Informacija

11.5: Somatinių ląstelių ir gametų mutacijos – biologija

11.5: Somatinių ląstelių ir gametų mutacijos – biologija


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.

Pradėkime nuo klausimo: Kas yra genų mutacija ir kaip jos atsiranda?

Genų mutacija yra nuolatinis DNR sekos, sudarančios geną, pokytis, todėl seka skiriasi nuo tos, kuri yra daugumoje žmonių. Mutacijos įvairaus dydžio; jie gali paveikti bet kur – nuo ​​vieno DNR bloko (bazinės poros) iki didelio chromosomos segmento, kuriame yra keli genai.

Genų mutacijos gali būti klasifikuojamos dviem pagrindiniais būdais:

  • Paveldimos mutacijos yra paveldimi iš tėvų ir per visą žmogaus gyvenimą yra praktiškai kiekvienoje kūno ląstelėje. Šios mutacijos taip pat vadinamos gemalo linijos mutacijomis, nes jos yra tėvų kiaušialąstėse arba spermatozoidų ląstelėse, kurios dar vadinamos lytinėmis ląstelėmis. Kai kiaušialąstė ir spermos ląstelė susijungia, apvaisinta kiaušialąstė gauna DNR iš abiejų tėvų. Jei ši DNR turi mutaciją, vaikas, išaugęs iš apvaisinto kiaušinėlio, turės mutaciją kiekvienoje savo ląstelėje.
  • Įgytos (arba somatinės) mutacijos atsiranda tam tikru žmogaus gyvenimo laikotarpiu ir yra tik tam tikrose ląstelėse, o ne kiekvienoje kūno ląstelėje. Šiuos pokyčius gali sukelti aplinkos veiksniai, pvz., ultravioletinė saulės spinduliuotė, arba jie gali atsirasti, jei daroma klaida, nes DNR kopijuoja save ląstelių dalijimosi metu. Įgytos somatinių ląstelių (ląstelių, išskyrus spermą ir kiaušialąstes) mutacijos negali būti perduotos kitai kartai.

Genetiniai pokyčiai, apibūdinami kaip de novo (naujos) mutacijos, gali būti paveldimi arba somatiniai. Kai kuriais atvejais mutacija įvyksta žmogaus kiaušinėlyje arba spermos ląstelėje, bet nėra jokiose kitose žmogaus ląstelėse. Kitais atvejais mutacija įvyksta apvaisintame kiaušinyje netrukus po to, kai kiaušinis ir spermos ląstelės susijungia. (Dažnai neįmanoma tiksliai pasakyti, kada įvyko de novo mutacija.) Kai apvaisintas kiaušinėlis dalijasi, kiekviena augančio embriono ląstelė turės mutaciją. De novo mutacijos gali paaiškinti genetinius sutrikimus, kai paveiktas vaikas turi mutaciją kiekvienoje kūno ląstelėje, o tėvai to neturi, ir nėra sutrikimo šeimos istorijoje.

Somatinės mutacijos, įvykusios vienoje ląstelėje ankstyvame embriono vystymosi etape, gali sukelti situaciją, vadinamą mozaicizmu. Šių genetinių pokyčių nėra tėvų kiaušialąstėse, spermatozoidų ląstelėse ar apvaisintame kiaušinyje, bet įvyksta šiek tiek vėliau, kai embrione yra kelios ląstelės. Kadangi visos ląstelės dalijasi augimo ir vystymosi metu, ląstelės, atsirandančios iš ląstelės su pakeistu genu, turės mutaciją, o kitos ląstelės ne. Atsižvelgiant į mutaciją ir paveiktų ląstelių skaičių, mozaikiškumas gali sukelti arba nekelti sveikatos problemų.

Dauguma ligą sukeliančių genų mutacijų bendrojoje populiacijoje yra nedažnos. Tačiau kiti genetiniai pokyčiai atsiranda dažniau. Genetiniai pakitimai, atsirandantys daugiau nei 1 proc. populiacijos, vadinami polimorfizmais. Jie yra pakankamai dažni, kad būtų laikomi normaliu DNR skirtumu. Polimorfizmai yra atsakingi už daugelį įprastų skirtumų tarp žmonių, tokių kaip akių spalva, plaukų spalva ir kraujo grupė. Nors daugelis polimorfizmų neturi neigiamo poveikio žmogaus sveikatai, kai kurie iš šių variantų gali turėti įtakos tam tikrų sutrikimų atsiradimo rizikai.


Pasirinkite VISUS teisingus atsakymus. Kurie teiginiai teisingai apibūdina lytinių ląstelių ir somatinių ląstelių mutacijas? Lytinių ląstelių mutacijos neapima DNR pokyčių. Somatinių ląstelių mutacijas paveldės organizmo palikuonys. Somatinių ląstelių mutacijos yra tik toje ląstelėje, kurioje įvyko mutacija. Somatinių ląstelių mutacijos perkeliamos į dukterines ląsteles. Labiau tikėtina, kad lytinių ląstelių mutacijos bus naudingos nei somatinių ląstelių mutacijos. Gametų mutacijos gali būti perduodamos organizmo palikuonims. Rezervas

Gametų mutacijos gali būti perduodamos organizmo palikuonims.

gametų mutacijos gali būti perduotos organizmo palikuonims, o somatinių ląstelių mutacijos yra tik toje ląstelėje, kurioje įvyko mutacija. tai anser

organų sistema – organų sistema yra grupė organų, kurie kartu atlieka vieną ar daugiau funkcijų. kiekvienas atlieka tam tikrą darbą kūne ir yra sudarytas iš tam tikrų audinių.

uolienos klasifikuojamos pagal geologinį procesą, kurio metu jos susidaro. trys pagrindinės uolienų grupės yra magminės, metamorfinės ir nuosėdinės. mineralai nėra jie klasifikuojami pagal chemines klases, kuriose jie yra. Šios grupės apima silikatus, sulfatus ir karbonatus.


Kas yra mutacijos?

Mutacijos yra atsitiktiniai DNR arba RNR bazių sekos pokyčiai . Žodis mutacija gali priversti jus galvoti apie vėžlius nindzius, tačiau tai klaidingai pristato, kaip veikia dauguma mutacijų. Pirmiausia, Visi turi mutacijų. Tiesą sakant, daugumos žmonių DNR yra dešimtys (ar net šimtai!) mutacijų. Antra, evoliuciniu požiūriu mutacijos yra būtinos. Jie reikalingi evoliucijai, nes jie yra pagrindinis visų naujų bet kurios rūšies genetinių variacijų šaltinis.


Skirtumas tarp paveldėtų ir įgytų mutacijų

Yra dvi pagrindinės mutacijų kategorijos, pagrįstos ląstelės, kurioje vyksta genetinis pokytis, tipu. Šie žmogaus DNR pokyčiai gali būti paveldimi arba įgyti po apvaisinimo. Čia yra skirtumo tarp paveldimų ir somatinių DNR mutacijų santrauka.

