Transduktsioon (inglise keeles transduction) on geneetilise info kandumine ühelt bakterirakult teisele bakteriofaagide (viiruste) vahendusel.
en.svg){kind=spacer}
Viiruste vahendatud transduktsiooni peetakse tänapäeval võimalikuks ka kõrgematel loomadel.
Transduktsioon avastasid 1952. aastal USA geneetikud Norton Zinder ja Joshua Lederberg.
Mutsiinid (MUC) on suured valgud, mis katavad ja kaitsevad epiteeli. Sekretoorsed mutsiinid, mis on koos veega peamisteks lima moodustajateks, eritatakse rakust välja. Membraanseoselised mutsiinid jäävad seotuks rakumembraaniga ja on lisaks kaitsefunktsioonile olulised rakkudevahelises suhtlemises. Membraanseoselised mutsiinid on üleekspresseeritud (valku toodetakse liiga palju) ja alternatiivselt modifitseeritud mitmete haiguste korral (tsüstiline fibroos, astma, vähk).
Mutsiinid koosnevad valgulisest „selgroost“ ehk apomutsiinist ja O-seoselistest suhkrujääkidest. Apomutsiinis on mutsiinidele iseloomulikud tandeemsed kordusjärjestused, mis on seriini- (Ser) ja treoniinirikkad (Thr). Ser ja Thr võimaldavad ulatuslikku glükosüülimist. Suhkrujäägid moodustavad 50–90% mutsiini molekuli massist. Suhkrujääkide tõttu nimetatakse neid glükoproteiinideks.
Membraanseoselised mutsiinid koosnevad kahest mittekovalentselt seotud alaühikust. Suurem alaühik on rakuväline ehk ekstratsellulaarne ning sisaldab põhiliselt glükosüülitud tandeemseid kordusjärjestusi. Väiksem alaühik sisaldab lühikest ekstratsellulaarset domeeni, transmembraanset domeeni ja tsütoplasmaatilist domeeni ehk tsütoplasmaatilist saba (CT).
Mutsiine toodavad epiteelirakud, mis vooderdavad hingamis-, seede- ja suguelundkonna organite valendikke (toruja elundi õõsi). Mutsiine ekspresseeritakse ka erinevates näärmetes, kõrvas, kuseteedes ja nägemissüsteemis. Mutsiinide üks põhilisi ülesandeid on kaitsta epiteeli erinevate ärritajate vastu (madal pH, patogeenid, toksiinid, proteaasid, tolm) ja keskkonnamuutuste eest. Membraanseoselised mutsiinid moodustavad epiteeli rakkude pinnale tiheda võrgustiku – glükokaalüksi, mis ulatub rakkude pinnast kuni 1500 nm kaugusele. Selle kohal on sekreteeritavad mutsiinid, mis moodustavad limakihi. Membraanseoselised mutsiinid vahendavad epiteeli rakkudele väliseid signaale, mille tulemuseks võib olla rakkude jagunemine ehk proliferatsioon, diferentseerumine, programmeeritud rakusurm ehk apoptoos või erinevate ainete sekretsioon rakkudest.
Geen MUC1 paikneb 1. kromosoomi pikas õlas. MUC1 apomutsiin on umbes 200 kDa suurune, kuid glükosüülimisega võib molekulmass üle kahe korra suureneda. MUC1 on membraanseoseline. MUC1 avaldub kopsudes, sarvkestas, süljenäärmetes, söögitorus, maos, pankreases, jämesooles, rindades, eesnäärmes, munasarjades, neerudes, emakas ja emakakaelas. MUC1 ületootmine on iseloomulik rinna, munasarja, kopsu, käärsoole ja pankrease kartsinoomidele (epiteelkoe pahaloomuline kasvaja).
Geen MUC2 paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC2 apomutsiin on 520 kDa suurune. MUC2 eritatakse rakust välja. MUC2 avaldub kopsudes, silmalau sidekestas, kõrvades, maos, peensooles, käärsooles, ninaneelus, eesnäärmes.
Geen MUC3 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC3 on membraanseoseline. MUC3 avaldub normaalses seedetrakti epiteelis, aga ka põletikulise soolehaiguse ning kopsu–, süljenäärme–, käärsoole–, mao–, rinna–, pankrease– ja neeruvähi korral.
Geen MUC4 paikneb 3. kromosoomi pikas õlas. MUC4 apomutsiin on 930 kDa suurune. MUC4 on membraanseoseline. MUC4 avaldub pisaranäärmetes, süljenäärmetes, naiste suguelundkonnas, eesnäärmes, maos, käärsooles, kopsudes ja piimanäärmetes. MUC4 ületootmine on iseloomulik pankrease, kopsu, rinna, käärsoole ja munasarja kartsinoomidele.
Geen MUC5AC paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC5AC apomutsiin on 641 kDa suurune. MUC5AC eritatakse rakust välja. MUC5AC avaldub kopsudes, silmalau sidekestas, keskkõrvas, maos, sapipõies ja ninaneelus.
Geen MUC5B paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC5B apomutsiin on 620 kDa suurune. MUC5B eritatakse rakust välja. MUC5B avaldub kopsudes, keskkõrvas, neelus, süljenäärmetes, söögitoru näärmetes, maos, kaksteistsõrmiksooles, sapipõies ja ninaneelus.
Geen MUC6 paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC6 eritatakse rakust välja. MUC6 avaldub maos, kaksteistsõrmiksooles, sapipõies, pankreases ja neerudes.
