Informácie

Sú všetky chromozómy rovnako náchylné na mutáciu?

Sú všetky chromozómy rovnako náchylné na mutáciu?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ľudia sú tu niekoľko miliónov rokov, iné organizmy ešte dlhšie. Zmeny, ktoré sa vyskytujú v genóme a šíria sa (môžu) nakoniec vyvrhnúť nový druh... alebo aspoň rozvetviť ten starý. Existujú nejaké chromozómy, ktoré môžu byť náchylnejšie na mutáciu ako ich susedia?


Terdon je na mieste s komentárom k rekombinácii hotspotu. Mutácie sú často spojené s rekombináciou (informácie sa pri prekrížení strácajú, takže je potrebná oprava DNA, čo samozrejme môže spôsobiť chyby/mutácie). Faktom je, že v určitých chromozómoch dochádza k rekombinácii oveľa častejšie ako v iných oblastiach chromozómu. Z toho teda vyplýva, že chromozómy s viacerými aktívnymi bodmi by mali v priemere pravdepodobne vyššiu mieru mutácií ako iné chromozómy. To však poukazuje na to, že možno nezáleží na rýchlosti mutácií celého chromozómu – možno je potrebné zvážiť mieru mutácií na lokálnejšej úrovni (napríklad blízko aktívneho bodu alebo ďaleko od aktívneho bodu). tvoja otázka. Tiež si myslím, že pohlavné chromozómy majú oveľa nižšie úrovne polymorfizmu ako autozómy. Nemusí to však byť kvôli nižšej miere mutácií: ďalším vysvetlením by bolo, že škodlivé recesívne mutácie na chromozóme X by sa odstránili ľahšie ako na autozómoch, pretože ich fenotyp sa objavuje u mužov (ktorí nemajú sekundu alelu, pretože nemajú ďalší chromozóm X, takže škodlivý fenotyp nemožno „skryť“ ako u heterozygota).


Miera druhovo špecifických mutácií pre ampC derepresiu u Enterobacterales s chromozomálne kódovanou indukovateľnou AmpC β-laktamázou

Pozadie: AmpC β-laktamázy sú kódované na chromozómoch určitých Enterobacterales a vedú ku klinickej rezistencii voči rôznym β-laktámom v prípade vysokej hladiny expresie. V baktériách WT s indukovateľným AmpC je expresia nízka, ale počas liečby β-laktámom sa môže vyskytnúť selekcia stabilne derepresovaných mutantov ampC. Pre Enterobacter spp., Citrobacter freundii complex, Serratia spp. a Morganella morganii, ktoré testujú citlivosť in vitro na oxyiminocefalosporíny, expertné pravidlá EUCAST odporúčajú potlačiť výsledky testovania citlivosti pre tieto látky alebo poznamenať, že ich použitie v monoterapii by sa malo odrádzať z dôvodu rizika výberu rezistencie. Klinické pozorovania však naznačujú, že vznik rezistencie nie je rovnako bežný u všetkých druhov s indukovateľným AmpC.

Ciele: Na určenie druhovo špecifických mier mutácií, ktoré sú presnejšie a reprodukovateľnejšie ako predtým opísané mutantné frekvencie, na derepresiu ampC u Enterobacterales s indukovateľným AmpC.

Metódy: Miery mutácií boli stanovené pomocou protokolu založeného na Luria-Delbrückových fluktuačných analýzach. Celkovo bolo analyzovaných 237 izolátov.

Výsledky: Miera mutácií bola vysoká v komplexe Enterobacter cloacae, Enterobacter aerogenes, komplexe C. freundii a izolátoch Hafnia alvei, s priemernou mierou mutácie 3 × 10-8. Na rozdiel od toho, priemerná miera mutácií bola značne nižšia u Providencia spp., Serratia spp. a najmä izoláty M. morganii. Ďalej sme pozorovali druhovo špecifické variácie vo vzorcoch rezistencie mutantov s derepresiou ampC.

Závery: Naše údaje môžu pomôcť predpovedať riziko zlyhania liečby oxyimino-cefalosporínmi pri infekciách rôznych Enterobacterales s indukovateľným AmpC. Okrem toho vypracujeme návrh na optimalizáciu súčasného expertného pravidla EUCAST.


Lekcia všetkých druhov mutácií: Zmeny v genetickom kóde

Jednotky slúžia ako návod na konkrétny obsah alebo oblasť. Pod jednotkami sú vnorené lekcie (fialovou farbou) a praktické aktivity (modrou farbou).

Všimnite si, že nie všetky lekcie a aktivity budú existovať v rámci jednotky a namiesto toho môžu existovať ako „samostatné“ učebné osnovy.

Newsletter TE

Genetická mutácia spôsobuje u niektorých tigrov biele plášte.

Zhrnutie

Inžinierske pripojenie

Genetickí inžinieri sú schopní manipulovať s genómami organizmov, avšak dôsledky nie sú vždy prospešné. Aby sa predišlo škodlivým a nechceným mutáciám, je dôležité, aby inžinieri pochopili, aké účinky vyplývajú z určitých zmien v genómoch organizmov (niekoľko z nich možno pozorovať štúdiom prirodzených mutácií) a ako môžu faktory prostredia ovplyvniť pravdepodobnosť výskytu mutácií.

Učebné ciele

Po tejto lekcii by študenti mali byť schopní:

  • Uveďte rôzne typy mutácií.
  • Popíšte niektoré možné účinky mutácií.
  • Vysvetlite úlohu mutácií pri genetických syndrómoch.

Vzdelávacie štandardy

Každý TeachEngineering lekcia alebo aktivita súvisí s jedným alebo viacerými vzdelávacími štandardmi K-12 vedy, techniky, inžinierstva alebo matematiky (STEM).

Pokrytých je všetkých 100 000+ K-12 STEM štandardov TeachEngineering zbiera, udržiava a balí Sieť ASN (Achievement Standards Network), projekt D2L (www.achievementstandards.org).

V ASN sú štandardy hierarchicky štruktúrované: najprv podľa zdroja napr., podľa stavu v zdroji podľa typu napr., veda alebo matematika v rámci typu podľa podtypu, potom podľa ročníka, atď.

NGSS: Next Generation Science Standards - Science

HS-LS3-2. Vytvorte a obhajujte tvrdenie založené na dôkazoch, že dedičné genetické variácie môžu byť výsledkom: (1) nových genetických kombinácií prostredníctvom meiózy, (2) životaschopných chýb vyskytujúcich sa počas replikácie a/alebo (3) mutácií spôsobených environmentálnymi faktormi. (9. – 12. ročník)

Súhlasíte s týmto zosúladením? Ďakujem za spätnú väzbu!

Zmluva o vyrovnaní: Ďakujeme za vašu spätnú väzbu!

Zmluva o vyrovnaní: Ďakujeme za vašu spätnú väzbu!

Faktory prostredia tiež ovplyvňujú prejav znakov, a teda ovplyvňujú pravdepodobnosť výskytu znakov v populácii. Variácie a distribúcia pozorovaných znakov teda závisí od genetických aj environmentálnych faktorov.

Zmluva o vyrovnaní: Ďakujeme za vašu spätnú väzbu!

Zmluva o vyrovnaní: Ďakujeme za vašu spätnú väzbu!

International Technology and Engineering Educers Association - Technology
  • Biochémia a molekulárna biológia umožnili manipulovať s genetickými informáciami nachádzajúcimi sa v živých tvoroch. (9. - 12. ročník) Viac podrobností

Súhlasíte s týmto zosúladením? Ďakujem za spätnú väzbu!

Štátne normy
Texas - Veda
  • identifikovať zložky DNA a opísať, ako sa v DNA prenášajú informácie na špecifikáciu vlastností organizmu (9. - 11. stupeň) Viac podrobností

Súhlasíte s týmto zosúladením? Ďakujem za spätnú väzbu!

Súhlasíte s týmto zosúladením? Ďakujem za spätnú väzbu!

Pracovné listy a prílohy

Viac takýchto učebných osnov

Študenti sa učia, ako inžinieri využívajú svoje znalosti o DNA na manipuláciu so špecifickými génmi, aby vytvorili požadované vlastnosti, a ako inžinieri použili túto prax na riešenie súčasných problémov, ktorým ľudstvo čelí. Študenti vyplnia vývojový diagram s uvedením metód modifikácie génov na vytvorenie GMO a príklad a.

V triede študenti pracujú na príklade, ktorý ukazuje, ako DNA poskytuje "recept" na výrobu bielkovín ľudského tela. Vidia, ako vzor nukleotidových báz (adenín, tymín, guanín, cytozín) tvorí rebríkový tvar dvojitej špirály DNA a slúži ako kód pre kroky potrebné na vytvorenie génu.