Mutacija yra nuolatinis ląstelės DNR sekos pokytis. Dezoksiribonukleorūgštis (DNR) iš esmės yra kiekvienos organizmo kūno ląstelės planas. DNR klaida gali būti labai maža, pavyzdžiui, vienas neteisingas elementas DNR molekulėje, arba gali būti labai didelė, paveikianti didelį chromosomos segmentą. Kad ir koks būtų dydis, kai šiose molekulinėse instrukcijose atsiranda klaidų, ląstelės gali tinkamai neveikti.

Yra dvi pagrindinės genetinių mutacijų kategorijos. Asmens DNR pokyčiai gali būti paveldimi iš tėvų arba gali būti įgyti per to asmens gyvenimą.

* Paveldimos gemalo linijos mutacijos*

Mutacijos perduodamos iš vienos kartos į kitą tik tuo atveju, jei DNR klaida atsiranda lytinėse ląstelėse, kurios dar vadinamos gametomis (sperma arba kiaušinėliai). Šios mutacijos, kurios perduodamos iš tėvų vaikui, vadinamos paveldimomis arba gemalo linijos mutacijomis.

* De Novo ir somatinės mutacijos *

* Naujos de novo mutacijos: mutacijos, kurios pirmą kartą atsiranda vienam šeimos nariui, vadinamos naujomis (de novo) mutacijomis. Visos jūsų kūno ląstelės sukūrė vieną apvaisintą kiaušialąstę, kuri vėliau pasidalijo, sukurdama dukterines ląsteles, kurios toliau dalijasi. Jei viena iš lytinių ląstelių, dėl kurių buvo apvaisintas kiaušinis, turėjo genetinę mutaciją arba jei mutacija įvyko netrukus po apvaisinimo, ta genetinė klaida atsirastų praktiškai kiekvienos kūno ląstelės DNR.

* Somatinės mutacijos: jei mutacija įvyksta somatinėse ląstelėse (dauguma kūno ląstelių, kurios nėra gametos), mutacija apsiribos organizmu, kuriame ji įvyko, ir nebus perduota ateities kartoms. Tokio tipo genetinė klaida vadinama įgyta arba somatine mutacija ir atsiranda atskirų ląstelių DNR tam tikru žmogaus gyvenimo laikotarpiu. Įgytos mutacijos gali atsirasti dėl išorinių, aplinkos veiksnių, tokių kaip ultravioletinė spinduliuotė ir kiti kancerogenai, arba gali atsirasti padarius klaidą replikacijos metu, kai DNR kopijuoja, kad pasiruoštų ląstelių dalijimuisi (mitozei).

Kartais mutacija įvyksta vienoje besivystančio embriono ląstelėje. Kadangi visoms besivystančio vaisiaus ląstelėms dalijasi, tos ląstelės, kilusios iš ląstelės, turinčios somatinę mutaciją, perneš mutaciją, o kitos ląstelės ne. Asmuo turės kai kurias ląsteles su mutacija ir kai kurias ląsteles be genetinių pokyčių. Ši būklė vadinama mozaika.

Genetinė mutacija, Nacionalinė medicinos biblioteka NIH

Campbell, N. & Reece, J. (2005) Biologija, septintasis leidimas. Pearsonas, Benjaminas Cummingsas.


Genetinė variacija ir kaita

Genetinė variacija apibūdina natūraliai atsirandančius genetinius skirtumus tarp tos pačios rūšies individų. Visi organizmai yra šiek tiek arba labai skirtingi. Ši variacija suteikia populiacijos lankstumo ir išlikimo kintant aplinkos sąlygoms, taip pat gali sukelti genų fondų pokyčius. Šis skirtumas yra svarbus, ypač Naujojoje Zelandijoje, nes buveinė nuolat kinta gyvieji (biotiniai) ir negyvieji (abiotiniai veiksniai), keičia populiacijų genofondus ir spaudimą.

Šis standartas yra apie tai, kas lemia šį populiacijų skirtumą ir kaip tai lemia skirtingą bruožų dažnį ir galiausiai natūralią atranką. Kas lemia rūšies skirtumus? Būtinai pažiūrėkite vaizdo įrašus ir pažiūrėkite į animacijas, jie padės.

Juos sukūrė Benjaminas Himme iš https://www.pathwayz.org/ (kita puiki mokymosi svetainė)

DNR nuo pat pradžių Geras įvadas į DNR ir genetiką

Populiacijos genetika yra genetinės variacijos populiacijose tyrimas, apimantis genų ir alelių inpopuliacijų dažnių pokyčių per erdvę ir laiką tyrimą ir modeliavimą. Daugelis populiacijoje randamų genų bus polimorfiniai – tai yra, jie bus įvairių formų (arba alelių). Matematiniai modeliai naudojami tiriant ir prognozuojant konkrečių alelių arba alelių derinių atsiradimą populiacijose, remiantis molekulinio genetikos supratimo raida, Mendelio paveldėjimo dėsniais ir šiuolaikine evoliucijos teorija. Pagrindinis dėmesys skiriamas populiacijai arba rūšiai, o ne individui.

Geras pradinis video.

Žr. 2 lygio genų išraiškos puslapį, kuriame rasite pastabų, animacijų ir vaizdo įrašų, paaiškinančių DNR struktūrą.

Genų fondas yra visas unikalių alelių rinkinys populiacijoje.

Genetinis dreifas yra santykinio alelio atsiradimo populiacijoje dažnio pokytis dėl atsitiktinės atrankos ir atsitiktinumo.

Migracija – tai genų alelių perkėlimas iš vienos populiacijos į kitą.

Genų fondo alelių dažniai keičiasi dėl atsitiktinių įvykių, nesusijusių su alelio tinkamumu tai aplinkai.

Genų fondo alelių dažnis kinta dėl naujų alelių įnešimo į populiaciją (imigracijos) arba praradimo iš populiacijos dėl emigracijos.

Tiek genetinio dreifo, tiek migracijos poveikis ypač akivaizdus mažoje populiacijoje, kur santykinai nedideli alelių skaičiaus pokyčiai gali turėti didesnį poveikį tų alelių santykiui populiacijoje.

Mutacija yra nuolatiniai / atsitiktiniai DNR / genetinės medžiagos pokyčiai. Mutacija turi įvykti gametas gaminančiose ląstelėse, kad patektų į populiacijos genofondą.

taip pat gali būti apibrėžtas kaip nuolatinis geno ar chromosomos nukleotidų sekos pasikeitimas.

Mutacija yra a nuolatinis (neremontuotas) pakeitimas organizmo DNR.

Jie pristatyti naujus alelius į populiaciją. Dauguma mutacijų yra kenksmingos.

Mutacijas sukelia mutagenai.

Naudingi dažniausiai atsiranda organizmuose, kurių generavimo laikas trumpas.

Daugelis gali tylėti – nepastebėti – ir tik vėliau gali būti atrinkti už arba prieš.

Neutralios mutacijos visiškai nekeičia.

Mutacijos turi įvykti gametas gaminančios ląstelės patekti į populiacijos genofondą. Tai yra svarbu!!

Genai mutuoja žinomu greičiu. Šis rodiklis skiriasi priklausomai nuo susijusio geno. Kai kurie genai turi didelį spontaniškų mutacijų dažnį.

Genų mutacijų dažnis rūšies viduje tikriausiai yra panašus, tačiau mutacijų gyvybingumas labai skiriasi. Žmonių populiacijos mutantiniai genai:

Su maždaug 30 000 genų žmogaus genome ir po dvi kiekvieno geno kopijas, kiekviena ląstelė iš viso turi 60 000 genų.