Geen MUC7 paikneb 4. kromosoomi pikas õlas. MUC7 apomutsiin on 41,5 kDa suurune. MUC7 eritatakse rakust välja. MUC7 avaldub kopsudes, pisaranäärmetes, süljenäärmetes ja ninas.
Geen MUC8 paikneb 12. kromosoomi pikas õlas. MUC8 eritatakse rakust välja. MUC8 avaldub munajuhas.
Geen MUC9 paikneb 1. kromosoomi lühikeses õlas. MUC9 apomutsiin on 83 kDa suurune. MUC9 eritatakse rakust välja. MUC9 avaldub kõrvalsüljenäärmetes.
MUC10 ei esine inimesel. MUC10 avaldub roti ja hiire kõrvalsüljenäärmetes ja testistes. MUC10 on membraanseoseline.
Geen MUC11 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC11 on membraanseoseline. MUC11 avaldub keskkõrvas, pankreases, kopsudes, harkelundis, peensooles, käärsooles, maksas, neerudes, emakas ja eesnäärmes.
Geen MUC12 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC12 on membraanseoseline. MUC12 valk koosneb 5478 aminohappejäägist. MUC12 avaldub keskkõrvas, pankreases, käärsooles, emakas ja eesnäärmes.
Geen MUC13 paikneb 3. kromosoomi pikas õlas. MUC13 apomutsiin on 54,7 kDa suurune. MUC13 on membraanseoseline. MUC13 avaldub seede– ja hingamistrakti epiteelis ning mao–, käärsoole–, pärasoole–, pankrease–, kopsu– ja munasarjavähi korral.
Geen MUC14 paikneb 4. kromosoomi pikas õlas. MUC14 on membraanseoseline. MUC14 avaldub munasarjas.
Geen MUC15 paikneb 11. kromosoomi lühikeses õlas. MUC15 apomutsiin on 33,3 kDa suurune. MUC15 on membraanseoseline ja koosneb 311 aminohappejäägist. MUC15 avaldumine on kõrge platsentas, süljenäärmetes ja kilpnäärmes ning mõõdukas neerudes ja kopsudes. MUC15 isoleeriti algselt veise piima rasvagloobuli membraanist.
Geen MUC16 paikneb 19. kromosoomi pikas õlas. MUC16 on teadaolevalt kõige suurem mutsiin, molekulmassiga üle 2000 kDa. MUC16 koosneb 22 152 aminohappejäägist. MUC16 avaldub hingamisteedes, suguelundkonnas ja seedetraktis. MUC16 on pankrease–, sapijuha–, maksa– ja munasarjavähkide marker.
Geen MUC17 paikneb 7. kromosoomi pikas õlas. MUC17 on membraanseoseline ja koosneb 4493 aminohappejäägist. MUC17 avaldub normaalses seedetraktis ja käärsoole– ning pankreasevähi korral.
Geen MUC18 paikneb 11. kromosoomi pikas õlas. MUC18 on membraanseoseline. MUC18 avaldub eesnäärmes.
Geen MUC19 paikneb 12. kromosoomi pikas õlas. MUC19 eritatakse rakust välja. MUC19 avaldub kopsudes, süljenäärmetes, neerudes, maksas, käärsooles, platsentas ja eesnäärmes.
Geen MUC20 paikneb 3. kromosoomi pikas õlas. MUC20 apomutsiin on 55–79 kDa suurune ja koosneb 503 aminohappejäägist. MUC20 on membraanseoseline. MUC20 esineb kahe isovormina (MUC20-S ja MUC20-L), mis erinevad üksteisest N–terminuses olevate kordusjärjestuste arvu poolest. MUC20 avaldub kopsudes, maksas, neerudes, käärsooles, platsentas ja eesnäärmes. MUC20 avaldub suuremal määral neeruvigastuste korral.
Geen MUC21 paikneb 6. kromosoomi lühikeses õlas. MUC21 apomutsiin koosneb 535 aminohappejäägist. MUC21 on membraanseoseline. MUC21 avaldub kopsudes, jämesooles,harkelundis ja munandites. MUC21 on kopsu adenokartsinoomide (näärmeepiteelist lähtunud pahaloomuline kasvaja) marker.
Alareguleeritud mutsiinide tootmine iseloomustab paljusid pahaloomulisi kasvajaid ja põletikulisi haigusi.
Mutsiinid aitavad kasvaja arengule ja metastaseerumisele kaasa erinevate mehhanismide abil. Metastaseeruvad vähirakud kasutavad mutsiine enda kaitseks, et jaguneda võõra koe ebasoodsates tingimustes ja takistada immunrakkude ligipääsu. MUC1–CT suurendab rakkude proliferatsiooni, kuna on võimeline seonduma erinevate proto-onkogeensete valkudega (ErbB, FGFR3, β–kateniin, ERα) ja takistama nende lagundamist. MUC1–CT takistab oksüdatiivse stressi korral apoptoosi tänu seondumisele p53 ja FOXO3–ga.
Normaalses kopsuepiteelis on mutsiinide tootmine küllaltki madal. Patogeenid ja muud ärritajad suurendavad mutsiinide tootmist märgatavalt. Krooniline mutsiinide ületootmine on iseloomulik tsüstilisele fibroosile, astmale ja kroonilisele obstruktiivsele kopsuhaigusele. Tsüstilise fibroosi korral vee sisaldus limas väheneb, ülemine limakiht ja alumine glükokaalüks on omavahel tihedamalt seotud ning seetõttu on lima väljutamine hingamisteedest raskem.