Vo forme diskusie v triede sú študentom prezentované základné informácie o základnej ľudskej genetike. Je zahrnutý počet chromozómov v telesných bunkách a v bunkách vajíčok a spermií, ako aj koncept dominantných a recesívnych alel.

Študenti používajú profilovanie DNA na určenie toho, kto vykradol banku. Keď sa študenti naučia, ako sa kombinovaný systém indexu DNA FBI (CODIS) používa na porovnávanie DNA miesta činu s DNA vzorky tkaniva, študenti použijú princípy CODIS a odoberú vzorky DNA na určenie, ktorý z troch podozrivých sa zhoduje s dôkazmi získanými na adrese .

Predbežné znalosti

Študenti by mali dobre rozumieť tomu, ako sa DNA kopíruje z jednej bunky do druhej prostredníctvom meiózy alebo mitózy. Mali by tiež vedieť, že zmeny v DNA alebo génoch vedú k zmene proteínov, ktoré môžu alebo nemusia spôsobiť viditeľné zmeny v vlastnostiach organizmov.

Úvod/Motivácia

(Buďte pripravení ukázať triede 22-snímkovú prezentáciu mutácií, súbor PowerPoint®.)

(Snímky 1-3) Úvod/Motivácia: Kto mi môže povedať, ako Cyclops z X-Men získal svoje superschopnosti? (Odpoveď: Je mutant a narodil sa so svojimi superschopnosťami.) A čo Hulk? (Odpoveď: Mutácia v dôsledku vystavenia gama žiareniu.) A Spiderman? (Odpoveď: Zmutovaný po uhryznutí rádioaktívnym pavúkom.)

Takže sme identifikovali troch superhrdinov, ktorí všetci získali nejaké špeciálne schopnosti z mutácií. Pre Cyclopsa a ktoréhokoľvek z X-Men boli sily spôsobené mutáciou DNA alebo genómu pred narodením. Sily Hulka a Spidermana sa stali trochu inak, pretože mutácie sa vyskytli neskôr, keď boli vystavení rádioaktivite v tej či onej forme.

Dnes budeme diskutovať o niektorých vedou za mutáciami. Zatiaľ čo superschopnosti a schopnosti, o ktorých sme práve hovorili, môžu byť vymyslené, je pravda, že mutácie môžu mať významný vplyv na ľudí a existujú dôkazy, že vystavenie žiareniu môže viesť k zvýšenému počtu mutácií. Najprv budeme diskutovať o rôznych typoch mutácií, potom o tom, kde alebo ako sa môžu vyskytnúť. Budeme hovoriť aj o niektorých faktoroch prostredia, ktoré môžu ovplyvniť rýchlosť mutácií, a na záver sa pozrieme na niektoré možné účinky mutácií.

(Pokračujte prezentáciou obsahu v časti Pozadie lekcie.)

Pozadie lekcie a koncepty pre učiteľov

(Snímka 4) Typy mutácií: Mutácie možno klasifikovať niekoľkými rôznymi spôsobmi. V tejto lekcii sa zameriame na triedenie mutácií podľa ich účinkov na štruktúru DNA alebo chromozómu. Pre túto kategorizáciu môžu byť mutácie organizované do dvoch hlavných skupín, pričom každá má viacero špecifických typov. Dve všeobecné kategórie sú mutácie v malom a veľkom meradle. Podobne ako v detskej hre „telefón“, aktivita Mutačný telefón pomáha študentom ilustrovať, ako sa mutácie vyskytujú v prírode.

Mutácie malého rozsahu sú tie, ktoré ovplyvňujú DNA na molekulárnej úrovni zmenou normálnej sekvencie párov nukleotidových báz. Tieto typy mutácií sa môžu vyskytnúť počas procesu replikácie DNA počas meiózy alebo mitózy. Môžu sa vyskytnúť tri možné typy mutácií v malom meradle: substitúcie, delécie a inzercie.

(Snímka 5) Tiež označovaná ako „bodová“ mutácia, substitúcie sa vyskytujú, keď je nukleotid nahradený iným nukleotidom v sekvencii DNA. Najbežnejšie substitúcie zahŕňajú zámenu adenínu a guanínu (A ↔ G) alebo cytozínu a tymínu (C ↔ T). Keďže celkový počet nukleotidov je zachovaný, tento typ mutácie ovplyvňuje iba kodón pre jednu aminokyselinu.

(Snímka 6) A vymazanie je odstránenie nukleotidu zo sekvencie DNA. Delécie sú označované ako „frameshift“ mutácie, pretože odstránenie čo i len jediného nukleotidu z génu následne zmení každý kodón po mutácii (hovorí sa, že čítací rámec je „posunutý“), čo je znázornené na obrázku 1 pre obe delécie a vloženia. Zmena v počte nukleotidov mení, ktoré z nich sa normálne čítajú spolu.

Obrázok 1. Príklady malých mutácií. Substitúcie sú bodové mutácie a menia iba jednu aminokyselinu v proteíne. Inzercie a delécie sú posunové mutácie a menia každú kódovanú aminokyselinu po mutácii.

(Snímka 7) An vkladanie je pridanie nukleotidu k sekvencii DNA. Podobne ako pri delécii sa inzercie tiež považujú za mutácie s posunom rámca a menia každý kodón, ktorý sa číta po mutácii.

(Snímka 8) Rozsiahle mutácie sú tie, ktoré ovplyvňujú celé časti chromozómu. Niektoré rozsiahle mutácie postihujú iba jednotlivé chromozómy, iné sa vyskytujú v nehomologických pároch. Niektoré mutácie vo veľkom meradle v chromozóme sú analogické s mutáciami v malom meradle v DNA, rozdiel je v tom, že v prípade veľkých mutácií sú zmenené celé gény alebo sady génov, a nie iba jednotlivé nukleotidy DNA. Jednochromozómové mutácie sa s najväčšou pravdepodobnosťou vyskytujú v dôsledku nejakej chyby v štádiu replikácie DNA bunkového rastu, a preto by sa mohli vyskytnúť počas meiózy alebo mitózy. Mutácie zahŕňajúce viaceré chromozómy sa s väčšou pravdepodobnosťou vyskytujú v meióze počas prekríženia, ku ktorému dochádza počas profázy I. Väčšina týchto mutácií je znázornená na obrázku 2.

Obrázok 2. Veľké mutácie ovplyvňujú celé časti chromozómu.

(Snímka 9) Veľká mierka vymazanie je mutácia jedného chromozómu zahŕňajúca stratu jedného alebo viacerých génov z rodičovského chromozómu.

(Snímka 10) Duplikácia je pridanie jedného alebo viacerých génov, ktoré sú už prítomné v chromozóme. Ide o mutáciu jedného chromozómu.

(Snímka 11) An inverzia mutácia zahŕňa úplnú reverziu jedného alebo viacerých génov v chromozóme. Gény sú prítomné, ale poradie je odvrátené od rodičovského chromozómu. Toto je tiež mutácia jedného chromozómu.

(Snímka 12) Veľká mierka vkladanie zahŕňa viacero chromozómov. Pre tento typ inzercie sa jeden alebo viac génov odstráni z jedného chromozómu a vloží sa do iného nehomologického chromozómu. Môže k tomu dôjsť v dôsledku chyby počas profázy I meiózy, keď si chromozómy vymieňajú gény, aby sa zvýšila diverzita.

(Snímka 13) Translokácia tiež zahŕňa viaceré nehomologické chromozómy. Tu si chromozómy vymenia jeden alebo viac génov za iný chromozóm.

(Snímka 14) A nondisjunkcia mutácia nezahŕňa žiadne chyby v replikácii DNA alebo cross-over. Namiesto toho sa tieto mutácie vyskytujú počas anafázy a telofázy, keď chromozómy nie sú správne rozdelené do nových buniek. Bežné nondisjunkcie chýbajú alebo sú nadbytočné chromozómy. Keď sa počas meiózy produkujú gaméty s nedisjunkciami, môže to viesť k potomstvu s monozómiou alebo trizómiou (chýbajúci alebo extra homológny chromozóm).

(Snímka 15) účinky mutácií sa môže pohybovať od ničoho až po neživotaschopnosť bunky. Všetky mutácie ovplyvňujú proteíny, ktoré vznikajú pri syntéze proteínov, ale nie všetky mutácie majú významný vplyv. Na účinky sa tiež dá pozerať odlišne medzi malými a veľkými mutáciami.

(Snímka 16) účinky mutácií v malom meradle: Frameshift mutácie, inzercie a delécie na génoch majú podobné účinky. Keď sa nukleotid pridá alebo odstráni zo sekvencie DNA, sekvencia sa posunie a každý kodón po mutácii sa zmení, ako je znázornené na obrázku 1. To má za následok vážne zmeny v proteínoch, ktoré sú kódované DNA, čo môže viesť k strata funkčnosti týchto proteínov.