Aukštesniuose organizmuose konkretaus geno mutacija įvyks vienoje gametoje iš 300 000.

Somatinės (kūno ląstelių mutacijos)

· somatinės mutacijos vyksta bet kuriose kūno ląstelėse, išskyrus lytines ląsteles

DNR pakitimai, atsirandantys po pastojimo. Somatinės mutacijos gali atsirasti bet kurioje kūno ląstelėje, išskyrus lytines ląsteles (spermatozą ir kiaušinėlį), todėl jos neperduoda palikuonims.

Gametinė (lytinių ląstelių mutacijos)

· Gametinės mutacijos atsiranda tik gametose, pvz., spermatozoiduose / kiaušinėliuose (priima žiedadulkes).

· somatinės mutacijos neperduodamos iš kartos į kartą

· somatinės mutacijos veikia tik atskirą organizmą, kuriame ląstelės mutavo

· Gametinės mutacijos yra (paveldimos) perduodamos kitoms (ir galbūt vėlesnėms) kartoms

· gametinės mutacijos neapsiriboja individu, kuriame įvyko pirminės mutacijos

nauji aleliai, sukurti dėl gametinės mutacijos, yra prieinami genų fondui ir gali įsitvirtinti tame genofonde.

Gametinė: (gali būti vadinama gemalo linija, kas yra priimtina). Paveldimas DNR pokytis, įvykęs gametoje (lytinėje ląstelėje) – ląstelėje, kuriai lemta tapti kiaušinėliu arba sperma. Kai ji perduodama palikuonims, gametinė mutacija yra įtraukta į kiekvieną jų kūno ląstelę.

Vienos bazės pakeitimas, pvz. A → G. Paveikia 1 geną.

Vieno pagrindo pridėjimas arba atėmimas – sukelia kadro poslinkį. Rimtai paveikia vieną geną

Chromosomų mutacijos – chromosomos dalis gali būti pašalinta, pridėta arba perkelta į kitą chromosomą. Paveikia daugybę genų

Aneuploidija – visa chromosoma arba visas chromosomų rinkinys pridedamas arba prarandamas.

Jei gametoje įvyksta mutacija, ji paveiks visą pagamintą organizmą (jie yra paveldimi) = Gametinė mutacija.

Jei mutacija įvyksta kūno ląstelėje, ji paveiks tik vieną sritį (ji nėra paveldima) = somatinė mutacija.


Somatinis mozaikizmas žmogaus genome

Somatinis mozaikizmas reiškia dviejų genetiškai skirtingų ląstelių populiacijų atsiradimą individo viduje, kilusią iš postzigotinės mutacijos. Priešingai nei paveldimos mutacijos, somatinės mozaikos mutacijos gali paveikti tik dalį kūno ir neperduodamos palikuonims. Šios mutacijos paveikia įvairius genomo dydžius nuo pavienių nukleotidų iki ištisų chromosomų ir yra susijusios su ligomis, ypač vėžiu. Somatinio mozaicizmo fenotipinės pasekmės priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant vystymosi laiką, kai įvyksta mutacija, paveiktas kūno vietas ir patofiziologinį (-ius) mutacijos poveikį. Antrosios kartos sekos nustatymo technologijų atsiradimas padidino esamus masyvais pagrįstus ir citogenetinius somatinių mutacijų nustatymo metodus. Mes apibūdiname šių metodų stipriąsias ir silpnąsias puses ir pabrėžiame naujausias įžvalgas apie somatinio mozaikizmo vaidmenį sukeliant vėžį, neurodegeneracines, monogenines ir sudėtingas ligas.

Figūros

Variacijų kategorijų apžvalga…

Variacijų kategorijų, įskaitant paveldėtus, apžvalga (A–C skydeliai), de novo (D, E plokštės),…

Specifinis mutacijų poveikis audiniams…

Specifinis audinių mutacijų poveikis GNAQ ( A ) GNAS ( B )…

Ląstelių mirtis gali sumažinti…

Ląstelių mirtis gali sumažinti bendrą ląstelių, turinčių somatines mutacijas, skaičių. Mozaika…

Trys tarpląsteliniai signalizacijos keliai yra…

Schematiškai parodyti trys tarpląsteliniai signalizacijos keliai. ( At paliko ), tirozino receptorius…


11.1 |Mejozės procesas

Šio skyriaus pabaigoje galėsite:

  • Apibūdinkite chromosomų elgesį mejozės metu
  • Apibūdinkite ląstelių įvykius mejozės metu
  • Paaiškinkite skirtumus tarp mejozės ir mitozės
  • Paaiškinkite mejozės mechanizmus, kurie sukuria genetinę variaciją tarp mejozės produktų

Reikalingas lytinis dauginimasis apvaisinimas, dviejų ląstelių susijungimas iš dviejų atskirų organizmų. Jei kiekvienoje tose dviejose ląstelėse yra vienas chromosomų rinkinys, tada gautoje ląstelėje yra du chromosomų rinkiniai. Haploidinėse ląstelėse yra vienas chromosomų rinkinys. Ląstelės, kuriose yra du chromosomų rinkiniai, vadinamos diploidinėmis. Chromosomų rinkinių skaičius ląstelėje vadinamas jos ploidiškumo lygiu. Jei reprodukcinis ciklas tęsis, diploidinė ląstelė turi kažkaip sumažinti savo chromosomų rinkinių skaičių, kad vėl galėtų įvykti apvaisinimas, kitaip kiekvienoje kartoje chromosomų rinkinių skaičius padvigubės. Taigi, be apvaisinimo, lytinis dauginimasis apima branduolinį padalijimą, kuris sumažina chromosomų rinkinių skaičių.

Dauguma gyvūnų ir augalų yra diploidiniai, juose yra du chromosomų rinkiniai. Kiekviename somatinė ląstelė organizmo (visos daugialąsčio organizmo ląstelės, išskyrus gametas arba reprodukcines ląsteles), branduolyje yra dvi kiekvienos chromosomos kopijos, vadinamos homologinėmis chromosomomis. Somatinės ląstelės kartais vadinamos „kūno ląstelėmis“. Homologinės chromosomos yra suderintos poros, turinčios tuos pačius genus identiškose vietose išilgai jų ilgio. Diploidiniai organizmai paveldi po vieną kiekvienos homologinės chromosomos kopiją iš kiekvieno iš tėvų kartu, jie laikomi visu chromosomų rinkiniu. Haploidinės ląstelės, turinčios po vieną kiekvienos homologinės chromosomos kopiją, randamos tik struktūrose, kurios sukelia gametas arba sporas. Sporos yra haploidinės ląstelės, kurios gali gaminti haploidinį organizmą arba gali susilieti su kita spora, sudarydamos diploidinę ląstelę. Visi gyvūnai ir dauguma augalų gamina kiaušinėlius ir spermą arba gametas. Kai kurie augalai ir visi grybai gamina sporas.

