Mendlowskie) wieloczynnikowe nowotwory (mutacje somatyczne) zaburzenia chromosomowe Inne cechy (elementy zmienności prawidłowej) jednogenowe (rzadko) wieloczynnikowe np. inteligencja, cechy behawioralne

Cechy jednogenowe Prosty wzór dziedziczenia Oprócz chorób nieliczne cechy o charakterze anegdotycznym zdolność do zwijania języka w trąbkę, odstający płatek uszny, smak PTC, itp. rude włosy (80% - recesywny allel genu MC1R) markery immunologiczne (grupy krwi) układ AB0, czynnik Rh markery molekularne

Choroby jednogenowe Znanych jest bardzo wiele (~5800) chorób jednogenowych Większość jest bardzo rzadka (najczęstsze ~1/1000-1/2000 urodzeń) W sumie ~4/1000 żywych urodzeń Dane wg. http://omim.org/statistics/entry

Mukowiscydoza Najczęstsza choroba jednogenowa w Europie Północnej (w tym Polska) ~1/2000 urodzeń Cecha recesywna - rodzice to heterozygoty - nosiciele

Mukowiscydoza http://learn.genetics.utah.edu/content/disorders/singlegene/cf/

Mukowiscydoza - ilu jest nosicieli? Rodzi się 1/2000 chorych Oboje rodzice muszą być nosicielami Jeżeli nosicieli jest w populacji n to par 2 nosicieli jest n 2 choruje ¼ dzieci nosicieli, zatem ¼ n 2 = 1/2000 n 1/22 Nosicieli jest o wiele więcej niż chorych!

Cechy sprzężone z płcią Płeć chromosomowa człowieka: kobiety XX, mężczyźni XY Na chromosomie X znajduje się wiele genów Na chromosomie Y kilkanaście genów, w tym SRY kierujący rozwojem jąder Geny leżące na chromosomie X - sprzężenie z płcią

Inaktywacja X Kobiety mają dwie kopie chromosomu X, mężczyźni jedną Regulacja genów człowieka jest bardzo wrażliwa na liczbę kopii np. zespół Downa - trzecia kopia chromosomu 21 U kobiet (i samic innych ssaków) jedna z dwóch kopii X jest nieaktywna losowo, w różnych komórkach różna

Mozaikowatość inaktywacji X Mutacja genu odpowiadającego za barwę futra (czarne lub rude) na chromosomie X U samic łaty czarne i rude zależnie od inaktywacji Samce albo czarne, albo rude

Choroby sprzężone z X Jeżeli matka jest nosicielką, to zachoruje średnio ½ synów (a ½ córek będzie nosicielkami)

Choroby sprzężone z X Jeżeli ojciec jest chory, to wszystkie córki będą nosicielkami, ale żaden syn nie zachoruje

Królewska hemofilia

Cechy dominujące Wystarczy jeden zmutowany allel, by zachorować Choruje średnio ½ dzieci chorych rodziców Np. choroba Huntingtona

Choroba Huntingtona Postępująca degeneracja tkanki mózgu Pierwsze objawy zwykle w wieku 35-45 lat Zaburzenia behawioralne, zaburzenia ruchu (pląsawica), postępująca ciężka demencja Oczekiwany czas życia - ~20 lat od pojawienia się objawów

Choroby jednogenowe Znanych jest bardzo wiele (~5800) chorób jednogenowych Większość jest bardzo rzadka (najczęstsze ~1/1000-1/2000 urodzeń) W sumie ~4/1000 żywych urodzeń Dane wg. http://omim.org/statistics/entry

Jeden gen jedna cecha? Proste przełożenie jednego genu na jedną cechę fenotypową (jak u Mendla) zdarza się rzadko Na powstanie wielu cech wpływają interakcję wielu różnych genów Powstają złożone sieci współzależności złożoność budowana przez oddziaływania i kombinacje, a nie liczbę elementów składowych

Cechy wieloczynnikowe

Odziedziczalność Za każdy fenotyp odpowiada interakcja genotypu ze środowiskiem Odziedziczalność: proporcja zmienności fenotypowej wyjaśnianej zmiennością genetyczną w populacji badania bliźniąt monozygotyczne (MZ) vs. dizygotyczne (DZ) agregacja rodzinna częstość objawów u krewnych I stopnia przewyższa obserwowaną u dalszych krewnych i osób niespokrewnionych

Badania bliźniąt - przykład Wikimedia Commons

Agregacja rodzinna Czy prawdopodobieństwo wystąpienia cechy jest znacząco wyższe u bliskich krewnych osób mających tę cechę w stosunku do całej populacji

Agregacja rodzinna Choroby afektywne (ostre cykliczne zaburzenia nastroju) jednobiegunowa (epizody depresyjne) dwubiegunowa (epizody maniakalne i depresyjne)

Agregacja rodzinna Choroba jednobiegunowa ryzyko w populacji ~3 % (mężczyźni) ~5-9% (kobiety) krewni I stopnia osoby chorej ryzyko ~10% stosunkowo mała odziedziczalność Choroba dwubiegunowa ryzyko w populacji ~1% krewni I stopnia osoby chorej ryzyko ~ 20% istotna odziedziczalność

Asocjacja Nieprzypadkowe współwystępowanie czynników (alleli i fenotypów) na poziomie populacji Czy zawsze asocjacja oznacza zależność przyczynową? Czy każda asocjacja ma wartość diagnostyczną? Czy asocjacja odkrywa gen na...?