Substitúcie alebo bodové mutácie sú oveľa jemnejšie a majú tri možné účinky. Tabuľka na obrázku 3 ukazuje, ako môžu niektoré bodové mutácie viesť k bežným poruchám.

  • Tichý: Nukleotid je nahradený, ale kodón stále produkuje rovnakú aminokyselinu.
  • Missense: Výsledkom kodónu je iná aminokyselina, ktorá môže alebo nemusí významne zmeniť funkciu proteínu.
  • Nezmysel: Výsledkom kodónu je príkaz „stop“, skrátenie proteínu v mieste, kde sa číta mutovaný kodón, čo takmer vždy vedie k strate funkčnosti proteínu.

Tieto mutácie sa môžu vyskytnúť kdekoľvek v DNA, takže účinok mutácie skutočne závisí od jej umiestnenia. Ak sa mutácia vyskytne v géne, výsledkom je pozmenený proteín, ale mutácia sa môže vyskytnúť aj v negénnej oblasti DNA. V druhom prípade nemá mutácia žiadny vplyv na organizmus.

Obrázok 3. Pozoruhodné mutácie v malom meradle a výsledné podmienky.

(Snímky 17 – 18) účinky rozsiahlych mutácií sú zreteľnejšie ako pri mutáciách v malom meradle. Duplikácia viacerých génov spôsobuje, že tieto gény sú nadmerne exprimované, zatiaľ čo delécie vedú k chýbajúcim alebo neúplným génom. Mutácie, ktoré menia poradie génov na chromozóme – ako sú delécie, inverzie, inzercie a translokácie – vedú k blízkym génom, ktoré boli predtým oddelené buď súborom génov na rovnakom chromozóme, alebo na inom chromozóme úplne. Keď sú určité gény umiestnené blízko pri sebe, môžu kódovať „fúzny proteín“, čo je proteín, ktorý by normálne neexistoval, ale je vytvorený mutáciou, v ktorej sa spojili dva gény. Niektoré z týchto nových proteínov poskytujú bunkám rastovú výhodu vedúcu k nádorom a rakovine. Astrocytóm, typ mozgového nádoru, je výsledkom delécie, ktorá vytvára nový fúzny gén, ktorý umožňuje bunkám stať sa rakovinovými.

Obrázok 4. Normálny ľudský mužský karyotyp s XY ako 23. párom chromozómov.

(Snímka 19) Rozsiahle mutácie často vedú k bunkám, ktoré nie sú životaschopné (a odumierajú kvôli mutácii). To platí najmä pre nondisjunkčné mutácie v gamétach, v ktorých chýbajú celé chromozómy alebo sú navyše. U ľudí, keď gaméta zo samca (spermia) spojí svoje chromozómy s gamétou zo samice (vajíčko), potomstvo dostane 23 chromozómov od každého rodiča a vytvorí 23 homológnych párov, ako je znázornené na karyotype na obrázku 4. Avšak, keď má jedna z gamét nedisjunkčnú mutáciu, výsledné potomstvo skončí len s jedným homológom v páre (monozómia) alebo s tromi homológmi v páre (trizómia). Väčšinou tieto potomky nie sú životaschopné. Tie, ktoré vedú k životaschopnému potomstvu, budú mať určité viditeľné rozdiely v dôsledku extra alebo chýbajúceho chromozómu, pričom táto zmena vedie k trvalému syndrómu u potomstva. Najznámejším syndrómom je trizómia 21, extra 21. chromozóm (tento karyotyp je znázornený na obrázku 5), táto konkrétna nondisjunkčná mutácia vedie k Downovmu syndrómu.

Obrázok 5. Karyotyp ilustrujúci trizómiu 21 – mutáciu, ktorá vedie k Downovmu syndrómu.

(Snímka 20) Čo môže ovplyvniť mutácie? Mutácie sa prirodzene vyskytujú v priebehu času, čo je základná príčina evolúcie. Ako vidíme, evolúcia je veľmi pomalý proces s čistým prínosom pre organizmus, ale niektoré environmentálne faktory môžu ovplyvniť alebo vyvolať ďalšie mutácie. Tieto indukované mutácie často vedú k škodlivým chorobám, ako je rakovina.

Expozícia určitým chemikáliám je jedným z environmentálnych faktorov, ktoré môžu vyvolať mutácie DNA. Zvyčajne všetko, čo identifikujeme ako karcinogénne (môže spôsobiť rakovinu), má negatívne vedľajšie účinky na DNA a môže viesť k rakovine. To zahŕňa chemikálie nachádzajúce sa v cigaretovom dyme, ako aj tie, ktoré sa nachádzajú v mäse varenom na grile. Tieto chemikálie patria do väčšej triedy nazývanej mutagény, čo znamená, že môžu viesť k zmenám v genetickom materiáli.

Chemikálie nie sú jedinými typmi mutagénov, s ktorými sa stretávame fyzikálne mutagény existujú aj v životnom prostredí, a to žiarenie. Ultrafialové žiarenie zo slnka môže poškodiť genetický materiál zmenou vlastností nukleotidov v DNA. Je známe, že nadmerné vystavovanie sa ultrafialovému žiareniu vedie k rakovine kože. Röntgenové a gama žiarenie sú tiež fyzikálne mutagény a formy ionizujúceho žiarenia, čo znamená, že tieto typy žiarenia majú dostatok energie na odstránenie elektrónov z atómov, čím sa vytvárajú ióny a ovplyvňujú interakciu rôznych biomolekúl. Aj keď je typická dávka röntgenových lúčov prijatá počas lekárskeho zákroku nízka, mierne zvyšuje riziko rakoviny u človeka.

Alternatívne retrovírusy, ako je HIV, prirodzene zažívajú mutácie oveľa rýchlejšie ako iné organizmy, čo možno pripísať skutočnosti, že namiesto DNA majú RNA. Proces, ktorým sa RNA kopíruje a replikuje, nie je taký presný ako proces DNA. Preto, kým sa náš imunitný systém prispôsobí na boj s vírusom ako HIV, vírus HIV už opäť zmutoval a imunitný systém musí začať odznova. Mutácie v RNA HIV vedú k zmenám v proteínových markeroch vírusu, na ktorý sa imunitný systém zameriava, a ak sa cieľ neustále mení, je takmer nemožné, aby imunitný systém vírus odstránil.

(Snímky 21-22) Inžinierske pripojenie: Zatiaľ čo mutácie sa vyskytujú prirodzene v priebehu času, biologickí inžinieri sú schopní geneticky modifikovať rôzne organizmy. Ľudia geneticky modifikovali rastliny a zvieratá už tisíce rokov. Ľudia to dosiahli selektívnym šľachtením alebo príbuzenským krížením, aby produkovali a „zlepšovali“ špecifické črty, ako napríklad šľachtenie vodných melónov, aby boli väčšie a mali menej semien, alebo chov kurčiat, aby mali viac bieleho mäsa a viac mäsa z pŕs.

S pokrokom technológie môžu inžinieri priamo manipulovať s genetickým kódom rastlín a zvierat. Medzi príklady geneticky modifikovaných (a kontroverzných) organizmov patrí papája odolná voči chorobám, ryža bohatá na vitamín A a kukurica odolná voči suchu. V súčasnosti vedci študujú úpravu génov v maternici. Ak sa zistí, že nenarodené dieťa má chorobu alebo postihnutie, potom možno jedného dňa budeme môcť upraviť gény nenarodeného dieťaťa a zabrániť tomu, aby sa tento problém u dieťaťa objavil.

Pridružené aktivity

  • Mutačný telefón – Ako spôsob, ako ilustrovať, ako môže dôjsť k mutáciám DNA, študenti vykonávajú aktivitu podobnú detskej „telefónnej“ hre, ktorá modeluje biologický proces súvisiaci s prechodom DNA z jednej bunky do druhej. Potom študenti vystupujú ako predátori, aby testovali, ako rôzne typy mutácií (normálne, substitúcie, delécie alebo inzercie) ovplyvňujú prežitie organizmu vo voľnej prírode, čo slúži ako demonštrácia prirodzeného výberu založeného na mutácii.

Slovná zásoba/definície

chromozóm: Dlhý reťazec DNA obalený okolo proteínu, ktorý ukladá pokyny na vytvorenie niekoľkých proteínov. Ľudia majú 46 chromozómov zložených z 23 párov homológnych chromozómov.

disjunkcia: Normálne oddelenie chromozómov počas meiózy.