Branduolinis dalijimasis, sudarantis haploidines ląsteles, vadinamas mejozė, yra susijęs su mitoze. Kaip jūs sužinojote, mitozė yra ląstelių dauginimosi ciklo dalis, dėl kurios susidaro identiški dukteriniai branduoliai, kurie taip pat yra genetiškai identiški pradiniam pirminiam branduoliui. Mitozėje tiek motininiai, tiek dukteriniai branduoliai yra vienodo ploidiškumo lygio – diploidiniai daugumai augalų ir gyvūnų. Mejozė naudoja daugelį tų pačių mechanizmų kaip ir mitozė. Tačiau pradinis branduolys visada yra diploidinis, o branduoliai, atsirandantys pasibaigus mejoziniam ląstelių dalijimuisi, yra haploidiniai. Norint pasiekti šį chromosomų skaičiaus sumažėjimą, mejozę sudaro vienas chromosomų dubliavimosi raundas ir du branduolio dalijimosi raundai. Kadangi kiekvieno dalijimosi etapo metu vykstantys įvykiai yra analogiški mitozės įvykiams, priskiriami tie patys sceniniai pavadinimai. Tačiau, kadangi yra du padalijimo raundai, pagrindinis procesas ir etapai žymimi „I“ arba „II“. Taigi, mejozė I yra pirmasis mejozinio padalijimo turas ir susideda iš I fazės, I prometafazės ir t.t. Mejozė II, kuriame vyksta antrasis mejozinio dalijimosi turas, apima II profazę, II prometafazę ir pan.

Mejozė I

Prieš mejozę yra tarpfazė, susidedanti iš G1, S ir G2 fazės, kurios yra beveik identiškos fazėms prieš mitozę. G1 fazė, kuri taip pat vadinama pirmąja tarpo faze, yra pirmoji tarpfazės fazė ir yra orientuota į ląstelių augimą. S fazė yra antroji tarpfazės fazė, kurios metu replikuojasi chromosomų DNR. Galiausiai G2 fazė, dar vadinama antrąja tarpo faze, yra trečioji ir paskutinė tarpfazės fazė šioje fazėje, ląstelėje vyksta paskutiniai pasirengimai mejozei.

DNR dubliavimosi S fazėje metu kiekviena chromosoma yra replikuojama, kad susidarytų dvi identiškos kopijos, vadinamos seserinėmis chromatidėmis, kurios yra laikomos kartu centromeroje. kohesinas baltymai. Cohesinas laiko chromatides kartu iki II anafazės. Centrosomos, kurios yra struktūros, organizuojančios mejozinio veleno mikrotubulus, taip pat kartojasi. Tai paruošia ląstelę patekti į I fazę, pirmąją mejozės fazę.

I fazės pradžioje, kol chromosomos gali būti aiškiai matomos mikroskopiškai, homologinės chromosomos prie jų galiukų prisijungia prie branduolio apvalkalo baltymais. Branduolio apvalkalui pradėjus irti, su homologinėmis chromosomomis susiję baltymai suartina porą vienas kito. Prisiminkite, kad mitozėje homologinės chromosomos nesusiporuoja. Mitozėje homologinės chromosomos išsirikiuoja iš galo, todėl dalijantis kiekviena dukterinė ląstelė gauna seserinę chromatidę iš abiejų homologinės poros narių. The sinaptoneminis kompleksas, baltymų gardelė tarp homologinių chromosomų, iš pradžių susiformuoja tam tikrose vietose, o paskui plinta ir apima visą chromosomų ilgį. Tvirtas homologinių chromosomų poravimas vadinamas sinapsė. Sinapsėje homologinių chromosomų chromatidėse esantys genai yra tiksliai suderinti vienas su kitu. Sinaptoneminis kompleksas palaiko chromosomų segmentų mainus tarp nesusijusių homologinių chromatidų, ty procesą, vadinamą kryžminimu. Perėjimą galima stebėti vizualiai po keitimo as chiasmata (vienaskaita = chiasma) (11.2 pav).

Tokiose rūšyse kaip žmonės, nors X ir Y lytinės chromosomos nėra homologinės (dauguma jų genų skiriasi), jos turi nedidelę homologijos sritį, leidžiančią X ir Y chromosomoms susiporuoti I fazės metu. Dalinis sinaptoneminis kompleksas vystosi tik tarp homologijos sričių.

11.2 pav. I fazės pradžioje homologinės chromosomos susijungia ir sudaro sinapsę. Chromosomos yra tvirtai sujungtos ir puikiai suderintos baltymų gardelėmis, vadinamomis sinaptoneminiu kompleksu, ir kohesino baltymais centromeroje.

Išilgai sinaptoneminio komplekso yra dideli baltymų mazgai, vadinami rekombinaciniai mazgeliai. Šios sąrankos žymi vėlesnių chiasmatos taškus ir tarpininkauja daugiapakopiam procesui kryžminisarba genetinė rekombinacija tarp neseserinių chromatidžių. Šalia kiekvienos chromatidės rekombinacinio mazgo suskaidoma dvigrandė DNR, modifikuojami nupjauti galai ir užmezgamas naujas ryšys tarp nesusijusių chromatidžių. Profazei I progresuojant, sinaptoneminis kompleksas pradeda irti, o chromosomos pradeda kondensuotis. Kai sinaptoneminis kompleksas išnyksta, homologinės chromosomos lieka viena prie kitos prijungtos centromeroje ir chiasmatoje. Chiasmatos išlieka iki anafazės I. Chiasmų skaičius skiriasi priklausomai nuo rūšies ir chromosomos ilgio. Norint tinkamai atskirti homologines chromosomas I mejozės metu, kiekvienoje chromosomoje turi būti bent viena chiasma, tačiau jų gali būti net 25. Po kryžminimo sinaptoneminis kompleksas suyra, taip pat pašalinamas kohesininis ryšys tarp homologinių porų. I fazės pabaigoje poros laikomos kartu tik chiasmatoje (11.3 pav) ir yra vadinami tetradai nes dabar matomos keturios kiekvienos homologinės chromosomų poros seserinės chromatidės.

Kryžminiai įvykiai yra pirmasis mejozės sukeltų branduolių genetinės variacijos šaltinis. Vienas kryžminis įvykis tarp homologinių ne seserų chromatidų sukelia abipusį lygiavertės DNR keitimą tarp motinos ir tėvo chromosomos. Dabar, kai ta sesuo chromatidė bus perkelta į lytinių ląstelių ląstelę, ji neša dalį DNR iš vieno individo tėvo ir dalį DNR iš kito tėvo. Sesuo rekombinantinė chromatidė turi motinos ir tėvo genų derinį, kuris neegzistavo iki kryžminimo. Keli kryžminiai perėjimai vienoje chromosomos šakoje turi tą patį poveikį, keičiasi DNR segmentais, kad sukurtų rekombinantines chromosomas.

11.3 pav. Kryžminimas vyksta tarp nesusijusių homologinių chromosomų chromatidžių. Rezultatas yra genetinės medžiagos mainai tarp homologinių chromosomų.