Downi sündroom ehk trisoomia 21 (lühend DS) on inimese kõige levinum kromosoomhaigus. Seda põhjustab 95 protsendil juhtudest 21. kromosoomi trisoomia (21. kromosoomist on 3 eksemplari, normaalne on 2), ülejäänud võivad olla 21. kromosoomi translokatsiooni mõjul. Downi sündroom on nimetatud inglise arsti John Langdon-Downi järgi, kes kirjeldas seda kromosoomihaigust esimesena aastal 1866.
| Downi sündroom | |
|---|---|
| Syndroma Down | |
 | |
| Downi sündroomi põdev isik | |
| Klassifikatsioon ja välisallikad | |
| RHK-10 | QQ.90 |
| RHK-9 | 758.0 |
| OMIM | 190685 |
| DiseasesDB | 3898 |
| MedlinePlus | 000997 |
| eMedicine | ped/615 |
| MeSH | D004314 |
Downi sündroomi tekkepõhjuseks peetakse häiret munaraku või spermatosoidi moodustumisel. Kromosoomide jagunemisel ilmneb viga ja loode areneb sügoodist, millel on üks kromosoom rohkem kui tavaliselt. Tervel inimesel on igas rakus 46 kromosoomi, mis koosnevad pärilikkuseainest, mille abil vanemate omadused ja tunnused antakse edasi järglastele. Kui tavaliselt on igal inimesel kaks sarnast 21. kromosoomi, siis Downi sündroomiga lastel on neid kolm. Downi sündroomi risk suureneb ema vanusega, kuid 80% selle haigusega lastest sünnib siiski emadel vanusega alla 35 eluaastat. Tänapäevased uuringud näitavad, et ühel vastsündinul 660-st (mõnede andmete kohaselt 1:700 või 1:900) on Downi sündroom. See ei sõltu riigist ega piirkonnast, kuid suuresti ema vanusest. Näiteks 25-aastaste naiste seas esineb see sagedusega 1:1250, 30-aastaste seas 1:1000, 35-aastaste seas 1:400, 40-aastaste seas 1:100 ja 45-aastaste seas 1:30 sünni kohta.
Downi sündroomiga lastel on iseloomulik välimus ja nad on väliselt üsna sarnased.
Välised sümptomid:
Vaimne areng:
Kehasisesed puudused või defektid:
Neil esineb sagedamini kasvajaid, nakkushaigusi, soole avanematust ja teisi haigusi. Hilisemas elueas on suur risk haigestuda Alzheimeri tüüpi tõbedesse ja akuutsesse leukeemiasse. Iseloomult on Downi sündroomiga isikud leebed, kuid aeg-ajalt võib tekkida agressioonipuhanguid. Meessoost isikud on steriilsed, naised väga harva viljakad.
Downi sündroomiga laste diagnoosimiseks kasutatakse kas füüsilist läbivaatust (kui on ilmsed tunnused eristatavad), kromosoomide analüüsimist, EKG-d või geneetilist konsultatsiooni.
Downi sündroomi vastu otsest ravimit veel ei teata. Püütakse vältida võimalikke tüsistusi. Südamerikke raviks on sageli operatsioon, mille käigus suletakse valed avaused südame seinas või laiendatakse vajalikke avausi.
Downi sündroomi ravitakse peamiselt pikaajalise arendusraviga, mille varane alustamine on oluline hea lõpptulemuse saamiseks. Samas ei taga ka parim ravi lapse normaalset arengut. Ravi tehakse vastavates keskustes, kus töötavad koos psühholoog, logopeed, eripedagoog ja taastusraviarstid.
Suur osa on ka lapsevanematel. Last õpetatakse hakkama saama igapäevaste toimingutega nagu iseseisev söömine ja hügieen. Vastavalt võimetele õpivad lapsed lugema ja kirjutama.
Kindlasti on oluline ka massaaž ja ravivõimlemine, et tugevadada kaasasündinud nõrka lihaskonda.
Tänu kaasuvate haiguste varasele diagnoosimisele ning kaasaegsetele ravivõimalustele on ka prognoositav eluiga tunduvalt tõusnud. Kui 1929. aastal oli keskmiseks Downi sündroomiga inimese elueaks 9 aastat, siis tänapäeval on see 60 eluaasta ringis ning suure tõenäosusega tõuseb veelgi, tänu meditsiini arengule (Skallerup, S.J. 2008. Babies with Down Syndrome - A New parents´Guide. Woodbine House, USA).
Tavaliselt saab Downi sündroomiga imikut toita rinnaga, kuid osa võib vajada neelamistakistuse tõttu sondiga toitmist.
Märkimisväärselt alanenud lihastoonusega ja neelamisraskusega laste areng on pidurdunud, samal ajal kui kõrgema lihastoonusega, hea imemis- ja neelamisaktiivsusega ning elavate liigutustega lapsed arenevad võrdselt eakaaslastega. Neist tulevad raske või keskmise raskusega vaimse peetusega, kuid olukorraga kergesti kohanevad ja positiivse iseloomuga inimesed.
15. rasedusnädalal saab raseda verest määrata hormoone alfafetoproteiini ja platsentas moodustuvat kooriongonadotropiini. Kui fetoproteiini on liiga vähe ja kooriongonadatropiini palju, on võimalik, et lootel esineb Downi sündroom. Vajalik oleks teha täpsemad uuringud.