DNA: Molekula, ktorá obsahuje kompletnú genetickú informáciu organizmu. Skratka pre kyselinu deoxyribonukleovú.

Replikácia DNA: Proces, pri ktorom sa DNA kopíruje a prenáša do nových buniek.

gaméta: pohlavná bunka. U cicavcov spermie a vajíčka. Má polovicu chromozómov rodičovského organizmu.

gén: Podmnožina DNA, ktorá poskytuje bunke pokyny na vytvorenie jedného proteínu.

genóm: Kompletná genetická informácia pre organizmus, ktorá zahŕňa všetky chromozómy.

karyotyp: Obrázok genómu organizmu s chromozómami organizovanými homológnymi pármi.

meióza: Typ bunkového delenia, ku ktorému dochádza v pohlavne sa rozmnožujúcich organizmoch a ktorého výsledkom sú zvyčajne štyri bunky s polovičným počtom chromozómov ako rodič. U ľudí meióza vedie k vytvoreniu spermií alebo vajíčok s 23 chromozómami.

mitóza: Typ bunkového delenia, ktorého výsledkom sú dve identické bunky s rovnakým počtom chromozómov ako rodičovská.

monozómia: Situácia, v ktorej v chromozómovom páre chýba homológ. Napríklad, ak pre chromozóm 21 existuje iba jeden homológ, nazýva sa monomzómia 21.

mutagén: Fyzikálne alebo chemické činidlo, ktoré ovplyvňuje genetický materiál.

mutácia: Trvalá zmena buď v nukleotidovej sekvencii DNA počas replikácie DNA, alebo v chromozóme počas meiózy alebo mitózy.

nondisjunkcia: Abnormálne oddelenie chromozómov počas meiózy.

syntéza proteínov: Proces, pri ktorom sa inštrukcie obsiahnuté v DNA používajú na výrobu proteínov pre bunku alebo organizmus.

trizómia: Situácia, v ktorej je prítomný ďalší chromozóm. Napríklad, ak existujú tri homológy pre chromozóm 21, nazýva sa to trizómia 21 alebo Downov syndróm.

Hodnotenie

Hodnotenie pred lekciou

Otázky týkajúce sa mutácie: Nechajte študentov na začiatku hodiny napísať krátke odpovede na tri otázky v pracovnom liste pred vyučovacou hodinou. Tip: Aby ste ušetrili papier a atrament, keďže farba tigra na fotografii je pre toto hodnotenie dôležitá, zobrazte pracovný hárok cez projektor a nechajte študentov, aby si svoje odpovede napísali na vlastné papiere. Odpovede študentov odhaľujú ich základné chápanie genetiky, vlastností a mutácií.

Súhrnné hodnotenie lekcie

Otázky týkajúce sa mutácie: Po lekcii požiadajte študentov, aby napísali krátke odpovede na štyri otázky do pracovného listu po lekcii. Tip: Aby ste ušetrili papier a atrament, keďže farba tigra na fotografii je pre toto hodnotenie dôležitá, zobrazte pracovný hárok cez projektor a nechajte študentov, aby si svoje odpovede napísali na vlastné papiere. Odpovede študentov prezrádzajú, že pochopili učivo a obsah hodiny.

Výskum: Nechajte študentov, aby si vybrali syndróm spôsobený mutáciou (napríklad extra alebo chýbajúce chromozómy) a napísali o ňom krátky 3-5 vetový odsek. Uistite sa, že uvádzajú špecifickú mutáciu chromozómu, ktorá vedie k syndrómu, a aké účinky táto mutácia spôsobuje.

Autorské práva

Prispievatelia

Podporný program

Poďakovanie

Tento obsah digitálnej knižnice vyvinula Vysoká škola inžinierstva University of Houston v rámci grantu Národnej vedeckej nadácie GK-12 s číslom DGE 0840889. Tento obsah však nemusí nevyhnutne predstavovať politiku NSF a nemali by ste predpokladať schválenie federálnou vládou.


Čo drží chromozómy pohromade? Opísaná štruktúra proteínov baliacich DNA

Aby sa zabezpečilo, že genetický materiál je rovnomerne a presne distribuovaný do dvoch dcérskych buniek počas delenia buniek, musia mať vlákna DNA usporiadanú štruktúru a musia byť tesne zabalené. V Inštitúte biochémie Maxa Plancka v Martinsriede pri Mníchove teraz vedci objasnili štruktúru proteínového komplexu v tvare prstenca (SMC-kleisin), ktorý zabezpečuje poriadok v tomto procese balenia. Spolu so svojimi kooperačnými partnermi na Kórejskom pokročilom inštitúte vedy a technológie študovali tieto proteíny v baktériách a našli štrukturálne analógie k ľudskému komplexu.

Zistenia boli teraz publikované v časopise Prírodná štrukturálna a molekulárna biológia.

V každej bunke sa asi dva metre DNA musia zmestiť do bunkového jadra, ktoré má priemer len niekoľko tisícin milimetra. Tam je DNA organizovaná v jednotlivých chromozómoch vo forme veľmi dlhých vlákien. Ak nie sú rovnomerne a presne distribuované do dcérskych buniek počas bunkového delenia, môže to viesť k rakovine alebo genetickým defektom, ako je trizómia 21. Preto, aby sa zabezpečil bezpečný transport DNA počas bunkového delenia, musia byť dlhé a stočené vlákna DNA pevne zbalené. .

Vedci tomuto kroku rozumejú len útržkovito. V tomto procese zohrávajú kľúčovú úlohu proteínové komplexy SMC-kleizín. Skladajú sa z dvoch ramien (SMC) a mostíka (kleisin). Ramená sa obopínajú okolo DNA ako prsteň, a tak môžu navzájom spájať duplikované chromozómy alebo dve vzdialené časti toho istého chromozómu.

Učenie sa od baktérií Tento spôsob balenia DNA využívajú aj jednoduché organizmy ako baktérie. Vedci v spolupráci s kolegami z Južnej Kórey teraz objasnili štruktúru prekurzora ľudských SMC-kleizínových komplexov baktérie. Bacillus subtilis. Výskumníci ukázali, že bakteriálny komplex SMC-kleizín má dve ramená vyrobené z identických proteínov SMC, ktoré tvoria kruh. Ramená sa líšia vo svojej funkcii len rôznymi koncami kleizínového proteínu, s ktorým sú spojené.

U ľudí je mechanizmus balenia DNA podobne organizovaný. „Máme podozrenie, že táto asymetrická štruktúra hrá dôležitú úlohu pri otváraní a zatváraní prstenca okolo DNA,“ vysvetľuje Frank Bürmann, doktorand vo výskumnej skupine „Chromozómová organizácia a dynamika“ Stephana Grubera. Okrem toho vedci zistili, ako konce kleisín dokážu rozlíšiť medzi správnymi a nesprávnymi väzbovými miestami na jednom páre ramien.

Súdržnosť chromozómov má rozhodujúci význam aj pre reprodukciu. V ľudských vajíčkach musí byť táto súdržnosť zachovaná po celé desaťročia, aby sa zabezpečila bezchybná meióza vaječnej bunky. Zlyhanie súdržnosti je pravdepodobnou príčinou zníženej plodnosti v dôsledku veku alebo výskytu genetických defektov, ako je trizómia 21. „Objasnenie štruktúry proteínových komplexov SMC-kleizín je dôležitým míľnikom v pochopení zložitej organizácie chromozómov,“ hovorí. vodca skupiny Stephan Gruber.


Metódy

Získavanie a spracovanie surovej RNA-seq

Stiahli sme si nespracované sekvenovanie RNA z projektu dbGAP GTEx [46], verzia 7 (phs000424.v7.p2). Zahrnuli sme 36 tkanív s celkovým počtom 7584 vzoriek (doplnkový súbor 4: Tabuľka S2) po použití všetkých filtrov v potrubí volania mutácií (pozri nižšie). Spracovali sme tiež sekvenovanie DNA exómu zo 105 vzoriek celej krvi, ktoré mali zhodnú vzorku RNA-seq.

Čítania boli mapované do ľudského genómu Hg19 (NCBI zostava GRCh37.p13) pomocou STAR [47] s nasledujúcimi parametrami: vyžadujúce jedinečné mapovanie čítaní (--outFilterMultimapNmax 1), orezanie 6 báz na 5′ konci čítaní (--clip5pNbases 6) a udržiavanie načítaní s 10 alebo menej nezhodami a menej ako 10 % nezhodami dĺžky čítania, ktorá sa efektívne mapovala na genóm (--outFilterMismatchNmax 10, --outFilterMismatchNoverLmax 0,1). Aby sa zabránilo kontaminácii zárodočných variantov počas fázy volania somatickej mutácie, všetky SNP z dbSNP [48] v142 boli maskované na Ns a ignorované pri následnom spracovaní (https://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/snp/organisms/human_9606_b142_GRCh37p13/ POSTEĽ).