Pagrindinis I prometafazės įvykis yra verpstės pluošto mikrotubulių prijungimas prie kinetochorų baltymų centromeruose. Kinetochoro baltymai yra daugiaproteininiai kompleksai, jungiantys chromosomos centromerus su mitozinio veleno mikrotubulais. Mikrovamzdeliai auga iš centrosomų, esančių priešinguose ląstelės poliuose. Mikrovamzdeliai juda link ląstelės vidurio ir prisitvirtina prie vienos iš dviejų susiliejusių homologinių chromosomų. Mikrovamzdeliai prisitvirtina prie kiekvienos chromosomos kinetochoros. Kiekvienam homologinės poros nariui pritvirtinus prie priešingų ląstelės polių, kitoje fazėje mikrovamzdeliai gali atskirti homologinę porą. Verpstės pluoštas, prisitvirtinęs prie kinetochoro, vadinamas kinetochoro mikrotubulu. I prometafazės pabaigoje kiekviena tetrada yra pritvirtinta prie mikrotubulių iš abiejų polių, o viena homologinė chromosoma yra nukreipta į kiekvieną polių. Homologinės chromosomos vis dar laikomos kartu chiasmatoje. Be to, branduolinė membrana visiškai sugedo.

I metafazės metu homologinės chromosomos yra išdėstytos ląstelės centre, o kinetochorai yra nukreipti į priešingus polius. Homologinės poros atsitiktinai orientuojasi ties pusiauju. Pavyzdžiui, jei du homologiniai 1 chromosomos nariai yra pažymėti a ir b, tada chromosomos gali išsirikiuoti a-b arba b-a. Tai svarbu nustatant lytinių ląstelių pernešamus genus, nes kiekviena gaus tik vieną iš dviejų homologinių chromosomų. Prisiminkite, kad homologinės chromosomos nėra tapačios. Juose yra nedideli genetinės informacijos skirtumai, todėl kiekviena gameta turi unikalią genetinę struktūrą.

Šis atsitiktinumas yra fizinis pagrindas sukurti antrąją palikuonių genetinės variacijos formą. Apsvarstykite, kad lytiškai besidauginančio organizmo homologinės chromosomos iš pradžių yra paveldimos kaip dvi atskiros grupės, po vieną iš kiekvieno iš tėvų. Kaip pavyzdį naudojant žmones, vienas 23 chromosomų rinkinys yra motinos padovanotame kiaušinyje. Tėvas suteikia kitą 23 chromosomų rinkinį spermoje, kuri apvaisina kiaušinėlį. Kiekviena daugialąsčio palikuonio ląstelė turi pirminių dviejų homologinių chromosomų rinkinių kopijas. I mejozės fazėje homologinės chromosomos sudaro tetradas. I metafazėje šios poros išsirikiuoja vidurio taške tarp dviejų ląstelės polių ir sudaro metafazės plokštę. Kadangi yra vienoda tikimybė, kad mikrovamzdelių pluoštas susidurs su motinos ar tėvo paveldėta chromosoma, tetradų išsidėstymas metafazės plokštelėje yra atsitiktinis. Bet kuri iš motinos paveldėta chromosoma gali susidurti su bet kuriuo poliu. Bet kuri iš tėvo paveldėta chromosoma taip pat gali susidurti su bet kuriuo poliu. Kiekvienos tetrados orientacija nepriklauso nuo kitų 22 tetradų orientacijos.

Šis įvykis – atsitiktinis (arba nepriklausomas) homologinių chromosomų pasiskirstymas metafazės plokštelėje – yra antrasis mechanizmas, sukeliantis gametų ar sporų pokyčius. Kiekvienoje ląstelėje, kurioje vyksta mejozė, tetradų išsidėstymas skiriasi. Variacijų skaičius priklauso nuo chromosomų, sudarančių rinkinį, skaičiaus. Yra dvi orientacijos metafazinėje plokštelėje galimybės, todėl galimas išlygiavimo skaičius yra lygus 2n, kur n yra chromosomų skaičius rinkinyje. Žmonės turi 23 chromosomų poras, todėl susidaro daugiau nei aštuoni milijonai (2 23 ) genetiškai skirtingų lytinių ląstelių. Šis skaičius neapima kintamumo, kuris anksčiau buvo sukurtas seserinėse chromatidėse kryžminimo būdu. Atsižvelgiant į šiuos du mechanizmus, labai mažai tikėtina, kad kurios nors dvi haploidinės ląstelės, atsiradusios dėl mejozės, turės tokią pačią genetinę sudėtį (11.4 pav).

Apibendrinant I mejozės genetines pasekmes, motinos ir tėvo genai yra rekombinuojami kryžminiais įvykiais, vykstančiais tarp kiekvienos homologinės poros I fazės metu. Be to, atsitiktinis tetradų pasirinkimas metafazės plokštelėje sukuria unikalų motinos ir tėvo chromosomų derinį. kurie pateks į lytines ląsteles.

11.4 pav. Atsitiktinis, nepriklausomas asortimentas I metafazės metu gali būti parodytas atsižvelgiant į ląstelę su dviejų chromosomų rinkiniu (n = 2). Šiuo atveju I metafazėje pusiaujo plokštumoje galimi du išsidėstymai. Bendras galimas skirtingų gametų skaičius yra 2n, kur n lygus chromosomų skaičiui aibėje. Šiame pavyzdyje yra keturios galimos lytinių ląstelių genetinės kombinacijos. Kai žmogaus ląstelėse n = 23, yra daugiau nei 8 milijonai galimų tėvo ir motinos chromosomų derinių.

I anafazėje mikrovamzdeliai ištraukia susietas chromosomas. Seserinės chromatidės lieka glaudžiai sujungtos centromeroje. Chiasmata suyra I anafazėje, kai prie susiliejusių kinetochorų prijungti mikrovamzdeliai ištraukia homologines chromosomas.11.5 pav).

I telofazė ir citokinezė

Telofazėje atskirtos chromosomos patenka į priešingus polius. Likę tipiški telofazės įvykiai gali įvykti arba neįvykti, priklausomai nuo rūšies. Kai kuriuose organizmuose chromosomos dekondensuojasi, o aplink chromatides I telofazėje susidaro branduoliniai apvalkalai. Kituose organizmuose citokinezė – citoplazminių komponentų fizinis atskyrimas į dvi dukterines ląsteles – vyksta branduoliams nereformuojant. Beveik visų rūšių gyvūnams ir kai kuriems grybams citokinezė atskiria ląstelių turinį skilimo vaga (aktino žiedo susiaurėjimas, dėl kurio vyksta citoplazminis dalijimasis). Augaluose ląstelės plokštelė susidaro ląstelės citokinezės metu, kai Golgi pūslelės susilieja metafazės plokštelėje. Dėl šios ląstelės plokštelės galiausiai susidarys ląstelės sienelės, kurios atskiria dvi dukterines ląsteles.

Dvi haploidinės ląstelės yra galutinis pirmojo mejozinio dalijimosi rezultatas. Ląstelės yra haploidinės, nes kiekviename poliuje yra tik viena iš kiekvienos homologinių chromosomų poros. Todėl yra tik vienas visas chromosomų rinkinys. Štai kodėl ląstelės laikomos haploidinėmis – yra tik vienas chromosomų rinkinys, nors kiekvienas homologas vis dar susideda iš dviejų seserinių chromatidžių. Prisiminkite, kad seserinės chromatidės yra tik vienos iš dviejų homologinių chromosomų kopijos (išskyrus pokyčius, atsiradusius perėjimo metu). II mejozės atveju šios dvi seserinės chromatidės atsiskirs, sukurdamos keturias haploidines dukterines ląsteles.