Zesztywniające zapalenie stawów

Asocjacja - przykład HLA-B27 i choroby autoimmunologiczne, np. zesztywniające zapalenie stawów Chorzy Zdrowi HLA-B27 + 90 1000 HLA-B27-10 9000 Ryzyko 8% Ryzyko 0,11% test statystyczny Fishera (Fisher exact test): p 2 10-76 Ryzyko dla całej populacji ~1%

Geny na...?

A w rzeczywistości... Ryzyko u posiadaczy wariantu wzrasta z ~2% (w populacji) do ~4,5% (posiadający wariant) >95% posiadających wariant nie zachoruje

Dla porównania HLA-B27 i choroby autoimmunologiczne, np. zesztywniające zapalenie stawów Chorzy Zdrowi HLA-B27 + 90 1000 Ryzyko 8% HLA-B27-10 9000 Ryzyko 0,11% test statystyczny Fishera (Fisher exact test): p 2 10-76 Ryzyko dla całej populacji ~1% OR = 90 1000 10 9000 = 81

Ważne!! Asocjacja to nie jest gen na...! Czynnik ryzyka nie ma zwykle znaczenia diagnostycznego Zależnie od częstości w populacji (dla rzadkich mniej) Może być przydatny w diagnostyce różnicowej Zawsze należy analizować asocjację na tle ogólnego ryzyka w populacji, jakie są wartości bezwzględne

Asocjacje i geny na Bardzo wiele doniesień typu odkryto gen odpowiedzialny za w rzeczywistości dotyczy asocjacji Wiele testów predyspozycji genetycznych opiera się na badaniach asocjacyjnych Ich wartość może być wątpliwa Asocjacja nie oznacza wynikania

Asocjacje mogą być zwodne Allel 3A4 cytochromu P450 (CYP3A) i rak prostaty (bardziej zaawansowana postać w momencie diagnozy) CYP3A może w pływać na tempo hydroksylowania testosteronu - związek przyczynowy? Nie ma wpływu allelu 3A4 na kinetykę metabolizmu testosteronu Allel 3A4 częściej występuje u ludzi pochodzenia afrykańskiego (Afroamerykanie), niż europejskiego Podobne korelacje dla raka prostaty dla innych alleli częstszych w populacji afrykańskiej Bardziej zaawansowany rak prostaty u Afroamerykanów (przyczyny społeczne)?

Paradoks Simpsona - przykład Prosty przykład: uniwersytet powinien faworyzować kobiety przy przyjmowaniu na studia doktoranckie: Mężczyźni Kobiety Historia 1/5 (20%) 2/8 (25%) Geografia 6/8 (75%) 4/5 (80%) Razem 7/13 (54%) 6/13 (46%)

O korelacji i wynikaniu

O korelacji i przyczynowości Populacja okolic Oldenburga, 1930-1936, za Richard F. Mould Introductory Medical Statistics

O korelacji i przyczynowości

O korelacji i przyczynowości

Luka odziedziczalności Missing heritability Klasyczne badania wykazują znaczną odziedziczalność wielu cech wieloczynnikowych Badania asocjacyjne wykazują jedynie niewielki wzrost prawdopodobieństwa dla danego polimorfizmu (np. badania asocjacji tłumaczą tylko 5% różnic wzrostu) Za odziedziczalność złożonych cech wieloczynnikowych odpowiadają interakcje genetyczne wielu polimorfizmów, w tym rzadkich

Genom i wzrost Na zróżnicowanie wzrostu człowieka wpływają warianty ponad 150 genów GIANT (Genetic Investigation of Anthropometric Traits), Lango et al. Nature. 2010 467(7317):832-8.

Różnorodność genetyczna człowieka Projekt 1000 genomów poszukiwanie różnic w genomach różnych ludzi (2500 osób) Wstępne dane (2012): 38 mln. miejsc zmiennych (SNP) 1,4 mln. indeli >14 000 większych delecji Więcej nukleotydów, niż w całym genomie drożdży

Projekt 1000 genomów

Podsumowanie Większość cech zmienności prawidłowej i częstych chorób człowieka to cechy wieloczynnikowe Badanie pojedynczych genów nie pozwala na przewidywanie fenotypu takich cech Genetyka dobrze opisuje i przewiduje dziedziczenie cech jednogenowych Nie ma dobrego opisu teoretycznego pozwalającego na przewidywanie dla cech wieloczynnikowych - wyzwanie na kolejne stulecia