Po mapovaní sme odstránili duplicitné čítania, aby sme sa vyhli skresleniam vznikajúcim z duplikátov PCR počas prípravy knižnice pomocou vlastného skriptu python.

DNA somatická mutácia volajúca zo sekvenovania RNA

Identifikácia variantov DNA z RNA-seq vyžaduje odfiltrovanie mnohých zdrojov falošne pozitívnych výsledkov. Patria sem chyby sekvenovania, udalosti úpravy RNA, chyby mapovania okolo spojov, varianty zárodočnej línie a iné skreslenia sekvenovania/mapovania. Na vyriešenie týchto problémov sme vyvinuli vlastný kanál volania mutácií, ktorý si požičiava nápady z klasického volania variantov založených na DNA spolu s ďalšími filtrami na zvýšenie vernosti volaní mutácií z RNA-seq.

Po zmapovaní surových čítaní RNA-seq sa reťazec skladá z troch hlavných častí: (1) identifikácia pozícií pomocou dvoch základných volaní, (2) odstránenie zárodočných variantov a (3) odfiltrovanie iných potenciálne falošných variantov.

Identifikácia pozícií pomocou dvoch základných hovorov

Po mapovaní boli súbory bam naskenované, aby sa identifikovali genómové pozície, ktoré boli pokryté čítaniami, ktoré mali presne dve rôzne základné volania. Vzhľadom na vnútornú chybovosť sekvenovania sme pre tento krok zvažovali iba pozície s vysokým pokrytím a vysokou kvalitou sekvenovania. Pre pokrytie boli nastavené prísne limity (c ≥ 40 čítaní) a kvalitu sekvenovania (qs ≥ 30 v Phredovej stupnici) je to v porovnaní s dvojnásobkom toho, čo používajú niektoré volacie algoritmy založené na DNA [21]. Nakoniec sa brali do úvahy iba pozície, v ktorých bola vedľajšia alela podporovaná aspoň 6 čítaniami (n ≥ 6). V kombinácii tieto parametre definujú teoretické rozdelenie pravdepodobnosti pozorovania mutácie v dôsledku chýb sekvenovania, ktoré je malé pre široký rozsah úrovní pokrytia sekvencií (doplnkový súbor 1: obrázok S1a). Okrem toho sme zahrnuli filter, ktorý zohľadňuje iba varianty s pravdepodobnosťou chyby v sekvencii p < 0,0001 (pozri filtre nižšie). Tieto prísne medzné hodnoty zaisťujú nízku pravdepodobnosť pozorovania chýb sekvenovania aj vo vysoko pokrytých génoch, stále však používame ďalšie filtre, aby sme zohľadnili chyby sekvenovania (pozri nižšie).

Identifikácia a eliminácia zárodočných variantov

Pre správnu identifikáciu somatických mutácií je potrebné vylúčiť bežné a zriedkavé varianty zárodočnej línie. Aby sa eliminovali bežné varianty, použil sa prísny filter s použitím ľudského genómu maskovaného Ns pre pozície, o ktorých je známe, že majú spoločné varianty z dbSNP v142 (pozri vyššie).

Aby sme eliminovali všetky ostatné varianty zárodočnej línie, vrátane zriedkavých, použili sme varianty zárodočnej línie s nízkou spoľahlivosťou nazývané GTEx. Tieto hovory uskutočnil GTEx pomocou GATK's HaplotypeCaller v3.4 na údajoch o sekvenovaní celého genómu pri 30-násobnom pokrytí zo vzoriek celej krvi. Konkrétne sme použili súbor vcf GTEx_Analysis_2016-01-15_v7_WholeGenomeSeq_652Ind_GATK_HaplotypeCaller.vcf ktorý obsahuje všetky varianty zárodočnej línie pred filtrovaním na MAF a nekvalitné varianty. Naším cieľom bolo vylúčiť čo najviac variantov zárodočnej línie, preto sme usúdili, že použitie všetkých variantov zárodočnej línie nazývaných GTEx – vrátane tých nekvalitných – bolo najbezpečnejšou možnosťou na minimalizáciu kontaminácie zárodočnou mutáciou v našich volaniach somatických mutácií. Zatiaľ čo tieto varianty boli nazývané vo vzorkách celej krvi, zárodočné varianty by mali byť prítomné vo všetkých tkanivách jedinca a ako také boli tieto varianty vylúčené na individuálnej báze vo všetkých tkanivách tohto jedinca. Z mutácií daného jedinca boli vylúčené iba miesta, ktoré mali heterozygotné alebo homozygotné varianty pre alternatívnu alelu.

Filtrovanie artefaktov

A total of 13 filters were applied to exclude a variety of artifacts:

Blacklisted regions. We excluded sex chromosomes, unfinished chromosomal scaffolds, the mitochondrial genome, and the HLA locus in chromosome 6 which is known to contain a high density of germline variants [49] making accurate mapping challenging and is hence a potential source of false-positive calls.

RNA edits. The most prevalent type of RNA editing in humans is Adenine-to-Inosine (A>I) which is observed as an A>G/T>C substitution in sequencing data. The Rigorously Annotated Database of A-to-I RNA editing (RADAR) [50] has extensively curated RNA-edit events including calls identified using the GTEx data [51]. We also obtained RNA-edit information from the Database of RNA editing (DARNED) that includes further edit types curated from published studies [52]. We excluded all positions described in RADAR v2 (http://lilab.stanford.edu/GokulR/database/Human_AG_all_hg19_v2.txt) and in DARNED (https://darned.ucc.ie/static/downloads/hg19.txt) and observed an average decrease of 10% mutations per sample in our RNA-sequencing calls but not in our DNA-sequencing calls from GTEx (Additional file 1: Figure S2a), indicating that we are indeed eliminating real RNA-edit events that would otherwise be false-positive mutation calls.

Splice junction artifacts. Splice junctions are difficult to resolve during mapping because a gap has to be introduced in reads spanning a splice junction to map it to the corresponding exons in the genome. We observed that the mutation rate was higher close to annotated exon ends and it stabilized at

7 bp away from the exon end across all tissues (Genecode v19 genes v7 annotation file) (Additional file 1: Figure S1b). Most of these are likely mapping artifacts, and we therefore excluded all mutations located less than 7 bp away from an annotated exon end.

Sequencing errors. While sequencing errors are unlikely to be found given the parameters established in the first part of the mutation calling pipeline (see above), we additionally filtered out mutations that had a probability of being sequencing errors greater than 0.01%. This probability was calculated using the upper tail integral of the binomial distribution where the number of successes is the number of reads supporting the alternate allele, the number of events is the coverage in that position, and the probability of success is the conservative assumption of p = 0.001 which equals our cutoff of phred score 30 during the first part of the pipeline (see above). This is extremely conservative because it does not incorporate the probability of observing the exact same base call across all reads supporting the alternate allele.

Read position bias. To eliminate any systematic bias of a mutation being consistently called around the same position along reads supporting it versus the rest of the reads, we excluded mutations that had a p value less than 0.05 when applying a Mann-Whitney U test of the positions in the read supporting the alternate allele vs the positions supporting the reference allele. For these tests, we used BCFtools [53] mpileup.

Mapping quality bias. We excluded mutations that had a p value less than 0.05 when applying a Mann-Whitney U test comparing mapping quality scores of the base calls supporting the alternate allele vs the mapping quality scores of reads supporting the reference allele. For these tests, we used BCFtools [53] mpileup.

Sequence quality bias. We excluded mutations with a p value less than 0.05 when applying a Mann-Whitney U test comparing sequencing quality scores of base calls supporting the alternate allele vs the scores of base calls supporting the reference allele. For these tests, we used BCFtools [53] mpileup.

Strand bias. We excluded mutations with a p value less than 0.05 when applying a Mann-Whitney U test comparing strand bias of bases supporting the reference and alternate allele (i.e., cases where mutations were only observed on one strand were excluded this is not related to the strand asymmetry we observed for some mutation types). For these tests, we used the “Mann-Whitney U test of Mapping Quality vs Strand Bias” of BCFtools [53] mpileup.

Variant distance bias. We excluded variants that showed a high or low mean pairwise distance between the alternate allele positions in the reads supporting it. Podobné ako read position bias filter, this ensures that we filter mutations that are consistently observed around the same region of all the reads that support it. We used a cutoff of p < 0.05 for a two-tail distribution of simulated mean pairwise distances from the BCFtools [53] implementation.

