Intron

Intron on geenis olev nukleotiidne järjestus, mis eemaldatakse RNA splaissimise käigus, kui valmistatakse RNA produkt, millelt toimub translatsioon. Intronid ja eksonid geenis transkribeeritakse RNA molekuliks ning eksonid liidetakse kokku RNA lõpp-produktiks, kui intronid on eemaldatud. Intron on geeni mittekodeeriv piirkond.

Üht intronit sisaldav geen

Terminit intron kasutatakse nii DNA sees olevate intronite iseloomustamiseks kui ka RNA sees olevate intronite iseloomustamiseks.

Järjestused, mis hiljem kokku liidetakse RNA valmistamiseks, on moodustunud eksonitest pärast RNA splaissimist. Intronid esinevad enamiku organismide geenides ning ka paljudes viirustes. Introneid esineb paljudes geenides, ka neis, mis genereerivad valke, ribosomaalset-RNAd (rRNA) ja transport-RNAd (tRNA). RNA töötlemine toimub enne translatsiooni ning pärast transkriptsiooni.

Sõna intron tuleb ingliskeelsest väljendist intragenic region (geenisisene piirkond), mis tähendab geeni sees olevat ala.

Klassifikatsioon

On teada vähemalt nelja eri tüüpi introneid.

• isesplaissuvad grupp I intronid, mis eemaldatakse RNA katalüüsi käigus
• isesplaissuvad grupp II intronid, mis eemaldatakse RNA katalüüsi käigus
• intronid tuuma valke kodeerivates geenides, mille eemaldavad splaissosoomid
• intronid tuuma ja arhe transport-RNA geenides, mille eemaldavad valgud (tRNAd lõikavad ensüümid)

Pakutakse ka grupp III introneid omaette perekonnana, kuid neist teatakse veel vähe.

Grupp I ja grupp II introneid leidub valke kodeerivate geenides (informatsiooni-RNA ehk mRNA), transport-RNA ja ribosomaalses RNAs paljudel organismidel. Pärast RNA transkriptsiooni teevad I grupi ja II grupi intronid läbi ulatusliku sisemise interaktsiooni, mis lubab neil kolmedimensiooniliseks kujundiks kokku voltuda. Nende intronite RNA moodustab keerulise konserveerunud sekundaarsturuktuuri. See võimaldab neil intronitel olla isesplaissuv. Intronit sisaldav RNA molekul muudab enda kovalentstruktuuri, et täpselt eemaldada intron ning kleepida eksonid omavahel õiges järjekorras kokku. Mõnel juhul osalevad splaissimises ka spetsiaalsed introneid siduvad valgud, mis aitavad introneid voltida isesplaissumiseks vajalikku kolmedimensionaalsesse struktuuri.

Tuuma pre-mRNA intronid (splaissosoomiga eemaldatavad intronid) on ära määratud spetriaalsete intronite järjestustega, mis asuvad eksonite ja intronite vahealadel. Need järjestused tuntakse ära splaissosoomse RNA molekulide abil, kui alustatakse splaissimisreaktsioonidega. Tuuma pre-mRNA intronid on tihti palju pikemad kui neid ümbritsevad eksonid.

Bioloogilised funktsioonid ja evolutsioon

Esialgsel hindamisel saab introneid vaadata kui tähtsusetuid järjestusi, mille ainus funktsioon on eemalduda splaissimata algsest RNAst, et valmistada funktsionaalne mRNA, rRNA või tRNA produkt. Siiski, mõned intronid ise kodeerivad spetsiifilisi valke või neid introneid töödeldakse edasi hiljem pärast splaissimist, et genereerida mittekodeerivaid RNA molekule. Alternatiivne splaissimine on laialt kasutusel, et valmistada palju valke ühest geenist, tegemist on post-translatsioonilise geeniregulatsiooniga. Mõned intronid esindavad mobiilseid geneetilisi elemente ja võidakse lugeda kui näideteks isekast DNAst.

Intronite bioloogiline päritolu on selgusetu. Pärast esimest intronite avastust valke kodeerivates geenides eukarüootide rakutuumades, käis arutelu selle üle, kas intronid tänapäevastes organismides on pärit ühisest eellasest või on intronid üsna hiljuti evolutsiooniprotsessis tekkinud. On ka teine teooria: splaissosoom ja intron-ekson struktuurid geenides on jäänuk RNA maailmast. Käib arutelu ka selle üle milline neist hüpoteesidest on õigeim. Viimane populaarne konsensus hetkel on, et intronid on jäänud eukarüootsesse liini isekate elementidena.

Varajased genoomse DNA järjestuse uuringud paljudes organismides on näidanud, et intron-ekson struktuurid homoloogilistes geenides erinevates organismides võivad suuresti varieeruda. Hiljutisemad uuringud kogu eukarüootse genoomi kohta on näidanud, et intronite pikkus ja tihedus varieerub palju sugulasliikide vahel. Näiteks inimese genoom sisaldab keskmiselt umbes 8,4 intronit geeni kohta (139 418 genoomis), üherakuline seen Encephalitozoon cuniculi sisaldab ainult 0,0075 intronit geeni kohta (15 intronit genoomis)). Introneid on evolutsioonis ulatuslikult tekkinud ja/või kadunud evolutsioonis alates eukarüootide ühise eellase lahknemisest. Arvatavasti on see protsess selektsiooni tulem, kalduvusega intronite juurdetekkimisega suuremates liikides nende väiksemate populatsioonide tõttu ja vastupidine efekt toimub väiksemate liikide puhul (eriti üherakulistel liikidel). Bioloogilised faktorid mõjutavad ka millistes geenides intronid kaovad või juurde tekivad.

Intronite alternatiivne splaissimine geenides tekitab suuremat varieetilisust valkude järjestustes, mis transleeritakse ühest geenist, see lubab toota mitmeid erinevaid valke ühest geenist. Alternatiivse RNA splaissimise kontroll teostatakse erinevate signaalmolekulide abil, mis vastavad paljudele rakusisestele ja rakuvälistele signaalidele.