Somatinė mutacija

Mūsų redaktoriai peržiūrės, ką pateikėte, ir nuspręs, ar pataisyti straipsnį.

Somatinė mutacija, ląstelės įgytas genetinis pakitimas, kuris gali būti perduodamas mutavusios ląstelės palikuonims ląstelių dalijimosi metu. Somatinės mutacijos skiriasi nuo gemalo linijos mutacijų, kurios yra paveldimi genetiniai pakitimai, atsirandantys lytinėse ląstelėse (ty spermoje ir kiaušinėliuose). Somatines mutacijas dažnai sukelia aplinkos veiksniai, tokie kaip ultravioletinės spinduliuotės arba tam tikrų cheminių medžiagų poveikis.

Somatinės mutacijos gali atsirasti bet kuriame ląstelės dalijimosi metu nuo pirmojo apvaisinto kiaušialąstės skilimo iki ląstelių dalijimosi, kuris pakeičia ląsteles senyvame individe. Mutacija paveikia visas ląsteles, kilusias iš mutavusios ląstelės. Didžioji organizmo dalis, pvz., medžio šaka arba visas gyvūno audinio sluoksnis, gali turėti mutaciją, kuri gali būti matoma arba ne. Somatinės mutacijos gali sukelti įvairias ligas, įskaitant vėžį.

Encyclopaedia Britannica redaktoriai Šį straipsnį paskutinį kartą peržiūrėjo ir atnaujino Adamas Augustynas, nuorodos turinio vadovaujantis redaktorius.


Rezultatai

Lytinių linijų mutacijų greitis

Duomenys apie gemalo linijos mutacijų dažnį žmonėms buvo gauti iš viso šeimos trio genomo sekos duomenų, gautų iš ref. 13 ir mutacijos, pateiktos nuorodoje. 14 duomenys apie gemalo linijos mutacijų dažnį pelėms buvo gauti naudojant sekos duomenis iš ref. 15 plius vienas C57BL/6 kvartetas, tai yra tėvai ir du palikuonys, kuriuos patys suskirstėme (1a pav. Metodai, papildomos 1 ir 2 lentelės). Tiek žmogaus, tiek pelės duomenų rinkiniuose de novo pavienių nukleotidų variantai (SNV) palikuonims buvo vadinami naudojant tris skambintojų variantus (papildomi metodai 1a pav.). Gimdos linijos mutacijos pelių kvartete buvo patikrintos naudojant Sangerio seką, kuri patvirtino 75 & # x00025 vadinamąsias mutacijas (3 papildoma lentelė). Žmonėms gemalo linijos mutacijų dažnis, pastebėtas skirtinguose trijuosiuose, buvo vidutiniškai 1,2 × 10 𢄨 mutacijos bazinėje poroje (bp), labai panašus į anksčiau praneštą 16,17. Pelėms nustatėme 7,0 × 10 𢄩 ir 6,7 × 10 𢄩 mutacijų viename dviejų mūsų pačių pelių kilmės dokumentuose ir vidutiniškai 5,3 × 10 ȡ p. 1b) pelių kilmės duomenims, paimtiems iš ref. 15 . Apskritai nustatėme, kad pelėms vidutinis gemalo linijos mutacijų dažnis yra 5,7 × 10 𢄩 mutacijų viename bp. Šis skaičius pagrįstai sutampa su ilgalaikio veisimo tyrimo rezultatais, kurių rezultatai buvo 4,6 𢄦. .5 × 10 𢄩 mutacijų viename bp per kartą 18 .

(a) Scheminiai atvaizdai de novo gemalo linijos (kairėje) ir somatinių (dešinėje) mutacijų identifikavimas po viso genomo sekos nustatymo. Gemalinės linijos mutacijos buvo nustatytos iškviečiant SNV iš palikuonių, kurių nėra tėvų DNR, o somatinės mutacijos buvo nustatytos kaip pavieniuose amplifikuotuose fibroblastuose arba neamplifikuotuose fibroblastų klonuose, bet nėra didelėje DNR iš tų pačių ląstelių populiacijų. (b) Žmogaus ir pelių lytinių ląstelių ir somatinių mutacijų dažniai prieš ir po ląstelių dalijimosi skaičiaus korekcijos. Horizontalios juostos rodo medianą ଑s.d. Visos grupės reikšmingai skyrėsi nuo visų kitų grupių (Wilcoxon testo pelės gemalo linija, palyginti su pelės somatiniu dažniu: P=0,0016 pelės gemalo linijos, palyginti su žmogaus lytinių ląstelių dažniu: P=1,6e-5 pelės gemalo linija, palyginti su žmogaus somatiniu dažniu: P= 4,6e-5 pelės somatinis ir žmogaus lytinių ląstelių dažnis: P=0,00032 pelės somatinis ir žmogaus somatinis dažnis: P= 0,0013 žmogaus gemalo linija, palyginti su žmogaus somatiniu dažniu: P=3,09e-6 pelės gemalo linija, palyginti su pelės somatiniu greičiu: P=0,0016 pelės gemalo linijos, palyginti su žmogaus lytinių ląstelių dažniu: P=0,0022 pelės gemalo linija, palyginti su žmogaus somatiniu greičiu: P= 4,57e-5 pelių somatinių ir žmogaus lytinių ląstelių dažnis: P=0,00032 pelės somatinis ir žmogaus somatinis rodiklis: P= 0,00067 žmogaus gemalo linija, palyginti su žmogaus somatiniu greičiu: P=3,09e-6). (c) Somatinių mitozių, reikalingų somatinių ir gemalo linijų mutacijų dažniui išlyginti žmonėms ir pelėms, skaičius, darant prielaidą, kad gemalo linijos mutacijų dažnis yra teisingas. Ištisinės linijos nurodė numatomą somatinių mutacijų greitį tam tikram mitozių skaičiui, o darbe naudojamos reikšmės yra pažymėtos dideliais taškais. Brūkšninės linijos rodo gemalo linijos mutacijų greitį. Žmogaus fibroblastai, atsižvelgiant į mūsų pastebėtą somatinių mutacijų dažnį, turėjo patirti daugiau nei 8000 mitozių, kad somatinių mutacijų greitis būtų lygus gemalo linijos mutacijų greičiui. Pelės fibroblastai turėjo patirti daugiau nei 3000 mitozių, kad jų mutacijų dažnis būtų toks pat kaip ir lytinių ląstelių ląstelės.

Kadangi dauguma SNV yra replikacijos klaidų pasekmė 19 , neapdorotas de novo mutacijų dažniai buvo pakoreguoti atsižvelgiant į ląstelių dalijimosi skaičių per kartą, kuris labai skiriasi tarp žmonių ir pelių. Kadangi gemalo linijos mutacijų dažnį daugiausia lemia patinai 20 , naudojome nurodytas vyrų ir pelių gemalo linijos vertes 21 , 22 . Pakoregavę mitozių skaičių (4 papildomos metodikos lentelė), apskaičiavome 3,3 × 10 � ir 1,2 × 10 � mutacijų vienam bp vienam mitozei vidutinį gemalo linijos mutacijų dažnį. . Vadinasi, pelės gemalo linijos mutacijų dažnis per mitozę yra daugiau nei tris kartus didesnis nei žmonių (1b pav.).