Rasedaile vanuses üle 35–40 aastat pakutakse loote kromosoomanalüüsi võimalust, kuna Downi tõvega lapse sündimise tõenäosus hakkab märgatavalt suurenema, kui ema vanus ületab 35 eluaasta piiri. Kromosoomanalüüsiks võetakse looteveest läbi ema kõhu või tupe kaudu loote rakke. Protseduuri tehakse 16–20 rasedusnädalal. Võimalik on proovitüki võtmine ka platsentast. Loote rakke uuritakse mikroskoobi all ja kui leitakse lisakromosoom, võib pere soovi korral raseduse lõpetada (teha abort).
Kui peres on juba üks haige laps, siis kordusrisk teisel lapsel on alla 1%.
Edwardsi sündroom on 18. kromosoomi kolmekordsusest tingitud kehalised väärarengud.
| Edwardsi sündroom | |
|---|---|
| Syndroma Edward et syndroma Patau | |
 | |
| Klassifikatsioon ja välisallikad | |
| RHK-10 | QQ.91 |
| RHK-9 | 758.2 |
| DiseasesDB | 13378 |
| eMedicine | ped/652 |
Sündroomi põdevad lapsed surevad väga noorelt, tavaliselt vastsündinuna või imikueas. Eestis suri vanim Edwardsi sündroomi põdev isik 10-aastaselt.
Sündroomi kirjeldas ja määras selle põhjuse 1960. aastal inglise geneetik John Hilton Edwards.
Esinemissagedus on umbes 1:10 000.
Mutagenees on protsess, mille käigus toimuvad organismi DNA-järjestuses muutused ehk mutatsioonid, mis jäävad genotüüpi püsima. Mutatsioonid võivad tekkida füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste tegurite toimel. Mutageneesi võib jagada spontaanseks ja indutseerituks.
Mutageneesi võivad põhjustada kas endogeensed või eksogeensed faktorid. Endogeensete faktorite hulka kuuluvad spontaanne hüdrolüüs, hapniku vabad radikaalid või vead replikatsiooni- ja reparatsioonimehhanismides. Mutageneesi eksogeensete põhjuste hulka kuuluvad keskkondlikud mutageenid. Toimemehhanism sõltub mutageenist. Suurem osa mutageenidest mõjutavad otseselt või kaudselt DNA-d ja kahjustavad seda, mõned võivad mõjutada replikatsiooni ja teisi rakus toimuvaid protsesse.
Paljud kemikaalsed mutageenid vajavad bioloogilist aktivatsiooni, et muutuda mutageenseks. Näiteks tsütokroom P450 on oluline ensüümide perekond, mis toodab mutageenseid metaboliite. Mutageene, mis vajavad bioloogilist aktivatsiooni, nimetatakse promutageenideks.
Paljud mutatsioonid tekivad DNA kahjustuse tulemusena replikatsiooni käigus. Bakterirakkudes põhjustavad mutageenid üheahelalise DNA tühiku (single-stranded DNA gap) teket, mis kutsub esile SOS-vastuse. SOS-vastus on reparatsiooniprotsess, mis kasutab veaalteid DNA polümeraase. Selle ensüümi vähese veatundlikkuse tõttu võivad mutatsioonid püsima jääda. Imetajarakkudes indutseerib replikatsiooni peatumine kahjustatud piirkonnas mitmeid päästesüsteeme, mis aitavad samuti DNA kahjustusi parandada. Ka siin toimivad veaaltid DNA polümeraasid. DNA polümeraaside Y-perekonna ülesandeks on kahjustatud DNA ülesünteesimine (translesion DNA synthesis).
1927. aastal korraldas Hermann Muller katse, mille käigus kiiritati harilikku äädikakärbest röntgenikiirgusega. Selle katse põhjal järeldati, et röntgenikiirgus põhjustab fenotüübis silmaga nähtavaid muutusi. Muller tõestas selle katse abil oma hüpoteesi, et mutatsioonid põhjustavad vähki. Lewis Stadler demonstreeris röntgenikiirguse mutageenset toimet odral 1928. aastal ja ultraviolettkiirguse (UV) mutageenset toimet maisil 1936. aastal. 1940. aastal avastasid Charlotte Auerbach ja J. M. Robson, et ipriit võib põhjustada mutatsioone harilikul äädikakärbsel.
Spontaansed ehk iseeneslikud mutatsioonid tekivad juhul, kui DNA polümeraas teeb DNA replikatsioonil vigu ilma väliste DNA-d kahjustavate tegurite osaluseta. Replikatsioonivead võivad tekkida järgmistel viisidel:
Kui tekkinud vigu DNA ahelast ei eemaldata ega parandata, kinnistuvad vead järgmises DNA replikatsioonitsüklis mutatsioonidena.
Punktmutatsioonid on ühe nukleotiidi asendusmutatsioonid. Asendusmutatsioonid jaotatakse transitsioonideks ja transversioonideks. Transitsioon on see, kui üks puriin asendatakse teise puriiniga (A ↔ G) või pürimidiin teise pürimidiiniga (C ↔ T). Transversiooni puhul asendatakse puriin pürimidiiniga või vastupidi (C/T ↔ A/G).
Punktmutatsioone võib jagada ka nende toime järgi:
Kromosomaalsed mutatsioonid (chromosome aberration) on kromosomaalse struktuuri muutused. Need jagunevad deletsioonideks, duplikatsioonideks, inversioonideks ja translokatsioonideks. Kromosomaalsed mutatsioonid on üldjuhul kahjulikud ja nende tekkimisega võib kaasneda organismi surm. Samas on nad olulised liigitekkes ja evolutsioonis laiemalt.