Intronid kui mobiilsed geneetilised elemendid

Intronid võivad evolutsioonis minna kaduma või tekkida juude nagu on selgunud paljude ortoloogiliste geenide uuringutest. Selgunud on kaks üldtunnustatud mehhanismi intronite kadumisest, pöördtranskriptaasi-vahendatud intronite kadu (Reverse Transcriptase-Mediated Intron Loss ehk RTMIL) ja genoomideletsioonid. Lõplikud mehhanismid intronite tekkimisest on kirjeldamata ja vastuolulised. Hetkel on teada vähemalt seitse intronite tekkemehhanismi: introni transpositsioon, transposooni insertsioon, tandem genoomi duplikatsioon, introni ülekanne, introni teke homoloogilise rekombinatsiooni tulemusel (DSBR rada), grupp II introni insertsioon ja intronisatsioon.

Introni transpositsiooni korral arvatav introni tekkemehhanism on kui splaissitud intron pöördsplaissub kas enda mRNA või mõne teise mRNA sisse, kus eelnevalt polnud intronit. Intronit sisaldav mRNA seejärel pöördtranskribeeritakse ja tulemuseks on intronit sisaldav cDNA, mis seejärel võib põhjustada intronitekke täieliku või osalise rekombinatsiooni tulemusena oma orignaalgeenilookusesse.

Transposooni insertsioonid võivad ka tulemuseks anda introni tekke. Kui transposoon asetub AGGT järjestusse, duplitseerub see järjestus mõlemal pool transposooni ning selline insertsioon võib introniseerida transposooni, rikkumata koodijärjestust.

Tandemgeeniduplikatsiooni korral doonor- ja aktseprotsplaissimissaitides (mõlemal on AGGT järjestusele sarnane järjestus) eksonisegmendis AGGT järjestuses tandemgeeniduplikatsioon genereerib kaks potentsiaalset splaissumissaiti. Kui splaissosoom selle koha ära tunneb, siis originaalse ja duplitseeritud AGGT vahel olev järjestus splaissitakse geeni koodijärjestust muutmata.

Introni ülekande korral saab pseudogeen või paraloogne geen introni ja siis kannab selle introni üle rekombinatsiooni teel õdeparaloogi, kust intron puudub.

Intronisatsiooni korral tekitavad mutatsioonid uued intronid varasematest eksonijärjestustest. Selle mehhanismi korral ei toimu insertsiooni või DNA generatsiooni.

Närvirakk

Neuron ehk närvirakk ehk neurotsüüt (kreekakeelsest sõnast νεῦρον neũron) on enamikul loomadel närvisüsteemi funktsionaalne üksus.

Närvikoe rakkudel on mitmeid ülesandeid, nad toodavad neurohormoone ja võtavad vastu, muundavad ja kannavad üle elektrilisi signaale, mida nimetatakse närviimpulssideks.

Närvirakkude võrgustikku ja selle uuenemist, aga ka patoloogilisi seisundeid reguleerib suuresti neurohumoraalne regulatsioon.

Närvirakud hakkavad organismis elama ja arenema looteeas: embrüogeneesis lootelehe välise kihi ektodermaalset päritolu rakkudest – neuroblastidest. Erinevalt paljudest teistest keharakkudest närvirakud pärast diferentseerumist oma elu jooksul rohkem ei jagune.

Tüüpilise neuroni ehk närviraku ehitus

Dendriit Rakukeha (soom) Akson Rakutuum Ranvier' kitsend Aksoni lõpp Schwanni rakk Müeliintupp

I gal närvirakul on tuuma sisaldav rakukeha ehk perikaarüon, dendriitideks kutsutavad lühikesed jätked, mis kannavad elektrilisi signaale rakukeha suunas, ja akson – pikk jätke, mis juhib signaale läbi sünapsi närvirakust välja.

Närviraku anatoomia

Praegu kehtivas inimese anatoomia standardis Terminologia Anatomicas kuulub neuron närvisüsteemi.

Närviraku ehitus

Närviraku ehitus

1. Karedapinnaline endoplasmaatiline retiikulum
2. polüribosoom
3. ribosoom
4. Golgi kompleks
5. rakutuum
6. nukleool
7. rakumembraan
8. mikrotuubul
9. mitokonder
10. siledapinnaline endoplasmaatiline retiikulum
11. aksonikoonus (inglise keeles axon hillock)
12. Schwanni raku tuum
13. sünaps (aksonsomaatiline)
14. sünapsid (aksondendriidiline)
15. dendriit
16. akson
17. neurotransmitter sünapsipilus
18. retseptor
19. sünaps
20. aktiinifilamendid
21. Schwanni raku müeliintupp
22. Ranvier' kitsend (ingl. k. node of Ranvier)
23. Presünaptiline terminal
24. Sünaptilised vesiikulid
25. Sünaps (aksonaksoniline)
26. Sünapsipilu (ingl. k. synaptic cleft)

Närviraku membraan

Närviraku membraanid on justkui peaaju 'suhtlusvõrgustikud' (ingl communication centers), kuna läbi nende närvirakud suhtlevad, lisaks kontrollivad membraanid toitainete sisenemise ja jääkainete väljutamise protsesse.

Närviraku membraanides mängivad olulist rolli kaks molekulide rühma: lipiidid ja valgud. Lipiidide fraktsioon koosneb peamiselt fosfolipiididest, glükolipiididest ja kolesteroolist.

Membraanivalgud aga moodustavad molekulaarseid üksusi, mis talitlevad membraaniretseptorite (näiteks opioidretseptorid), -kanalite ja ensüümidena.

Närvirakkude klassifikatsioon

Närvirakke võib eristada mitmete tunnuste alusel, sealhulgas geeni ekspressiooni, morfoloogia, neurotransmitterite profiili, membraani biofüüsikaliste omaduste, erutuvuse ja muude tunnuste põhjal.