Somatinių mutacijų greitis

Norėdami nustatyti somatinių mutacijų dažnį žmonėms ir pelėms, naudojome ankstyvą perėjimą, pirminius odos fibroblastus, išskirtus iš 6 metų amžiaus žmogaus patino ir to paties tipo ląsteles iš 5 dienų amžiaus C57BL/6 pelės patino (1a pav.). Kaip minėta pirmiau, somatinių mutacijų dažnis negali būti nustatytas nustatant visos genomo DNR seką, nes tokių mutacijų, būdingų tik atskiroms ląstelėms, gausa yra labai maža. Todėl mes nustatėme spontaniškų mutacijų dažnius žmogaus ir pelės pirminiuose fibroblastuose, atlikdami kelių atskirų ląstelių viso genomo seką po viso genomo amplifikacijos. Tačiau SNV skambinimas į visas genomo amplifikuotas atskiras ląsteles yra jautrus klaidoms, susijusioms su ląstelių lizės ir amplifikacijos procesu. Kaip pranešta kitur, mes sukūrėme ir patvirtinome iš naujo sukurtą kelių poslinkių amplifikacija pagrįstą procedūrą, kad būtų galima patikimai amplifikuoti visą genominę DNR iš atskirų ląstelių (metodai ir 23). Naudodami šią procedūrą, mes sekvenavome penkis pavienius pelės fibroblastus ir įtraukėme šešių žmogaus fibroblastų, sukurtų naudojant tą patį metodą, sekos duomenis tuo pačiu metu 23 . Be to, mes taip pat įtraukėme keturių neamplifikuotų žmogaus fibroblastų klonų, gautų iš atskirų ląstelių toje pačioje populiacijoje, iš kurios buvo paimtos ląstelės visam genomui amplifikuoti, viso genomo sekos duomenis 23 . Kiekvienoje atskiroje ląstelėje ar klone somatiniai SNV buvo iškviesti prieš viso neamplifikuotos DNR iš agreguotų ląstelių populiacijų genomo sekos duomenis, vaizduojančius gemalo linijos seką (1a pav.), naudojant tris skambintojų variantus (papildomi metodai 1b pav.), kurie sutampa. variantai (𢏇%), laikomi didelio tikslumo somatinių variantų skambučiais. Rezultatai rodo, kad vidutinis somatinių mutacijų dažnis yra atitinkamai 2,8 × 10 𢄧 ir 4,4 × 10 𢄧 vienam bp žmogui ir pelei, daugiau nei eilės tvarka didesnis nei abiejų rūšių gemalo linijos mutacijų dažnis. (1b pav.).

Absoliutus SNV skaičius, pastebėtas mūsų žmogaus fibroblastuose (ty apie 850), yra šiek tiek mažesnis nei neseniai pranešė Lodato ir kt. 24 (apie 1500) viso genomo sustiprintiems žmogaus neuronams. Tačiau šie pastarieji rezultatai nebuvo patvirtinti tiesiogiai lyginant su neamplifikuotais klonais. Šiame tyrime atlikome tokį patvirtinimą ir reikšmingų skirtumų tarp pavienių žmogaus ląstelių (amplifikuotų) ir klonų (neamplifikuotų) nerasta, o tai rodo mūsų vienos ląstelės tyrimo pagrįstumą (4 papildoma lentelė). Iš tiesų, apskaičiuotas FDR tarp somatinių mutacijų, kurias pakoregavome, buvo 0, 3, tik šiek tiek didesnis nei apskaičiuotas FDR tarp gemalo linijos mutacijų, 0, 25. Įdomu tai, kad neseniai atliktame neamplifikuotų neuronų klonų tyrime 25, gautų per branduolio perdavimą, vienoje ląstelėje nustatyta tik apie 100 SNV. Lodato pastebėtas padidėjęs SNV skaičius ir kt. 24 dažniausiai buvo perėjimai iš GC į AT ir galėjo atsirasti dėl ląstelių lizės aukštesnėje temperatūroje, ko išvengėme naudodami žemos temperatūros protokolą 23 . Visai neseniai viso genomo sekos nustatymo eksperimentai, naudojant organoidinę technologiją, lėmė labai panašų somatinių mutacijų skaičių, kelis šimtus kiekvienoje ląstelėje gaubtinės ir plonosios žarnos audiniuose iš nepilnamečių donorų, kaip pastebėta mūsų dabartiniame tyrime26. Dar kitame tyrime indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių, gautų iš perprogramuotų periferinio kraujo mononuklearinių ląstelių kloninio išsiplėtimo, egzomuose buvo rasta nuo 10 iki 30 mutacijų vienoje ląstelių linijoje27, šie rezultatai atitinka maždaug 500� mutacijų viename genome. Ankstesni indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių tyrimai28,29, o vyresnio amžiaus donorai sudaro aukščiausią šio diapazono ribą. Todėl, nors dėl skirtingų audinių tipų tiesioginis palyginimas neįmanomas, mūsų rezultatai yra tame pačiame diapazone kaip ir kitų grupių, tiriančių somatines mutacijas klonuose, gautuose iš in vivo situacija.

Kaip ir gemalo linijos mutacijų dažniams, mes taip pat pakoregavome somatinių mutacijų dažnius pagal ląstelių dalijimosi tarp zigotos ir tikslinių ląstelių skaičių. Čia negalėjome pasikliauti konsensuso vertinimais iš literatūros, todėl priėjome prie savo skaičiavimų įtraukdami informaciją apie ląstelių skaičių organizme, odos fibroblastų homoeostazę po gimimo ir mūsų stebėjimus apie ląsteles per trumpą laiką. kultūroje (4 papildoma metodų lentelė). Pataisę ląstelių dalijimosi skirtumą, mes nustatėme, kad somatinių mutacijų dažnis yra 2,66 × 10 𢄩 ir 8,1 × 10 𢄩 mutacijų vienam bp vienam mitozei, atitinkamai žmonėms ir pelėms, dar daugiau nei eilės tvarka didesnis už pakoreguotus gemalo linijos mutacijų dažnius atitinkamose rūšyse (Wilcoxon testas: P= 0,0015 pelėms, P=3,09 × 10 𢄦 žmonėms). Įdomu tai, kad pakoreguotas somatinių ir gemalo linijų mutacijų dažnis buvo žymiai didesnis pelėms nei žmonėms (Wilcoxon testas: P=0,0022 gemalo linijoje, P=0,00067 somoje) (1b pav.).