Deletsioon on mutatsioon, mille tulemusena kaob osa kromosoomist. Deletsiooniga on seotud mõned geneetilised haigused (nt Wolfi-Hirschhorni sündroom).
Deletsioon võib tekkida järgnevatel viisidel:
On olemas kaks deletsioonitüüpi:
Terminaalses deletsioonis kaob osa kromosoomi otsast, kus on telomeerid, interstitsiaalses deletsioonis aga keskelt.
Mida ulatuslikum on deletsioon, seda suurem osa geneetilisest informatsioonist kaob ja seda tõsisemad on organismi häired. Suured deletsioonid on fataalsed.
Duplikatsioon on mutatsioon, mille tulemusena kahekordistub osa kromosoomist. Duplikatsioone võivad põhjustada vead homoloogilises rekombinatsioonis või retrotransposoonid. Duplikatsioonid mängivad evolutsiooniprotsessides olulist rolli. Geeni teine koopia on vaba selektiivsest survest. See tähendab, et mutatsioonid geeni koopias ei avalda organismile kahjulikku mõju ja võivad selles geenis koguneda palju kiiremalt kui funktsionaalses geenis. Susumo Ohno kirjeldas seda teooriat oma raamatus "Evolution by gene duplication" (1970).
Inversioon on mutatsioon, mille tulemusena vahetuvad omavahel ühe ja sama kromosoomi piirkonnad. Inversiooni võib jagada paratsentriliseks ja peritsentriliseks inversiooniks. Paratsentrilise inversiooni puhul leiab inversioon aset tsentromeerist ühel pool, peritsentrilise inversiooni puhul aga mõlemal pool tsentromeeri.
Inversiooni käigus ei kao geneetiline materjal ja inverteeritud kromosoom ei avalda fenotüübile mõju. Kui aga inverteeritud heterosügoodis toimub ristsiire, siis võib tekkida anomaalne kromatiid.
Inimesel on kõige rohkem levinud üheksandas kromosoomis tekkinud inversioon, mis ei ole kahjulik. Samas on andmeid, et naistel, kes kannavad seda inversiooni, on nurisünnituse tõenäosus 30%.
Kromosomaalne translokatsioon on mutatsioon, mille tulemusena toimub ümberkorraldus mittehomoloogsete kromosoomide vahel. Translokatsioone on võimalik jagada järgnevalt:
Translokatsioonid võivad olla tasakaalustatud ja tasakaalustamata. Tasakaalustatud translokatsiooni puhul vahetub võrdne osa geneetilisest materjalist, tasakaalustamata translokatsiooni korral ebavõrdne osa.
Vastastikune translokatsioon on geneetilise materjali vahetus mittehomoloogsete kromosoomide vahel, kusjuures mõlemad kromosoomid jäävad alles. Selle tekkesagedus varieerub 1/500 kuni 1/625 vastsündinu kohta. Sellised mutatsioonid on enamikul juhtudest ohutud. Inimestel, kes kannavad tasakaalustatud vastastikuseid translokatsioone, võivad tekkida tasakaalustamata translokatsioone sisaldavad gameedid. Sellised gameedid põhjustavad laste väärarenguid. Enamik kandjatest on terved, aga umbes 6% nendest võivad olla autistid või kannatada arenguhäirete all.
Robertsoni translokatsioon on kromosoomide ümberkorraldus. Inimese genoomis esineb see akrotsentrilistel kromosoomipaaridel (kromosoomid 13, 14, 15, 21 ja 22). See on mittevastastikune mutatsioon, mille tulemusena kahest akrotsentrilisest kromosoomist moodustub üks. Kandjad on fenotüübilt normaalsed, aga meioosis võib neil tekkida gameete, mis põhjustavad näiteks Downi sündroomi (kui tegemist on 21. ja 14. (15.) kromosoomide translokatsiooniga).
Aneuploidsus on ebanormaalne kromosoomide arv. Lisa- või kadunud kromosoom on tavaline geneetiliste häirete põhjus. Aneuploidsus tekib raku jagunemisel, kui kromosoomid ei jaotu õigesti kahe raku vahel. Kõige sagedamini tekib inimesel kolmas lisakromosoom paarides 21, 18 ja 13. Erinevatel liikidel on erinev normaalne kromosoomide arv, seepärast on aneuploidsus liigispetsiifiline termin.
Eristatakse järgmiseid aneuploidsuse tüüpe:
Monosoomia on ühe kromosoomi puudumine karüotüübist. Inimese sugukromosoomide monosoomia põhjustab Turneri sündroomi.
Disoomia on ühe kromosoomi kahe koopia olemasolu. See on normaalne, kui tegemist on diploidse organismiga (näiteks inimene), triploidsetel organismidel on see aneuploidsuse ilming.
Trisoomia on lisakromosoomi esinemine. Üleliigne 21. kromosoom põhjustab Downi sündroomi. 18. kromosoomi trisoomia põhjustab Edwardsi sündroomi ning 13. kromosoomi trisoomia Patau sündroomi. Need on ainsad autosomaalsed trisoomiad, mida on elusalt sündinud inimestel leitud. Trisoomia võib esineda ka sugukromosoomide puhul (47,XXX; 47,XXY; 47,XYY).
Tetrasoomia ja pentasoomia on vastavalt nelja ja viie kromosoomikoopia esinemine genoomis. Väga harva esineb seda autosoomidel, mõnevõrra sagedamini sugukromosoomidel. Inimestel on leitud 48,XXXX; 49,XXXXX; 49,XXXXY ja 49,XYYYY karüotüüpe.