Morfoloogiline klassifikatsioon

Närvirakud jagunevad väga erinevateks rühmadeks. Jätkete olemasolu ja nende koguse järgi liigitatakse närvirakud:

• unipolaarsed ehk ainujätkelised neuronid – üheainsa jätkega, millel on nii dendriidi kui ka aksoni ülesanne, neid leidub silma võrkkestas;
• bipolaarsed ehk kahejätkelised neuronid – üks dendriit ja üks akson, neid leidub silma võrkkestas;
• multipolaarsed neuronid – palju dendriite ja üks akson, levinuim neuronite vorm inimesel.
• pseudounipolaarsed neuronid – dendriit ja akson on arenemise käigus kattunud ühise kattega ja ei ole seega valgusmikroskoobis teineteisest eristatavad, neid leidub spinaalganglionites;

• 

  Morfoloogilised närvirakutüübid:
  1. Unipolaarne neuron
  2. Bipolaarne neuron
  3. Multipolaarne neuron
  4. Pseudounipolaarne neuron

Signaalitöötlus

• Aferentsed neuronid – vahendavad informatsiooni väliskeskkonnast ja organitest kesknärvisüsteemis. Vahel nimetatakse ka sensoorseteks neuroniteks.
• Interneuronid – ühendavad närvirakke kesknärvisüsteemis. Siia kuuluvad kõik rakud mis ei ole aferentsed ega eferentsed neuronid.
• Eferentsed neuronid – vahendavad informatsiooni närvisüsteemist efektorrakkudele (lihased). Vahel nimetatakse ka motoorseteks neuroniteks.

Neurotransmitterite kasutus

Närvirakke võib eristada kasutatava neurotransmitteri ehk neurovirgatsaine alusel 

• Glutamatergilised neuronid – närvirakud, mis kasutavad erutusvirgatsainet glutamaati.
• GABAergilised neuronid – närvirakud, mis kasutavad pidurdusvirgatsainet GABA (gamma-aminovõihape).
• Kolinergilised neuronid – närvirakud, mis kasutavad neurovirgatsainena atsetüülkoliini. Näiteks alfamotoneuronid, mis kontrollivad lihasrakkude tegevust, on kolinergilised neuronid.
• Dopaminergilised neuronid – närvirakud, mis kasutavad neurotransmitterina dopamiini. Näiteks mustaines (ladina k. Substantia nigra) paiknevad närvirakud, mis Parkinsoni tõve vältel degenereeruvad, on dopaminergilised neuronid.
• Serotonergilised neuronid – närvirakud, mis kasutavad neurovirgatsainena serotoniini.
• Peptidergilised neuronid – närvirakud, mis sünteesivad ning vabastavad neuropeptiide (näiteks neuropeptiid Y, oksütotsiin, oreksiin jne.).

Oluline on rõhutada, et üks närvirakk võib kasutada mitut neurotransmitterit/neuropeptiidi. Näiteks toitumiskäitumist reguleerivad hüpotalamuse neuropeptiid Y positiivsed neuronid vabastavad ka pidurdusvirgatsainet GABA.

Närvi-tüvirakud

Erinevalt enamikust rakkudest närvirakud ei jagune. Närvirakke vahetavad välja närvi-tüvirakud, mis liiguvad hipokampuse (hammaskääru) ja haistmissibula kaudu peajju ja mis valmistatakse seal ette uuteks närvirakkudeks.

Areng jätkub ka pärast (kuni kuu ja kauem) närvipesasse asumist ja järk-järgult ka organismi kasvades.

Katsed närvi-tüvirakkudega on näidanud, et need võivad teatud närvirakkude kahjustumise korral spetsialiseeruda ka neurogliia hulka liigitatud rakkudeks, näiteks astrotsüütideks, oligodendrotsüütideks, Schwanni rakkudeks jne.

Patoloogia

Inimestel seostatakse närvirakkudega mitmesuguseid patoloogilisi ja haiguslikke seisundeid. Parkinsoni tõve põhjustavad uurijate arvates peaaju erinevates piirkondades hävivad närvirakud.

Inimeste nakatumisel inimese herpesviirus 1-ga (HSV-1) säilivad viiruseosakesed närvirakkudes kogu elu. Viiruse aktiveerudes liiguvad herpesviiruse osakesed närvikiudu pidi nahale ja võivad põhjustada osadel inimestel huuleohatise teket.

Kataboolne plasmiid

Kataboolne plasmiid on kromosoomiväline geneetiline element, mis võimaldab bakteril lagundada erinevaid ühendeid, kasutades neid süsiniku-, lämmastiku- või energiaallikatena. Plasmiidid on kuni mõnesaja tuhande aluspaari suurused ning nende omadusteks on võime iseseisvalt replitseeruda ja üle kanduda ühest rakust teise. Plasmiidid on ühed peamised horisontaalse geeniülekande vahendajad.

Üldjuhul on kataboolsete plasmiidide geneetiline materjal rõngakujuline, kuid esineb ka mõningaid lineaarseid vorme. Need on iseloomulikud grampositiivsetele bakteritele, eriti Rhodococcus'e liigile.

Plasmiidid annavad bakterile eeliseid kindlates keskkonnatingimustes hakkama saamiseks ja võimaldavad bakteril erinevate elutingimustega kohaneda. Kui plasmiidist bakterile kasu ei ole, on otstarbekam see eemaldada, kuna plasmiidi ülalpidamine on bakterile koormav. Kataboolsetel plasmiididel on rakus madal koopiaarv, piirdudes kõigest mõne koopiaga raku kohta. Koopiaarvu määrajaks on üldpõhimõte, et mida suurem plasmiid, seda vähem on rakus plasmiidi koopiaid. Koopiaarvu kontroll käib bakterirakus plasmiidi replikatsiooni initsiatsiooni kaudu.