RNA-specific allele frequency bias. We observed an enrichment of variants having a variant allele frequency (VAF) greater than 0.9 only in mutation calls from RNA-sequencing but not from the matched DNA-sequencing samples. This RNA-specific bias could be due to several factors, including allele-specific expression leading to enrichment of the alternate allele, RNA editing, or systematic artifacts during RNA extraction, library construction, and sequencing. We took a conservative approach and excluded all mutations that had a VAF greater than 0.7.

Tissue-specific mutation effects. To eliminate false positives arising by systematic artifacts of unknown origin, we first looked for recurrent mutations observed in many samples of a given tissue. While these mutations could be real and have a biological impact, they may also reflect a shared systematic artifact that is producing the same exact mutation across several samples of the same tissue. We decided to take a conservative approach and eliminated all mutations that were called in at least 40% of the samples in one tissue. Even though we labeled these mutations on a per-tissue basis, once identified, we removed them from any sample in any tissue that had them.

Overall systematic mutation bias. We further eliminated mutations that were present in at least 4% of all samples. Similarly, as in the previous step, these mutations are more likely to have originated from a systematic artifact.

Hyper-mutated samples. We excluded samples that had an excess of mutations compared to what it was expected from sequencing depth and biological factors. To do so, we looked at the residuals after applying a linear regression on mutation numbers using as features sequencing depth, age, sex, and BMI. We observed 48 samples that had residual values greater than 1500 (i.e., they had > 1500 more mutations than expected by other factors) (Additional file 1: Figure S1 g) and excluded them from further analysis, leaving 7584 remaining. We did not observe any hypo-mutated samples having similar residual values in the opposite direction.


Therapeutic targeting of W-CIN tumor cells

Because W-CIN is an important driver of tumor progression, an approach that specifically targets W-CIN tumor cells is likely to be effective against most forms of cancer. Several such strategies have been proposed. As mentioned above, an excessively high level of W-CIN results in cell death. The possibility of increasing the levels of W-CIN in tumor cells in order to eradicate them has therefore been explored in vitro. Indeed, a combination of reducing the expression level of the mitotic kinases Mps1 or BubR1 and treatment with the taxane paclitaxel induces cell death. 128 However, at present, the development of a therapeutic strategy based on this principle remains both challenging and precarious.

Another strategy involves the specific inhibition of centrosome clustering. Tumor cells have often overduplicated their centrosomes such that they possess more than the normal number of two centrosomes per cell (Figure 1). Centrosome clustering allows cells to undergo a bipolar division, but this frequently leads to aneuploid daughter cells secondary to merotelic chromosome attachments and lagging chromosomes. 6 The use of various drugs, such as griseofulvin and EM011, and small-molecule inhibitors or small interfering RNAs against various mitotic proteins, including HSET and HEC1, have shown various degrees of specificity in inhibiting the proliferation of cancer cells with overduplicated centrosomes. 129, 130, 131, 132 The latter study has in fact demonstrated some in vivo účinnosť. 132

In addition to these approaches that aim to target W-CIN cells ako také, other strategies have focused on targeting the resulting aneuploid cells. The presence of an additional chromosome in disomic yeast or in trisomic mouse embryonic fibroblasts, generated by Robertsonian fusion chromosomes, has been shown to cause aberrations in cellular metabolism and protein folding and turnover. 42, 43 Importantly, three drugs that induce energy stress or inhibit autophagy or protein folding have been shown to specifically inhibit proliferation of the aforementioned trisomic mouse embryonic fibroblasts and aneuploid human cells. 133 It remains unclear, however, whether these agents will be effective in specifically killing aneuploid cells that have lost chromosomes, a phenomenon that is in fact more common in human tumors. 29

Finally, aneuploid cells may be targeted specifically by virtue of a common gain or loss of a whole chromosome, a chromosome arm or a combination thereof. Chromosome 7 is frequently gained in solid tumors, particularly in carcinomas, and chromosome 22 is often lost, for example, in nearly half of ovarian adenocarcinomas. 29 Similarly, an approach that combines targeting the gain of chromosome 7 and the loss of chromosome 10 is anticipated to be effective for up to 75% of glioblastomas and astrocytomas. 29, 53 The small arms of chromosomes 3 and 8 are frequently lost and gained in tumors, respectively. 52, 53 The gains and/or losses of these whole chromosomes or chromosome arms, or deletions or amplification of smaller chromosome segments, may be targeted using the respective increased or decreased expression of one or multiple genes on the involved chromosomes. Genes encoding cell membrane proteins would represent the most promising candidates. The observation that the copy number of genes in aneuploid cells is proportional to the transcript and protein levels of the gene 32 predicts that this may become a feasible option.


Obsah

Balancer chromosomes were first used in the fruit fly by Hermann Muller, who pioneered the use of radiation for organismal mutagenesis. [2]

In the modern usage of balancer chromosomes, random mutations are first induced by exposing living organisms with otherwise normal chromosomes to substances which cause DNA damage in flies and nematodes, this usually occurs by feeding larvae ethyl methanesulfonate (EMS). The DNA-damaged larvae (or the adults into which they develop) are then screened for mutations. When a phenotype of interest is observed, the line expressing the mutation is crossed with another line containing balancer chromosomes in order to maintain their lineage. [3] In one instance, balancers were used to genetically screen a population of Caenorhabditis elegans. By this point in time, scientists had already realized the benefits of being able to genetically screen populations of organisms for genetic study. Equally as important, they also realized that they could limit crossing over in these populations as well as give them very consistent genetic compositions. [4]

The use of balancer chromosomes has since evolved into a well known and widely used method for genetic screening of model organisms. They are even being used to investigate the role of heterochromatin packing and the effect it has on genes, [5] as well as studies of the effects that telomeres have on gene silencing. [6]

In diploid organisms, mutations without recessive lethal (or sterile) phenotypes can simply be bred to homozygosity and maintained stably and indefinitely by crossing homozygotes. However, homozygotes for recessive lethal mutations are by definition non-viable, because the presence of the recessive lethal allele on both chromosomal homologs causes the organism to die early in development an organism that is homozygous for a recessive mutation that causes sterility yields essentially the same result (i.e. its genetic material cannot be passed on to progeny, even if the sterile individual itself survives to maturity). This problem forces geneticists wanting to study recessive lethal/sterile mutations to maintain the mutation in heterozygous organisms instead (in which a chromosome containing a recessive lethal/sterile mutation is complemented by a homolog that functions as wild-type at the same locus, allowing the organism to survive and reproduce more or less normally).

Crosses between heterozygotes yield wild-type organisms in addition to heterozygotes and the non-viable homozygotes. To maintain a purely heterozygous line, wild-type offspring must be identified and prevented from mating. This can be prohibitively resource-intensive, especially if long-term maintanance of the recessive mutation is the goal.

Substituting a balancer chromosome for the wild-type homolog of the chromosome carrying the recessive mutation prevents the establishment of wild-type organisms in various ways. First, a balancer carries its own independent recessive lethal mutation, which makes the organism non-viable if two copies of balancer are inherited (i.e. no copy of the desired mutation). However, recombination between the balancer and the homolog containing the mutated allele may also result in the de novo creation of a wild-type chromosome. To suppress recombination, balancers usually harbor multiple, nested chromosomal inversions so that synapsis between the homologous chromosomes is disrupted. [7] If crossing over does occur, it is often unbalanced, with each resulting chromatid lacking some genes and carrying two copies of others. The process can also lead to dicentric or acentric chromosomes (chromosomes with two centromeres or no centromere), which are inherently unstable and usually end up breaking up and mutating or being lost during subsequent mitosis. All of these outcomes are very likely to be lethal.

Finally, balancer chromosomes carry dominant genetic markers such as genes for green fluorescent protein or enzymes that make visually conspicuous pigments, which allow researchers to easily recognize organisms that carry the balancer. [8] In the unlikely case of viable recombination, the marker may be lost, thus alerting researchers to the event.

Importantly, suppression of recombination by nested inversions only occurs at the inverted intervals, while other regions (usually peri-centromeric and sub-telomeric regions) are free to recombine. Likewise, if the desired mutation is in the same locus as the balancer's recessive lethal mutation (i.e. is in strong linkage disequilibrium with it), recombination resulting in a wild-type chromosome is very unlikely, regardless of recombination suppressive inversions.

In addition to simply maintaining an isolated recessive lethal (or sterile) mutation, balancer chromosomes are also useful in forward genetic screens to identify such mutations. In such screens randomly mutagenized organisms carrying a balancer are crossed with each other. Offspring that carry the balancer, identified by the dominant marker, can be crossed with littermates. Any such cross that does not produce marker-negative animals is likely the result of a recessive lethal mutation in the non-balancer chromosome. Of course, only the genomic interval covered by the inversions in the balancer can be screened in this way, with recessive lethal mutations in other intervals and on other chromosomes being lost.