Mutageneesi kasutatakse laboratoorse meetodina mutantsete tüvede loomiseks. Üldjuhul tekitatakse mutantseid tüvesid kahel eesmärgil:
Juhuslik mutagenees tähendab seda, et mutatsioon toimub juhuslikus kohas või kohtades. Efekti on võimalik saavutada UV-kiirguse või erinevate kemikaalide abil. Näiteks võib Escherichia coli't mõjutada UV-kiirgusega ja seejärel kasvatada agarsöötmel. Üles kasvanud kolooniad tuleb pärast külvata ümber rikassöötmesse ja minimaalsöötmesse. Spetsiifiliste toitevajadustega mutandid ei kasva minimaalsöötmes. Söötme koostist muutes saab tuvastada, milline toitaine on mutanttüvele vajalik.
Saitspetsiifiline mutagenees on meetod, mille abil tekitatakse mutatsioon DNA molekuli spetsiifilises kohas. See mutageneesi vorm eeldab muudetava molekuli nukleotiidse järjestuse teadmist.
Üldjuhul on vaja sünteesida praimer, mis oleks komplementaarne DNA molekuli piirkonnale, kus tahetakse tekitada mutatsioon. Mutatsioon võib olla kas punktmutatsioon, deletsioon või insertsioon. Praimer seondub spetsiifilise kohaga, mis asub tulevase mutatsiooni läheduses. DNA polümeraas sünteesib komplementaarseid ahelaid, kus tekib mutatsioon. Mutatsioonisaidiga DNA-ahel integreeritakse plasmiidi ja amplifitseeritakse. Pärast integreeritakse see bakteri genoomi ja toimub rekombinatsioon. Selle protsessi tulemusena saadakse mutantseid tüvesid.
1987. aastal esitlesid Kunkel ja kolleegid mutageneesi indutseerimise meetodit, mille eeliseks on vähenenud vajadus mutantide välja sorteerimiseks. Selleks kasutatakse mutanti, millel puudub kaks ensüümi: dUTPaas ja uratsiili deglükosidaas. dUTPaasi puudumine takistab dUTP lagunemist, uratsiili deglükosidaasi puudumine takistab uratsiili eemaldamist DNAst. Tulemusena sünteesitakse DNA-ahel, mis sisaldab ka uratsiili. Seda DNA-ahelat kasutatakse mutageneesiks. Selleks sünteesitakse komplementaarne ahel, mida pärast töödeldakse uratsiili deglükosidaasiga, mis eemaldab DNA-ahelast uratsiili, ja siis leelisega. Saavutatakse mutatsiooniga DNA-ahel.
Selles meetodis kasutatakse kindlat mutatsiooni sisaldavaid praimereid. Need amplifitseerivad mutantset DNAd, mida saab pärast ekstraheerida, kasutades elektroforeesi. Mutantne geen sisestatakse DNA molekulisse, kasutades rekombinatsiooni meetodit.
Restriktaasid (sait-spetsiifilised endonukleaasid) on ensüümid, mis lõikavad DNA-ahelat kindlate nukleotiidsete järjestuste juurest. Selliseid spetsiifilisi järjestusi nimetatakse restriktsioonisaitideks.
Restriktaase on leitud bakteritest ja arhedest, kus need kaitsevad rakku sissetungivate viiruste eest. Prokarüootides lõikavad restriktaasid vaid võõrast DNA-d, raku enda DNA-d kaitseb restriktaasi eest metülaas, metüleerides A ja C nukleotiidid. Sellist kaitsemehhanismi nimetatakse restriktsiooni-modifikatsiooni süsteemiks.
Praeguseks on põhjalikult uuritud üle 3000 restriktaasi ja neist ligikaudu 600 kasutatakse igapäevaselt laborites, et DNA-d modifitseerida ja manipuleerida.
Esimene bakteritest isoleeritud restriktaas oli HindII. See eraldati 1970. aastal bakterist Haemophilus influenzae. Selle ja veel mitme restriktaasi avastamise eest anti 1978. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhind kolmele teadlasele: Daniel Nathans, Werner Arber ja Hamilton O. Smith. Nende avastus pani aluse rekombinantse DNA tehnoloogia arengule, millel on väga palju kasutusalasid, näiteks saab selle tehnoloogia abil kasutada E. coli baktereid kiireks ja suuremahuliseks insuliini tootmiseks.
Restriktaasid tunnevad ära teatud nukleotiidse järjestuse ja lõikavad läbi DNA kaksikheeliksi mõlemad ahelad. Restriktsioonisaidis on enamasti 4–8 nukleotiidi ja tihti on see palindroomne, mis tähendab, et nukleotiidide järjestus on mõlemat pidi lugedes sama. DNA-l on kaks palindroomse järjestuse võimalust. Peegelpalindroom (ingl mirror-like palindrome) on sarnane palindroomidega, mis esinevad keeles, näiteks "udu". DNA-järjestuses on peegelpalindroom näiteks GTAATG. Pöördkorduv palindroom (ingl inverted repeat palindrome) on samuti mõlemat pidi samasugune, kuid palindroom esineb komplementaarsetes DNA-ahelates, näiteks järjestuse GTATAC puhul, millele komplementaarne järjestus on CATATG. Pöördkorduvad palindroomid esinevad sagedamini ja omavad suuremat tähtsust kui peegelpalindroomid. Palindroomid võivad ahelates tekitada "volte", kus osa ahelast jääb U-kujuliselt üheahelaliseks.