Kataboolseid plasmiide leidub näiteks Pseudomonas'e, Aerobakter'i, Klebsiella, Erwinia ja Rhodococcus'e perekondades. Seega esineb kataboolseid plasmiide nii gramnegatiivsete kui ka grampositiivsete bakterite hulgas.

Kõik plasmiidid on paigutatud mittesobivusgruppidesse ehk Inc-gruppidesse. Samas sobivusgrupis olevad eritüübilised plasmiidid ühes bakterirakus stabiilselt koos eksisteerida ei suuda – nad on teineteisega vastuolus.

Ajalugu

1960ndatel avastasid Stanier, Palleroni ja Doudoroff esimest korda, et bakterid on suutelised lagundama. Teadlased näitasid, et sellise võimekusega on bakterite perekonna Pseudomonas esindajad. 1970ndatel jõuti edasiarenduseni ja Chakrabarty rääkis esimest korda kataboolsetest plasmiididest. Esimesteks plasmiidideks olid SAL, OCT ja CAM, mis on oma nime saanud aine järgi, mida lagundatakse (vastavalt salitsülaat, oktaan ja kamper). Kõik eelnevalt nimetatud plasmiidid leiti Pseudomonas’e perekonnast. Tänu molekulaargeneetilise analüüsi edule on tänaseks uurimise all väga suur hulk saprofüütilisi ehk laguproduktidest toituvaid pinnase baktereid.

Replikatsioon

Kataboolsete plasmiidide üks omadustest on võime replitseeruda iseseisvalt, sõltumata kromosomaalsest DNAst. See on plasmiidi ellujäämiseks bakterirakus vajalik. Plasmiididel on kolm replikatsioonimehhanismi: replikatsioon teetamudeli järgi, ahelate teisaldamise kaudu ja veereva ratta mehhanismiga.

Teetamudel

Kahesuunaline DNA replikatsioon teetamudeli järgi. Replikatsioonil teetamudeli järgi toimub esimeses etapis DNA ahelate lahtisulamine ja seejärel praimerite süntees. Praimerite pikendamise teel saadakse DNA lõigud, mis hiljem omavahel ühendatakse. Replikatsiooni tulemuseks on kaks kaheahelalist rõngas-DNA molekuli

Replikatsioon teetamudeli järgi on kõigist kolmest enim kirjeldatud. Replikatsiooni puhul on kõige tähtsam selle algus ehk ori. DNA süntees saab alata ühelt või ka mitmelt lähtekohalt. Ori sisaldab cis-toimivaid elemente, mis on vajalikud plasmiidi iseseisvaks replikatsiooniks ja sealt saab alguse kogu protsess. Lisaks cis-toimivatele elementidele on replikatsiooni alguseks tarvilik Rep valgu olemasolu. Rep valk on replikatsiooni initsiaatorvalk, mis seostub ori põhilise elemendi, iteroniga.

Iteronid on vajalikud replikatsiooni protsessi alustamiseks ja kontrolliks. Lisaks Rep valgule on replikatsiooni toimimiseks vaja kromosomaalselt kodeeritud valku DnaA. DnaA seostub spetsiifiliselt ori piirkonnas asuva DnaA boksiga, mille tulemusel algab DNA kaksikahela lahtisulamine AT-rikkas alas. Pärast DNA ahelate lahtisulamist algab praimer RNA süntees ja DNA süntees läbi praimeri pikendamise. DNA süntees on ühel ahelal pidev, niinimetatud juhtiv ahel, ning teisel katkendlik, niinimetatud lohisev ahel.

DNA süntees võib toimuda nii ühe- kui ka kahesuunaliselt.

Ahela teisaldamise mehhanism

Võrreldes teeta-mudeliga ei vaja ahela teisaldamise mehhanism replikatsiooniks DnaA-d, selle funktsiooni täidavad plasmiidi kodeeritud replikatsioonivalgud RepA (helikaas), RepB (primaas) ja RepC (initsiaator). Tänu eespool nimetatud valkudele ei sõltu antud replikatsioonimudel peremeesrakust ja plasmiid omab seetõttu laia peremeesorganismide ringi. DNA ahelate lahtisulamine toimub nagu ka eelneva mudeli puhul AT-rikkas alas ja selle eest vastutab RepA. Replikatsioon toimub kahesuunaliselt ja mõlemal ahelal pidevalt, tõrjudes välja komplementaarse ahela.

Veereva ratta mudel

Replikatsioon toimub veereva ratta mudeli järgi ühesuunaliselt, kus juhtiva ja mahajääva ahela süntees toimub teineteisest sõltumatult. Replikatsioon algab Rep valgu seostumisega DNA ahelale ja teeb sinna väikese katke. Selle käigus tekib DNA ahelas vaba 3’OH ots, mida kasutatakse praimerina juhtiva ahela sünteesiks. DNA ahela 3’OH otsast pikendamisega ehk uue ahela sünteesiga kaasneb vana pluss ahela eemaldamine, kuid kaks ahelat jäävad omavahel kovalentselt seotuks.

Juhtiva ahela sünteesi lõppsaaduseks on kaheahelaline plasmiidne DNA ja üksikahelaline DNA molekul, millele hiljem sünteesitakse komplementaarne ahel.

Stabiilsus

• Plasmiidide püsivus mitme generatsiooni vältel on kindlalt tagatud eri mehhanismide poolt:
  • aktiivne jaotumine jaotab plasmiidi koopiad jaguneva bakteri tütarrakkudesse;
  • multimeeride lahutamise mehhanism (ingl multimer resolution) võimaldab plasmiide teineteisest eraldada;
  • postsegregatsiooniline tapmine (ingl postsegregational killing) põhjustab surma tütarrakul, mis endale plasmiidi ei saanud.