Balancer chromosomes are named for the chromosome they serve to stabilize and for the phenotypic or genetic marker the balancer carries. [9] The naming of balancer chromosomes in D. melanogaster has been standardized as follows: the first letter of the chromosome's name represents the number of the chromosome it stabilizes. F stands for the first chromosome, S for second, and T for third. The small fourth chromosome does not undergo recombination and therefore does not require balancing. This letter is then followed by an M for "multiply inverted". The M is followed by a number to distinguish balancers of the same chromosome. Additionally, the genetic marker or markers within the balancer are listed after the name and separated by a comma. Generally, mutations with easily observable dominant phenotypic traits that are often homozygous lethal are used to ensure that all progeny are heterozygous. For example, the commonly used TM3, Sb balancer stabilizes the third chromosome and carries a mutant Sb ("stubble") gene as a dominant marker. All flies containing the TM3, Sb balancer will have shortened or stubbly hairs on the back of their abdomens, which are easily seen when viewed through a microscope. The 3 distinguishes this balancer from other third-chromosome balancers such as TM1 a TM2.

A line is said to be "double-balanced" if it is heterozygous for two different balancer chromosomes (for example, TM6,Tb/TM3,Ser) on one chromosome and a homozygous-lethal, heterozygous-visible mutant on the other, wild-type chromosome (for example, D/TM3,Ser). Most balancer chromosomes also carry a recessive allele such as the "ebony" mutation that is only manifest in these stocks with two balancer chromosomes. Such stocks are often used to provide sources of easily traceable traits when breeding two different lines together, so that the correct progeny of each cross can be selected. Stocks double-balanced at both the second and third chromosomes in Drosophila are widely available from fly stock repositories.

Balancer chromosomes give geneticists a reliable method for genetically screening organisms for a specific mutation and maintaining that mutation consistently in subsequent generations. A new technique using balancer chromosomes is explored in the paper "The Autosomal Flp-Dfs Technique for Generating Germline Mosaics in Drosophila Melanogaster", which showed for the first time that it is possible to screen for a recessive mutation that only shows a phenotype when homozygous. Using old balancer chromosome methods, genetic screening only allowed for the selection of heterozygous dominant mutations. This experiment uses clonal screening to detect homozygous individuals and keep them in a constant line. [10] They achieved this by using the FLP recombinase gene, isolated from yeast, which causes large chromosomal inversions. Through trial and error they found that the chromosomes could be recombined such that each had the recessive mutation while the other half contained half of a balancer chromosome with a physical marker and a lethal recessive. The other homolog did not contain the lethal recessive in the lines that survived. Figure one in the paper illustrates the screen. This new technique allowed recessive screening in 95% of the Drosophila genóm. It also greatly improved yields in germ-line mutations. [10]

Another published paper that employed the use of balancer chromosomes is "Inhibition of RNA Interference and Modulation of Transposable Element Expression by Cell Death in Drosophila". This paper demonstrates the power of balancer chromosomes and what can be accomplished with genetically stable lines. A line was established that exhibited low levels of cell death and was named EGFPir hs-hid. When the RNAi levels were analyzed, the authors found interesting results in the cells undergoing low levels of cell death and the surrounding cells in the tissue. They found that these cells would shut down their RNAi mechanism via maintaining RNA in a double-stranded state i.e. if RNA remains in a double-stranded state, then the RNAi mechanism of gene silencing is effectively disabled.

The authors speculated that this response was an evolutionary trend toward a redundant immune response against RNA viruses. If one cell is already undergoing cell death to attempt to stop the spread of a virus, then the RNAi immune response has been ineffective. This causes another immune response that attempts to stop the virus, which is binding double-stranded RNA and keeping it double-stranded so that it cannot be transcribed into viral proteins. The precise mechanism by which double-stranded RNA is maintained is not known. [11]


Are all chromosomes equally susceptible to mutation? - Biológia

GENETICS 372 Winter 2000
W. Fangman

Definitions of Course Terms

Allele One of the different forms of a gene or DNA sequence that can exist at a single locus.

Aneuploid Not having the "correct" chromosome composition. An individual with an abnormal complement of chromosomes resulting from the absence of a chromosome(s) or the presence of an additional chromosome(s).

Annealing Formation of double-stranded nucleic acid from single stranded forms.

Apoptosis Programmed cell death (PCD) a process in which cellular DNA is degraded and the nucleus condensed then cell is then devoured by neighboring cells or phagocytes.

Autosome Any chromosome other than the sex chromosomes or the mitochondrial chromosome.

Blastocysts In mammals, the embryo at the 16-cell stage of development through the 64-cell satge when the embryo implants.

Cancer genes Mutant alleles of naormal genes that lead to cancer

Carcinogen Physical or chemical agent which induces cancer.

Carrier In human genetics, an individual heterozygous for a mutant allele that generally causes disease only in the homozygous state. More generally, an individual who possesses a mutant allele but does not express it in the phenotype because of a dominant allelic partner thus, an individual of genotype Aa is a carrier of a if there is complete dominance of A over a.

cDNA A duplex DNA where one strand is identical in sequence (except for T in place of U) and one is complementary to a particular RNA.

cDNA libraries Libraries which store sequences copied into DNA from RNA transcripts typically these sequences carry only the exon information for making proteins.

Centimorgan (cM) A unit of measure of ecombination frequency. One cM is equal to 1% chance that a marker at one genetic locus will be separated from a marker at a second locus due to crossing-over in a single generation.

Chiasmata Observable regions in which nonsister chromatids of homologous chromosomes cross-over each other.

Chi square ( c 2) test A statistical test to determine the probability that an observed deviation from the expected event or outcome occurs solely by chance.

cis-acting locus Locus that affects the activity only of DNA sequences on the same molecule of DNA usually implies that the locus does not code for protein.

cis configuration Two sites on the same molecule of DNA.

Clone A group of cells or molecules that are identical by having arisen from a single ancestral cell or molecule.

Chromosomes Self-replicating structures of cells that carry in their nucleotide sequences the linear array of genes.

Complementarity The chemical affinity between specific nitrogenous bases as a result of their hydrogen bonding properties. The property of two nucleic acid chains having base sequences such that an antiparallel duplex can form where the adenines and thymines (or uracils) are apposed to each other, and the guanines and cytosines are apposed to each other.

Complementation The production of a wild-type phenotype when two different mutations are combined in a diploid or a heterokaryon.

Chromatid One of the two side-by-side replicas produced by chromosome duplication.
Codon A triplet of nucleotides that represents an amino acid or a termination (STOP) signal.

Cross The deliberate mating of selected parents based on particular genetic traits desired in the offspring.

Cross-over During meiosis, the breaking of one maternal chromosome, resulting in the exchange of corresponding sections of DNA, and the rejoining of the chromosome. The process can result in the exchange of alleles between chromosomes. Compare recombination.

Cytoplasmic inheritance Inheritance via genes found in cytoplasmic organelles.

Degenerate code A genetic code in which some amino acids may be encoded by more than one codon each.

Denaturation The separation of the two strands of a DNA double helix, or the severe disruption of the structure of any complex molecule without breaking the major bonds of its chains.

Domain of a protein A discrete continuous part of the amino acid sequence that can be equated with a particular function.

Dominance The expression of a trait in the heterozygous condition.
Downstream Sequences proceeding farther in the direction of transcription, for example, the coding region is downstream of the promoter.

Endonuclease An enzyme that cleaves the phosphodiester bond within a nucleotide chain.
Enzyme A protein that functions as a catalyst.

Eukaryotes Organisms (ranging from yeast to humans) which have nucleated cells.

Euploid Having the "correct" chromosome composition. Cells containing only complete sets of chromosomes.

Exon Any segment of an interrupted gene that is represented in the mature RNA product. The protein-coding sequences of a gene.

Exonuclease An enzyme that cleaves nucleotides one at a time from an end of a polynucleotide chain.

Familial trait Any trait that is more common in relatives of an affected individual than in the general population could be due to genetic and/or environmental causes.

Frameshift mutations Mutations that arise by deletions or insertions that are not a multiple of 3 bp they change the frame in which triplets are translated into protein.

Gene The fundamental physical and functional unit of heredity, which carries information from one generation to the next a segment of DNA, composed of a transcribed region and a regulatory sequence that makes transcription possible.

Genetic code The set of correspondences between nucleotide pair triplets in DNA and amino acids in protein.

Genetic heterogeneity A similar phenotype being caused by different mutations. Most commonly used for a similar phenotype being caused by mutations in different genes. Allelic heterogeneity refers to different mutations in the same gene.