EcoRI restriktaas jätab lõigates kleepuvad otsad:
SmaI restriktaas jätab lõigates tömbid otsad:
Äratundmisjärjestus on restriktaasidel erinev, mistõttu tekivad lõigates eri pikkusega kleepuvad otsad. Need võivad asuda nii peaahelal kui komplementaarsel ahelal.
Restriktaase, mis tunnevad ära sama järjestuse, kuid lõikavad erinevatest kohtadest, nimetatakse neoskisomeerideks. Ensüüme, mis tunnevad ära sama järjestuse ja ka lõikavad samade nukleotiidide vahelt, nimetatakse isoskisomeerideks.
Restriktaasid jagatakse nelja gruppi (I, II, III ja IV tüüpi) nende struktuuri, vajaliku kofaktori, äratundmisjärjestuse ja restriktsioonisaidi järgi. Kõik restriktaasid tunnevad ära kindla järjestuse ja teevad endonukleolüütilise lõike sellisel viisil, et tekiksid kindla järjestusega 5’ ja 3’ otsad. Nende eristamistunnused on järgnevad:
I tüüpi restriktaasid olid esimesed, mis avastati ja mille omadusi iseloomustati. Need isoleeriti E. coli bakterist. I tüüpi restriktaaside restriktsioonisait erineb ja on vähemalt 1000 aluspaari kaugusel nende äratundmisjärjestusest. Lõikamine järgneb DNA translokatsioonile, mis tähendab, et need ensüümid on ka molekulaarmootorid. Äratundmisjärjestus on asümmeetriline ja koosneb kahest osast: ühes 3–4 nukleotiidi, teises 4–5 nukleotiidi. Neid eraldab mittespetsiifiline 6–8 nukleotiidi pikkune vaheala. Sellised ensüümid on multifunktsionaalsed ning on sõltuvalt DNA metüleeritusest võimelised nii restriktsiooniks kui modifitseerimiseks. Täielikuks aktiivsuseks on neil vaja kofaktoreid S-adenosüülmetioniini, hüdrolüüsitud ATP-d ja magneesiumiioone (Mg2+). I tüüpi restriktaasidel on 3 allüksust: HsdR, HsdM ja HsdS. HsdR on vajalik restriktsiooniks, HsdM on vajalik DNA metüleerimiseks ja HsdS on vajalik nii mõlemaks eelnevaks ülesandeks kui ka DNA-ga seondumiseks.
II tüüpi restriktaasid erinevad I tüüpi restriktaasidest mitmel moel. Need moodustavad homodimeere, mille äratundmisjärjestused on enamasti lahutamata palindroomid, mis on 4–8 nukleotiidi pikad. DNA-d lõikavad need sama koha pealt, kuhu seonduvad, ning ei vaja kofaktorina ATP-d ega S-adenosüülmetioniini, vaid ainult Mg2+ iooni. Selle rühma ensüüme kasutatakse enim ja need on teaduslaborites laialt levinud. 1990. aastatel ja 2000. aastate alguses leiti sellest klassist uusi ensüüme, mis ei vastanud täpselt eelpool mainitud tingimustele. Seetõttu loodi alamklassid, kuhu jaotada ensüüme vastavalt nende erinevustele rühma põhitüübist. Alamklassidele on lisatud järelliide.
IIB tüüpi restriktaasid (nt BcgI ja BplI) on multimeerid, mis tähendab, et need koosnevad rohkem kui ühest allüksusest. IIB tüüpi restriktaasid lõikavad ahela läbi mõlemalt poolt äratundmisjärjestust, lõigates kogu seondumisala ahelast välja. Need vajavad kofaktoritena S-adenosüülmetioniini ja Mg2+-ioone.
IIE tüüpi restriktaasid (nt NaeI) seonduvad oma äratundmisjärjestusega kahes kohas. Üks neist on replikatsioonisait, teist ala kasutab ensüüm allosteerilise aktivaatorina, mis kiirendab DNA lõikamist.
IIF tüüpi restriktaasid (nt NgoMIV) toimivad sarnaselt IIE tüüpi restriktaasidega, kuid lõikavad DNA järjestuse mõlemast seondumisalast korraga.
IIG tüüpi restriktaasidel (nt Eco57I) on sarnaselt II tüüpi restriktaasidega üks allüksus, kuid need vajavad kofaktorina S-adenosüülmetioniini.
IIM tüüpi restriktaasid (nt DpnI) tunnevad ära ja lõikavad metüleeritud DNA-d.
IIS tüüpi restriktaasid (nt FokI) lõikavad DNA-d kindla nukleotiidse järjestuse kauguselt oma äratundmisjärjestusest, mis on asümmeetriline ja mittepalindroomne. Need ensüümid võivad funktsioneerida dimeeridena.
IIT tüüpi restriktaasid (nt Bpu10I ja BslI) koosnevad kahest erinevast allüksusest. Mõned selle alamklassi ensüümid seonduvad palindroomse järjestusega, teised asümmeetrilise järjestusega.