Konjugatsioon

Kataboolsete plasmiidide suurus on seotud nende võimega ise ühest rakust teise üle kanduda. See protsess toimub konjugatsiooni abil – saavutatakse rakk-rakk kontakt ning plasmiid saab ühest bakterirakust teise liikuda. Konjugatsioon saab toimuda tra geenide olemasolul. Geeni avaldudes hakkab bakterirakk tootma õhukesi, juukse-taolisi sugukiudusid (ingl Sex pili). Selle abil kinnitutakse retsipiendi ehk vastuvõtja raku külge ja kantakse sinna plasmiidi koopia. Konjugatsioon ei ole bakteri eksisteerimiseks hädavajalik, vaid valikuline tegevus. Konjugatsiooni abil on plasmiidid suutelised üle kanduma erinevatesse bakteriliikidesse ja omavad seeläbi laia peremeesringi. Erinevate bakterite kataboolsete geenide kombineerimise tulemusel on võimalik saavutada täiesti uus kataboolne aktiivsus. Näiteks kui võtta TOL-plasmiid ja viia see bakterisse, mis on võimeline lagundama 3-klorobensoaati, on tulemuseks rakk, mis suudab lagundada nii toluaati kui ka 3-klorobensoaati.

Transposoonid

Plasmiidil asub hulk geene ja mõnel juhul võivad geenide kobarad esineda transponeeruvate elementide sees. Sel juhul liiguvad geenid koos transponeeruvate elementidega plasmiidi ja kromosoomi vahel. Mitmed uued kataboolsed rajad ja ümberkorraldused DNA järjestuses on tekkinud tänu transponeeruvatele elementidele. Geenide ümberkorraldused, transponeeruvad elemendid ja suure peremeesringiga plasmiidid kujutavad endast võimsat evolutsioonilist masinavärki, mille abil tekivad bakterid, kes on võimelised kiiresti lagundama ja ringlusse suunama mutageenseid, kartsinogeenseid ja/või teratogeenseid kemikaale, näiteks trikloroetüleen ja dioksiin.

Kasulikkus

Kataboolsed plasmiidid võimaldavad peremeesorganismil kasutada mitmeid looduslikke ja sünteetilisi ühendeid süsiniku-, lämmastiku- ja energiaallikana. Selle eest vastutab suur hulk kataboolse plasmiidi geene, mängides olulist rolli Maa süsinikuringes. Tänu võimele lagundada toksilisi ja sünteetilisi ühendeid võitlevad kataboolsed plasmiidid keskkonna saastatuse vastu. Nii ongi kataboolsete plasmiidide üheks kasutusalaks biotervendamine, kus toimub mürkide, raskestilagunevate ja plahvatusohtlike ainete lagundamine. Et lagundamise lõppsaaduseks oleks võimalikult kahjutu ühend, on vajalik paljude bakteriliikide koostöö. Suurendamaks kataboolsete plasmiidide kasulikkust on inimesed õppinud muutma kataboolsete operonide ehk geenide rühma struktuuri. Võrdlemisi lihtsaks on tänapäeval muutunud lagundavate geenide või operonide viimine teise bakteriliiki ning geenide ümberkorraldamine, lisamine ja eemaldamine. Sel viisil on võimalik saada täiesti uus lagundamisrada või täiesti uus kataboolne geen. Pinnase biotervendamisele aitavad kaasa ka erinevad organismid. Näiteks aitavad vihmaussid plasmiidil pJP4 levida ka pinnase alumistesse kihtidesse.

Kataboolse plasmiidi geene on kloneeritud ka taimedesse, tekitades näiteks resistentsuse ehk vastupidavuse mingi kindla mürgi vastu. Geen, kodeerides valku, mis vähendab mürgi mõju taimele, alandab taime kahjustuste hulka. Tulevikus loodetakse kataboolsetest geenidest veelgi kasu saada. Nii on võimalik panna bakterit tootma biolagunevat plasti, biokütust, tööstusaineid ja bioloogilisi ravimeid.

Angelmani sündroom

Angelmani sündroom (lühendatult AS) on neurogeneetiline häire, mida iseloomustavad intellektuaalse ja füüsilise arengu mahajäämus, unehäired, krambid, järsud liigutused (eriti käte plaksutamine), sage naermine, naeratamine ja õnnelik meeleolu.

Angelmani sündroom
Klassifikatsioon ja välisallikad
RHK-10	QQ.93.5
RHK-9	759.89
OMIM	105830
DiseasesDB	712
MeSH	D017204

AS on klassikaline näide genoomsest imprintimisest, kuna seda põhjustab emalt päritud 15. kromosoomi osalisest inaktivatsioonist või deletsioonist, samas kui isapoolne koopia, kus võib olla funktsionaalne järjestus, on imprinditud ja seega vaigistatud. Sarnane on Praderi-Willi sündroom, mida põhjustavad isalt päritud geenide kadu ja emapoolne imprinting.

AS on nimetatud Inglismaalt pärit pediaatri Harry Angelmani järgi, kes kirjeldas 1965. aastal esimesena seda sündroomi.

Angelmani sündroomi vanem, alternatiivne termin on õnneliku nuku sündroom, mida peetakse halvustavaks ja häbimärgistavaks ning mis pole seetõttu enam aktsepteeritav. AS-iga inimesi on mõnikord nimetatud ka ingliteks (inglise keeles "angel") nii sündroomi nime kui ka selle häirega inimeste noorusliku ja õnneliku välimuse tõttu.

Ajalugu

"Poiss nukuga" või "Laps joonistusega", Giovanni Francesco Caroto

Dr. Harry Angelman, Inglismaal Warringtonis töötanud pediaater, kirjeldas 1965. aastal esmakordselt kolme sellise seisundiga last. Hiljem põhjendas Angelman oma publikatsiooni pealkirja "Nukulapsed" (originaalis "Puppet Children") sündroomi seostumisega ühe õlimaaliga, mida ta nägi Itaalias puhkusel olles.