Genetic markers Alleles of genes, or DNA polymorphisms, used as experimental probes to keep track of an individual, a tissue, a cell, a nucleus, a chromosome, or a gene.

Genome The total genetic material of an organism, i.e. an organism's complete set of DNA sequences.

Genotype The actual alleles present in an individual..

Germ cells Specialized cells that form the reproductive organ where they ultimately undergo meiosis, thereby producing gametes that contain half the number of chromosomes as there body cells. Germ cells are responsible for transmitting genes to the next generation of an organism.

Haploid A single set of chromosomes present in the egg and sperm cells of animals, in the egg and pollen cells of plants, and in stable or transient life cycle forms of some other organisms such as yeast.

Haplotype A set of closely linked alleles (genes or DNA polymorphisms) inherited as a unit. A contraction of the phrase "haploid genotype."

Heterozygous Having two different alleles at a given locus on a pair of homologous chromosomes.

Heterogeneous trait see Genetic Heterogeneity

Homologous chromosomes Chromosomes that pair with each other at meiosis.

Homozygote An individual possessing a pair of identical alleles at a given locus on a pair of homologous chromosomes.

Housekeeping gene Gene that is expressed in virtually all cells since it is fundamental to the any cell's functions.

Hydrogen bond A weak bond involving the sharing of an electron with a hydrogen atom hydrogen bonds are important in the specificity of base pairing in nucleic acids and in the determination of protein shape.

Hybridization The process of joining two complementary strands of DNA or one each of DNA and RNA to from a double-stranded molecule.

Introns The DNA base sequences interrupting the protein-coding sequences of a gene. These sequences are transcribed into RNA but are cut out of the message before it is translated into protein.

Inbred line A group of identical pure-breeding diploid or polyploid organisms, distinguished from other individuals of the same species by some unique phenotype or genotype, that are maintained by interbreeding.

Karyotype The entire chromosome complement of an individual or cell, as seen during mitotic metaphase.

Kilobase pair or kilobase (kb) 1000 base pairs of DNA or 1000 bases of RNA.

Lawn Bacteria immobilized in a nutrient agar, used as a field to test for the presence of viral particles.

Leader sequence The sequence at the 5' end of an mRNA that is not translated into protein.

Library A set of cloned fragments together representing the entire genome, created then placed into storage.

Ligase DNA ligase an enzyme that can rejoin a broken phosphodiester bond in a nucleic acid requires a 5' phosphate and a 3' OH.

Linkage The proximity of two or more markers on a chromosome the closer together the markers are, the lower the probability that they will be separated by recombination, thereby increasing the probability that specific alleles will be inherited together

Linkage group A group of genes chained together by linkage relationsships.

Locus A specific location on a chromosome.

Lod score The logarithm of the ratio of the odds that two loci are linked with a recombination fraction equal to or greater than 0 and less than 0.5 to the likelihood of independent assortment. Also called "Z."

Marker same as Genetic marker

Melting Denaturation of DNA.

Missense mutation A single DNA base change which leads to a codon specifying a different amino acid.

Model organisms Creatures used in genomic analysis because they have many genetic mechanisms in common with each other and with humans. These organisms lend themselves well to classical breeding experiments and direct manipulation of the genome.

Morphogens Substances that define different cell fates in a concentration-dependent manner

mRNA (messenger RNA) An RNA molecule, transcribed from a gene, from which a protein is translated by the action of ribosomes.

Mutagen Any agent that is capable of increasing the mutation rate.

Mutant allele An allele differing from the allele found in the standard, or wild type.

Nonsense codon (also called STOP codon) Any one of three triplets (UAG, UAA, UGA) that cause termination of protein sysnthesis.

Nonsense mutation (also called STOP mutation) Any change in DNA that causes a (termination) codon to replace a codon representing an amino acid.
Nonsense suppressor (also called STOP suppressor) A gene coding for a mutant tRNA able to respond to one or more of the termination codons.

Northern blotting Procedure to transfer RNA from an agarose gel to a nylon membrane.

Null allele An allele that makes no gene product or whose product has no activity of any kind a deletion of a gene is necessarily a null allele.

Null hypothesis The prediction that an observed difference is due to chance alone and not due to a systematic cause this hypothesis is tested by statisical analysis, and accepted or rejected.

Oligonucleotides Small single-stranded segments of DNA typically 20-30 nucleotide bases in size which are synthesized in vitro.

Oncogene An allele of a normal gene, called a proto-oncogene, that causes a cell to become cancerous.

Open reading frame Streteches of codons in the same reading frame uninterrupted by STOP codons.

Pedigree An orderly diagram of a family's relevant genetic features, extending back to at least both sets of grandparents and preferably through as many generations as possible.

Penetrance The proportion of individuals with a specific genotype who manifest that genotype at the phenotype level.

Phage Short for bacteriophage a virus for which the natural host is a bacterial cell. Literally "bacteria eaters."

Phenotype Observable characterisics of an organism.

Plaque In bacterial virus analysis, a clear area of a petri dish, devoid of bacterial cells, indicating the presence of viral particles.

Plasmid Cytoplasmic, autonomously replicating extrachromosomal DNA molecule.

Point mutation A change in a single base pair.

Polarity An overall direction.

Polymorphic site A chromosome site with two or more identifiable alleleic DNA sequences. Also called a polymorphic locus.

Positional cloning The process where researchers obtain the clone of a gene without prior knowledge of its protein product or function it uses large-scale physical and formal genetic linkage maps to find specific genes.

Primer Short, pre-existing oligonucleotide or polynucleotide cahin to which new DNA can be added by DNA polymerase.

Prokaryote An organism without a nucleus eubacteria, archaebacteria, and blue-green algae.

Promoter A region of DNA involved in binding of RNA polymerase to initiate transcription.

Proto-oncogene A gene that can mutate to an allele, an oncogene, that causes a cell to become cancerous.

Reading frame A sequence of sense codons such that each suceeding triplet generates the correct order of amino acids resulting in a polypeptide chain.

Recessive allele An allele whose phenotypic effect is not expressed in a heterozygote.

Recombinant DNA molecules A combinatin of DNA molecules of different origin that are joined experimentally.

Recombination The formation of a new combination of alleles through independent assortment or crossing-over.

Renaturation The reassociation of denatured complementary single strands of a DNA double helix.

Restriction enzymes Proteins that recognize specific, short nucleotide sequences in DNA and catalyze cutting at those sites.

Silent mutation Mutation in which the function of the protein product of the gene is unaltered.

Somatic cells All the cells of an organism except those of the germ line.

Suppression Changes that eliminate the effects of a mutation without reversing the original change in DNA.

Suppressor mutation A mutation that counteracts the effects of another mutation. A suppressor maps at a different site than the mutation it counteracts, either within the same gene or at a more distant locus. Different suppressors act in different ways.

Temperature-sensitive mutation A class of conditional mutations the mutant phenotype is observed in one temperature range and the wild-type phenotype is observed in another temperature range.

Template strand The strand of the DNA double helix that is copied by base pair complementarity to make an RNA. The other, non-template strand of the DNA duplex has a sequence that is identical to the synthesized RNA (except in RNA, U replaces T).

Trait Any detectable phenotypic variation of a particular inherited character.

Transcription uni t The distance between sites of initiation and termination by RNA polymerase may include more than one gene.

Trans configuration The configuration of two sites refers to their presence on two different molecules of DNA (chromosomes).

Transfection of eukaryotic cells The acquisition of new genetic markers by incorporation of added DNA.

Transformation of bacteria or yeast The acquisition of new genetic markers by incorporation of added DNA.

Transformation of eukaryotic cells Their conversion to a state of unrestrained growth in culture, resembling or identical with the tumorigenic condition usually applied to mammalian cells.

Transgenic organism One whose genome has been modified by externally applied new DNA a term applied to metazoans.

Vector In cloning, the plasmid, phage, or yeast chromosomal sequences used to propagate a cloned DNA segment.

Western blotting A technique in which proteins are separated by gel electrophoresis and transferred to a nylon sheet. A specific protein is then identified through its reaction with a labeled antibody.

Wild type The genotype or phenotype that is found most commonly in nature or in the standard laboratory stock for a given organism.

X-ray crystallography A technique for deducing molecular structure by aiming a beam of X rays at a crystal of the test compound and measuring the scatter of rays.


Pozri si video: Chromosome Numbers During Division: Demystified! (Smieť 2022).


Komentáre:

  1. Hayden

    Verím, že si sa mýlil

  2. Matata

    Thanks for the kind society.

  3. Neese

    The site is just wonderful, I recommend it to everyone I know!

  4. Bradford

    Len posmeyte to urobte znova!

  5. Rick

    Is distant



Napíšte správu