III tüüpi restriktaasidel (nt EcoP15) on kaks erinevat mittepalindroomset äratundmisjärjestust, mis on vastassuunalised. Ensüüm lõikab DNA-ahela läbi 20–30 aluspaari kauguselt seondumisalast. Nendel ensüümidel on mitu allüksust, need täidavad nii metüleerimise kui restriktsiooni ülesannet ning need vajavad S-adenosüülmetioniini ja ATP-d. Selliseid restriktaase kasutavad prokarüoodid selleks, et kaitsta end sissetungiva võõra DNA eest. III tüüpi restriktaasid on hetero-oligomeersed multifunktsionaalsed valgud, mis koosnevad kahest allüksusest (Res ja Mod). Mod-allüksus tunneb ära spetsiifilise DNA järjestuse ja on DNA modifitseerimiseks vajalik metüültransferaas. Res on vajalik restriktsiooniks, kuid iseseisvalt pole see aktiivne. III tüüpi restriktaasidel on 5–6 aluspaari pikkused asümmeetrilised äratundmisjärjestused ning need lõikavad DNA-ahela läbi 25–27 aluspaari kauguselt pärisuunas, jättes vabaks lühikese üheahelalise üleulatuva 5’ otsa. Selleks, et ensüüm lõikaks, on vaja kaht vastupidise suunaga metüleerimata äratundmisjärjestust. III tüüpi ensüümid metüleerivad adenosüüljäägi N-6-positsioonil ühe DNA-ahela, seega on värskelt replitseeritud DNA-l vaid üks metüleeritud ahel, kuid see on piisav, et kaitsta seda uue restriktsiooni eest.
Tehislikke restriktaase valmistatakse, liites looduslikke või tehislikke DNA seondumisdomeene nukleaasdomeenidega (selleks on sageli IIS tüüpi restriktaasi FokI-i restriktsioonidomeen). Sünteetilised restriktaasid suudavad ära tunda suuri saite (kuni 36 aluspaari) ja neid võib panna seonduma mis tahes DNA-järjestusega. Tsinksõrmnukleaasid on geenitehnoloogias enim kasutatavad tehislikud restriktaasid.
Näiteid restriktaasidest:
| Ensüüm | Allikas | Spetsiifiline järjestus | Lõige |
|---|---|---|---|
| EcoRI | Escherichia coli | 5'GAATTC 3'CTTAAG | 5'---G AATTC---3' 3'---CTTAA G---5' |
| EcoRII | Escherichia coli | 5'CCWGG 3'GGWCC | 5'--- CCWGG---3' 3'---GGWCC ---5' |
| BamHI | Bacillus amyloliquefaciens | 5'GGATCC 3'CCTAGG | 5'---G GATCC---3' 3'---CCTAG G---5' |
| HindIII | Haemophilus influenzae | 5'AAGCTT 3'TTCGAA | 5'---A AGCTT---3' 3'---TTCGA A---5' |
| TaqI | Thermus aquaticus | 5'TCGA 3'AGCT | 5'---T CGA---3' 3'---AGC T---5' |
| NotI | Nocardia otitidis | 5'GCGGCCGC 3'CGCCGGCG | 5'---GC GGCCGC---3' 3'---CGCCGG CG---5' |
| HinfI | Haemophilus influenzae | 5'GANTCA 3'CTNAGT | 5'---G ANTC---3' 3'---CTNA G---5' |
| Sau3A | Staphylococcus aureus | 5'GATC 3'CTAG | 5'--- GATC---3' 3'---CTAG ---5' |
| PvuII* | Proteus vulgaris | 5'CAGCTG 3'GTCGAC | 5'---CAG CTG---3' 3'---GTC GAC---5' |
| SmaI* | Serratia marcescens | 5'CCCGGG 3'GGGCCC | 5'---CCC GGG---3' 3'---GGG CCC---5' |
| HaeIII* | Haemophilus aegyptius | 5'GGCC 3'CCGG | 5'---GG CC---3' 3'---CC GG---5' |
| HgaI | Haemophilus gallinarum | 5'GACGC 3'CTGCG | 5'---NN NN---3' 3'---NN NN---5' |
| AluI* | Arthrobacter luteus | 5'AGCT 3'TCGA | 5'---AG CT---3' 3'---TC GA---5' |
| EcoRV* | Escherichia coli | 5'GATATC 3'CTATAG | 5'---GAT ATC---3' 3'---CTA TAG---5' |
| EcoP15I | Escherichia coli | 5'CAGCAGN25NN 3'GTCGTCN25NN | 5'---CAGCAGN25NN ---3' 3'---GTCGTCN25 NN---5' |
| KpnI | Klebsiella pneumoniae | 5'GGTACC 3'CCATGG | 5'---GGTAC C---3' 3'---C CATGG---5' |
| PstI | Providencia stuartii | 5'CTGCAG 3'GACGTC | 5'---CTGCA G---3' 3'---G ACGTC---5' |
| SacI | Streptomyces achromogenes | 5'GAGCTC 3'CTCGAG | 5'---GAGCT C---3' 3'---C TCGAG---5' |
| SalI | Streptomyces albus | 5'GTCGAC 3'CAGCTG | 5'---G TCGAC---3' 3'---CAGCT G---5' |
| ScaI | Streptomyces caespitosus | 5'AGTACT 3'TCATGA | 5'---AGT ACT---3' 3'---TCA TGA---5' |
| SpeI | Sphaerotilus natans | 5'ACTAGT 3'TGATCA | 5'---A CTAGT---3' 3'---TGATC A---5' |
| SphI | Streptomyces phaeochromogenes | 5'GCATGC 3'CGTACG | 5'---GCATG C---3' 3'---C GTACG---5' |
| StuI | Streptomyces tubercidicus | 5'AGGCCT 3'TCCGGA | 5'---AGG CCT---3' 3'---TCC GGA---5' |
| XbaI | Xanthomonas badrii | 5'TCTAGA 3'AGATCT | 5'---T CTAGA---3' 3'---AGATC T---5' |
Tähistused:
* = tömp ots
N = C või G või T või A
W = A või T