„Meditsiini ajalugu on pungil huvitavaid lugusid haiguste avastamistest. Angelmani sündroomi saaga on üks nendest lugudest. Oli puhas juhus, et peaaegu kolmkümmend aastat tagasi (umbes 1964. aastal) võeti erinevatel aegadel minu lasteosakonda Inglismaal vastu kolm puudega last. Neil olid mitmesugused puuded ning kuigi esmapilgul näisid nad erinevate seisundite all kannatavat, tundsin ma, et nende haigustel oli ühine põhjus. Diagnoos oli puhtalt kliiniline, sest hoolimata tehnika arengust ei olnud ma võimeline teaduslikult tõestama, et neil kolmel lapsel on sama puue. Seda silmas pidades kõhklesin ma nendest meditsiiniajakirjadesse kirjutamast. Siiski, Itaalias puhkusel olles juhtusin ma nägema Veronas Castelvecchio muuseumis õlimaali nimega "Poiss nukuga". Poisi naerev nägu ja tõik, et mu patsientidel esines hüplikke liigutusi, andsid mulle idee kirjutada kolmest lapsest artikkel pealkirjaga "Nukulapsed". Niisugune nimi polnud kõigile vanematele meeltmööda, ent see abinõu ühendamaks kolme last ühte gruppi täitis oma eesmärki. Hiljem muudeti nimi Angelmani sündroomiks. See artikkel avaldati 1965. aastal ja pärast esialgset huvi jäi see 1980. aastate alguseni unustusse.“

– Charles Williams tsiteerimas Angelmani

Ameerika Ühendriikide juhtumeid hakati meditsiinikirjanduses mainima 1980. aastate algul.^[3][4] 1987. aastal täheldati esimest korda, et umbes poolel AS-iga lastest puudub väike osa 15. kromosoomist (kromosoomi 15q osaline kadumine).

Epidemioloogia

Kuigi Angelmani sündroomi levimus pole täpselt teada, saab selle kohta üht-teist oletada. Parim teadaolev andmestik pärineb 6–13-aastaste Rootsis ja Taanis elavate kooliealiste laste kohta tehtud uurimustest, kus AS-i uuriti kaheksa aasta jooksul sündinud 45 000 lapse seas. Rootsi uurimistöö leidis Angelmani sündroomi esinemissageduseks umbes 1/20 000 ja Taani uurimus näitas minimaalset AS-i sagedust umbes üks 10 000 sünni kohta.

Patofüsioloogia

15. kromosoom

Angelmani sündroomi põhjustab funktsionaalse emapoolse geneetilise materjali puudumine 15. kromosoomis, enamasti kromosoomi segmendi deletsiooni tõttu. Teised põhjused hõlmavad uniparentaalset disoomiat, translokatsiooni või üksiku geeni mutatsiooni selles piirkonnas. Terve inimene saab kaks 15. kromosoomi koopiat, ühe emalt ning teise isalt. Selles kromosoomipiirkonnas, mis on kriitiline Angelmani sündroomi puhul, ekspresseerivad ema ja isa poolt saadud geenid teatud valke väga erinevalt. See on tingitud suguliitelisest epigeneetilisest imprintingust; ekspressiooni biokeemiline mehhanism on sellel juhul DNA metüleerimine. Normaalses indiviidis avaldub emapoolne alleel ja isalt saadud alleel on vaigistatud. Kui emapoolne alleel on kadunud või muteerunud, siis on tulemuseks Angelmani sündroom. 15. kromosoomi teiste, maternaalselt imprinditud segmentide isapoolsete geenide kadumisel on tulemuseks Praderi-Willi sündroom. Metülatsioonitest, mis on mõeldud Angelmani sündroomi tuvastamiseks (defekt geenis UBE3A), põhineb tegelikult naabergeenil SNRPN, millel on metüleerimise vastandmuster. Angelmani sündroom võib tekkida ka üksiku geeni mutatsiooni tulemusel. See geen (UBE3A, osa ubikvitiinirajast) on olemas nii emapoolses kui isapooles kromosoomis, aga erineb metüleerimise (imprintingu) mustri poolest. Isapoolse UBE3A geeni vaigistamine ilmneb aju talitluses hipokampuses ja väikeajus, emapoolne alleel on enamasti aktiivne. Kõige sagedasem geneetiline defekt, mis viib Angelmani sündroomini, on ~4Mb suurune emapoolse alleeli deletsioon kromosomaalses regioonis 15q11-13, mis põhjustab UBE3A geeni ekspressiooni puudumise isa poolt imprinditud ajupiirkondades. UBE3A kodeerib ubikvitiini ligaasi E6-AP, mis on substraadi suhtes väga spetsiifiline, ja neli seni tuvastatud E6-AP substraati on heitnud veidi valgust võimalikele molekulaarsetele mehhanismidele, mis on aluseks inimestel esinevale Angelmani sündroomile.

Esialgsed uurimused hiirtel, kellel emapoolne UBE3A geen ei avaldu, on viidanud tõsistele kahjustustele mälu moodustumisel hipokampuses. Kõige enam esineb puudusi õppimismehhanismis, mis hõlmab hipokampusest sõltuvat kontekstilise hirmu avaldumist. Pikaajalise sünaptilise plastilisuse säilitamiseks in vitro on hiirtel hipokampuses CA1 piirkonnas katkendlik Ube3a^-/-. Need tulemused tagavad seose hipokampuse sünaptilise plastilisuse (in vitro), hipokampusest sõltuva mälu (in vivo) moodustumisel ja Angelmani sündroomiga seotud molekulaarse patoloogia vahel.

Kliinilised tunnused

Järgminev nimekiri loetleb Angelmani sündroomi tunnuseid ja nende suhtelist esinemissagedust haigestunud indiviididel.

Alati esinevad (100%)

• arenguline mahajäämus;
• kõnehäired, sõnakasutus minimaalne või puudub; mitteverbaalne suhtlusoskus parem verbaalsest;
• liikumis- või tasakaaluhäired, tavaliselt ataksia (lihaste vähene koordineeritus) kõndimisel ja/või värisevad jäsemete liigutused;
• iseloomulik käitumine: sage naermine ja naeratamine, ilmne õnnelik meeleolu, kergesti erutuv iseloom, käte plaksutamine, hüperaktiivsus, vähene keskendumisvõime.

Sagedased (üle 80%) sümptomid on

• hilinenud, ebaproportsionaalne pea ümbermõõdu kasv, tavaliselt kujuneb teiseks eluaastaks mikrotsefaalia ehk pisipeasus (absoluutne või suhteline);
• krambid, mis tavaliselt avalduvad enne kolmandat eluaastat.

Seotud (20–80%)

• kõõrdsilmsus;
• alapigmenteeritud nahk ja silmad;
• imemis- ja neelamishäired;
• hüperaktiivsed kõõlusrefleksid;
• söömisprobleemid imikueas;
• üles tõstetud, painutatud käed kõndides;
• silmapaistev alalõug;
• suurenenud kuumatundlikkus;
• suur suu, laiad hambavahed;
• unehäired;
• intensiivne süljevool, suust väljaulatuv keel;
• kiindumus vee suhtes;
• liigne närimine ja huulte liigutamine;
• lame kukal;
• siledad peopesad.

Neurofüsioloogia

Üheks iseloomulikumaks Angelmani sündroomi tunnuseks on sündroomi patognomooonilised neurofüsioloogilised leiud. Angelmani sündroomi korral on elektroentsefalogramm (EEG) tavaliselt ebanormaalne. Patsientidel on epileptiliste krampide vaheperioodil täheldatud kolme liiki mustreid.Kõige sagedasem on väga laia amplituudiga (2–3 Hz) rütm, mis on kõige silmapaistvam prefrontaalses lülituses. Esinemissageduselt järgmine on kõrge pingega sümmeetriline rütm (4–6 Hz). Kolmas muster, mis moodustub 3–6 Hz piires, on rõhutatud jõnksude ja teravate piikidega ning esineb kuklapoolses lülituses. Naeruhoogude seosetus EEG-ga välistab selle tunnuse kui gelastilise fenomeni.

Diagnoos

Angelmani sündroomi diagnoos põhineb järgmistel tunnustel:

• motoorika arengu mahajäämus ja hiljem üldise arengu ning eriti kõne arengu mahajäämus;
• ebaharilikud liigutused, sealhulgas kerged treemorid, hüplikud jäsemete liigutused, käte plaksutamine ja kange harkisjalgne kõnnak;
• iseloomulikud näojooned (mitte kõigil juhtudel);
• epilepsia ja ebanormaalse EEG mustri esinemine;
• õnnelik olek ja sage naer;
• deletsioon või inaktivatsioon 15. kromosoomis, mis tuvastatakse komparatiivse genoomi hübridisatsiooni raja (aCGH) või BACs-on-Beadsi meetodil.

Algselt püstitati diagnoosimiskriteeriumid 1995. aastal koostöös USA Angelmani sündroomi fondiga. Kriteeriume korrigeeriti 2005. aastal.

Ravi ja hooldamine

Angelmani sündroomile puudub ravi. Epilepsiat saab kontrolli all hoida, kasutades ühte või mitut krambivastast ravimit. Ravimite doosi ja liiki on raske määrata, kuna AS on tavaliselt seotud erinevat tüüpi krambihoogudega, mitte ühe kindla tüübiga nagu epilepsia korral. Sageli kasutatakse melatoniini, mis soodustab uinumist. Paljud Angelmani sündroomi põdevad isikud magavad maksimaalselt viis tundi korraga. Sageli kasutatakse ka leebeid lahtisteid, et soodustada regulaarset soolestiku tööd. Oluline on ka varajane füsioteraapiline sekkumine

 liigeste liikuvuse parandamiseks ja jäigastumise vältimiseks.

Selle sündroomiga inimesed on tavaliselt õnnelikud ja rahulolevad, neile meeldib suhelda ja mängida. Inimesed, kellel on AS, on väga huvitatud lähedasest kontaktist. Suhtlemine võib esialgu olla keeruline, aga lapse arenedes ja iseloomu kujunedes on ta võimeline end paremini väljendama. AS-iga inimestel areneb sageli välja mitteverbaalse suhtluse oskus, kompenseerimaks puudulikku kõnet. Arvatakse, et nende võime suhtlusest aru saada on tunduvalt parem kui nende võime ise vestluses osaleda. Enamik AS-iga inimesi ei omanda rohkem kui 5–10 sõna, kui sedagi.

Nii krambid kui ka ülemäärane naer on haiguse tagajärjed, mis on varajase diagnoosi peamiseks takistuseks.

Prognoos

Sümptomite raskusastmed varieeruvad Angelmani sündroomiga inimestel märkimisväärselt. Kergema raskusastme korral suudavad nad omandada kõne- ja keerulisemaid enesehooldeoskuseid. Sügavama häire korral võivad ka kõndimine ja lihtsa viipekeele kasutamine osutuda saavutamatuks. Arvatakse, et varajane ja pidev osalemine füüsilises, suhtlus- või kõneteraapias ja peenmotoorika kontrollimise oskuste arendamine parandavad märgatavalt prognoosi taju ja suhtlemise osas. Täpset geneetilist mehhanismi, mis sündroomi põhjustab, arvatakse korreleeruvat patsiendi prognoosi raskusega. Näiteks arvatakse, et mutatsioon UBE3A geenis on seotud häire kõige madalama raskusastmega, samas kui suuremat deletsiooni 15. kromosoomis seostatakse sügavama puudega.

Angelmani sündroomi kliinilised tunnused muutuvad vanusega. Täiskasvanuikka jõudes hüperaktiivsus ja kehv uni paranevad. Krampide esinemisesagedus väheneb, tihti need lakkavad ja EEG erisused on vähem ilmsed. Ravimid on krampide esinemise korral soovituslikud. Tihti jääb tähelepanuta unepuuduse mõju krampide sagedusele ja raskusele. Ravimid võivad parandada prognoosi nii krampide kui ka unehäirete osas. On arvatud, et krampide sagedus ja raskusaste suurenevad ajutiselt puberteediealistel Angelmani sündroomiga tüdrukutel, aga see mõju ei näi olevat pikaajaline.

Iseloomulikud näojooned säilivad, kusjuures paljud AS-iga täiskasvanud näevad oma ea kohta nooremad välja.

Puberteet ja menstruatsioon algavad normaalses eas. Seksuaalne areng näib olevat häireteta, mida tõestab juhtum, kus Angelmani sündroomiga naine kandis Angelmani sündroomiga last.

Enamus AS-iga patsiendid saavutavad kontrolli põiepidamatuse üle päevasel ajal, mõned ka öösel. Angelmani sündroom pole degeneratiivne sündroom. Paljud AS-iga inimesed suudavad hooldaja abiga arendada oma toimetulekuoskusi. Riietumisoskus varieerub ja tavaliselt piirneb nööpideta või lukkudeta riidesesemetega. Enamik täiskasvanuid on võimelised sööma lusika või noa ja kahvliga ning suudavad osaleda lihtsates majapidamistöödes. Üldine tervis on küllaltki hea ja oodatav eluiga keskmise lähedane. Sagedased probleemid on kalduvus rasvumisele (naistel rohkem) ja süvenev skolioos, juhul kui see on algselt olemas. Inimlembene iseloom, mis on lapse puhul positiivne aspekt, võib püsida täiskasvanueas ja tekitada sotsiaalseid probleeme, aga see pole ületamatu.

Näiteid elust

Näitleja Colin Farrellil ja kirjanik Ian Ranklinil on Angelmani sündroomiga pojad.

Rathke tasku

Rathke taskuks ehk ajuripatsitaskuks ehk Rathke kotiks (ladina keeles saccus hypophysalis) nimetatakse osade kesknärvisüsteemiga loomade 

loote (loodete) suuõõne lae süvendit. Ajuripatsitaskust areneb embrüonaalses arengujärgus ajuripatsi eessagar.

Enamikul loomadel formeerub Rathke tasku ajuripatsiks, kuid osadel loomadel säilib Rathke lõhe.

Patoloogia

Rathke tasku tsüst tekib embrüonaalse Rathke lõhe jäänustest ja on harilikult healoomuline tsüst.

Nimi

• Ajuripatsitasku on nimetatud Martin Heinrich Rathke (25. august 1793 – 15. september 1860) auks.

Megavitamiiniteraapia

Megavitamiiniteraapia (ingl k megavitamin therapy), ka megadoosides vitamiiniteraapia (ingl k high-dose vitamin therapy) või ortomolekulaarne teraapia (ingl k orthomolecular therapy) korral manustab vastava väljaõppe saanud meditsiinipersonal patsiendile megadoosides vitamiinipreparaate, et säilitada patsiendi hea tervis ning vältida ja/või ravida haiguslikke seisundeid.

Megavitamiiniteraapiat kasutatakse nii tõenduspõhises kui alternatiivmeditsiinis.

Standarddoos

 Soovitatav päevane toitainete hulk ehk RDA (ingl k recommended daily allowance) on USA teaduste akadeemia teadlaste koostatud statistiliste standardnäitajate ja tabelitega raportid vitamiinide ja teiste toitainete päevase vajaduse näitlikustamiseks. Need on koostatud peamiselt USA ja Kanada elanikele.

Megadoos

Megavitamiiniteraapia korral manustatakse patsiendile vitamiinipreparaate kümneid kuni sadu kordi suuremas koguses, kui RDA standardannused ette näevad. Megadoosid manustatakse intravenoosselt ehk veenisiseselt (IV).

Biokeemilise indiviidi genoomika

 Geneetika arenguga seonduvalt püütakse ka haiguslike seisundite korral lähtuda iga biokeemilise indiviidi geneetikat ja füsioloogiat arvestades. Megavitamiiniteraapiat rakendatakse nii pärilike haiguste, mitmete haiguslike seisundite, aga ka kemoteraapia vormina onkoloogiliste haiguste ravil.

Vitamiinid teraapias

• B₁-vitamiin ehk tiamiin (lk 625)
• B₂-vitamiin ehk riboflaviin (lk 627)
• B₃-vitamiin ehk niatsiin (lk 632)
• B₅-vitamiin ehk pantoteenhape (lk 646)
• B₆-vitamiin püridoksiin (lk 618)
• B₇-vitamiin ehk biotiin (lk 637)
• B₁₂-vitamiin ehk kobalamiin (lk 638)
• Kaltsiferoolid (lk 645)
• E-vitamiin ehk tokoferool (lk 645)
• Foolhape (lk 641)
• K-vitamiin ehk naftokinoonid (lk 643)
• C-vitamiin (askorbiinhape).

Loetelu haiguslikest seisunditest

Megavitamiiniteraapiat on rakendatud mitmete haiguslike seisundite raviks, näiteks ataksia, ketoatsidoos, Leigh' tõbi, lactic acidosis, megaloblastiline aneemia, kardiomüopaatia homotsüstinuuria, migreen, südamehaigused, neural tube defects, Downi sündroom, diabeetiline nefropaatia, kaasasündinud südamearenguhäired, dementsus, viljatus (meeste) jpt, alkoholitalumatus, alkoholi tarvitamisest põhjustatud angiin, suu-, söögitoru ja mao pahaloomulised kasvajad, hemolüütiline aneemia (põldoa söömisest ja/või selle õietolmu sissehingamisest), fenüülketonuuria, hüpoglükeemia, kardiomüopaatia, äkksurm, hüperlipideemia, skisofreenia, krooniline kurnatuse sündroom, homotsüstinuuria, sideroplastiline aneemia, tsüstationuuria, hüperoksaluuria, Coheni sündroom, autism, düskineesia vaimne alaareng, krambihood, kesknärvisüsteemi düsfunktsioonid, depressioon, D-vitamiini sõltuv rahhiit jpt.