Šis pirmasis tiesioginis gemalo linijos ir somatinių mutacijų dažnių palyginimas dviejose rūšyse rodo daugiau nei vieno dydžio skirtumą, o somatinės ląstelės daug mažiau pajėgios išlaikyti savo genomo vientisumą, palyginti su lytinėmis ląstelėmis, ty sperma. Mums pasirodė, kad šis skirtumas galėjo atsirasti dėl klaidingo mūsų somatinių ląstelių dalijimosi skaičiaus nuo zigotos atsiradimo. Mes apsvarstėme perteklinį ląstelių dalijimąsi tarp zigotos ir analizuojamų fibroblastų, kurie būtų reikalingi somatiniams ir gemalo linijų mutacijų dažniams išlyginti. Šis skaičius yra daugiau nei 8000 žmogaus odos fibroblastų ir daugiau nei 3000 pelių odos fibroblastų, vadinasi, neįmanomai didelis (1c pav.). Taigi, mūsų išvados yra labai patikimos net labai didelėms apskaičiuoto mitozių skaičiaus paklaidoms.

Mutacijų skirstiniai ir spektrai

Tiek žmonėms, tiek pelėms somatinės ir gemalo linijos mutacijos buvo plačiai pasklidusios visame genome, pasirodydamos daugelyje kiekvienos chromosomos vietų (2a pav.), tačiau su skirtingais mutacijų spektrais (2b pav.). Pagrindinė mutacijų spektrų ir trinukleotidų konteksto komponentų analizė (2c pav.) parodė, kad atskirų palikuonių gemalo linijos mutacijos buvo linkusios glaudžiai susikaupti rūšiai būdingu būdu, priešingai, somatinės mutacijos atskirose ląstelėse buvo išplitusios plačiau, o tai rodo, kad didelis ląstelių heterogeniškumo laipsnis tiek žmonėms, tiek pelėms. Tačiau abiejų rūšių somatinės mutacijos buvo aiškiai atskirtos viena nuo kitos, taip pat nuo gemalo linijos mutacijų, o tai rodo, kad somatinės mutacijos parašas yra specifinis rūšiai. Pirmąjį pagrindinį komponentą, kuris, atrodo, atskyrė gemalo linijos ir somatinės mutacijos, pirmiausia (38,5%) prisidėjo TA-ϬG ir CG->TA mutacijos. Iš tiesų, buvo nustatyta, kad CG->TA mutacijų dalis labai skiriasi tarp gemalo linijos ir somatinių mutacijų po rūšių kontrolės (P=9.1 × 10 𢄧 , ANOVA, df=1, F=37.292, 1 lentelė). CG->TA mutacijų praturtėjimas tarp gemalo linijos mutacijų greičiausiai yra metilintų citozinų deaminacijos pasekmė. Spermatozoidai yra vienas iš labiausiai metilintų ląstelių tipų, daugiau nei 80% CpG vietų yra metilintos30, o manoma, kad dauguma lytinių ląstelių mutacijų atsiranda iš tėvo17,20. Todėl išskirtiniai pelių ir žmonių lytinių linijų mutacijų spektrai gali atspindėti jų unikalią epigenetinę konfigūraciją.

(a) Viso genomo mutacijų cirko diagramos, rodančios gemalo linijos (mėlyna) ir somatinių (raudonų) mutacijų, kurių vietos duomenys buvo prieinami žmonėms (kairėje) ir pelėms (dešinėje), genominį pasiskirstymą. (b) Mutacijų tipų stulpeliai, įskaitant greta esančias bazes, procentais nuo visų mutacijų. (c) Duomenų iš pagrindinių komponentų analizė b atskleidžia skirtingus mutacijų modelius, kurie skiriasi tarp gemalo linijos ir somos, taip pat tarp pelių ir žmonių. Kiekvienas taškas reiškia atskirą palikuonį (gemalo linijos mutacijų atveju) arba atskirą ląstelę (somatinių mutacijų atveju).

1 lentelė

 % mutacijųP poveikio mutacijų % vertė
Žmogaus gemalo linijaPelės gemalo linijaŽmogaus somatinėPelės somatinėsŽmogus prieš pelęGimdos linija prieš somatinęSąveika
CG-ϪT9.787.8919.687.100.00050.0010.005
CG->GC5.977.309.524.840.270.210.01
CG->TA41.2138.2125.9719.300.259.07E-070.54
TA-ϪT9.688.798.0313.020.890.290.005
TA-ϬG27.5031.4328.4030.620.060.780.42
TA->GC5.876.388.4125.128.4E-073.9E-97.3E-08

Žmonių ir pelių lytinių ląstelių ir somatinių mutacijų spektrai.

P ANOVA apskaičiuotos reikšmės: df=1 visiems palyginimams F=15,003, 12,665, 9,161, 1,248, 1,640, 7,336, 1,392, 37,292, 0,391, 0,016, 1,112, 9,406, 3,960, 9,406, 3,960, .0, 4,6, 0,707, .

Antrasis pagrindinis komponentas, kuris, atrodo, atskiria žmogaus ir pelės somatines mutacijas, daugiausia buvo susijęs su CG-ϪT ir TA->GC mutacijomis, šios mutacijos sudarė daugiau nei 41% jo vertės. ANOVA patvirtino, kad nustatyta, kad TA->GC mutacijų dalį labai paveikė rūšys, nesvarbu, ar mutacijos buvo gemalo linijos, ar somatinės, ir šių dviejų veiksnių sąveika (P=8.4 × 10 𢄧 , 3.9 × 10 𢄩 ir 7.3 × 10 𢄨 df=1, 1 ir 1 ir F=37.60, ir 649.1 atitinkamai. Didelis TA->GC mutacijų praturtėjimas tarp pelių somatinių mutacijų, beveik tris kartus didesnis nei žmogaus somatinėse mutacijose, gali būti siejamas su ne tokiu efektyviu pelių timino dimerų atstatymu, jau dešimtmečius buvo žinoma, kad žmogus. ląstelės kelis kartus efektyviau atkuria fotodimerus nei graužikų ląstelės 31 .

Lytinių linijų ir somatinių mutacijų pasiskirstymas pagal skirtingus genomo požymius buvo panašus (2 lentelė). Apskritai, mutacijos atspindėjo bendrą genomo sudėtį, dauguma jų patenka į tarpgenines arba vidines vietas. Jei mutacijos pasiskirstytų atsitiktinai visame genome, tada tikėtume, kad žmonėms jos pateks į egzonus 1,4%, o pelių – 1,2┲. Palyginti su šiais lūkesčiais, egzoninių mutacijų dalis pelių gemalo linijose, pelės somatinėse ar žmogaus gemalo linijose nebuvo reikšmingai praturtėjusi ar išeikvota. Atrodė, kad tarp žmogaus somatinių mutacijų labai sumažėjo egzoninių mutacijų (55/5555, P= 0,0085, dviejų uodegų binominis testas), tačiau reikšmingų nesinoniminių (Ns) ir sinoniminių (S) mutacijų santykio skirtumų tarp bet kurios grupės nebuvo. Numatomas Ns/S santykis nesant atrankos priklauso nuo kodono naudojimo rūšies ir audinių mutacijų spektro, ty 2,39 žmogaus gemalo linijoje, 2,76 žmogaus somoje, 2,40 pelės gemalo linijoje ir 2,98 pelės somoje. Stebėti Ns/S santykiai buvo kiek mažesni už šias prognozes (2 lentelė), o tai rodo nedidelę atranką. Tai atitinka faktą, kad mutacijos įvykį ir mūsų stebėjimą skiria tik viena karta (gemalo linijos mutacijų atveju) arba kelios mitozės (somatinių mutacijų atveju).

2 lentelė

 Žmogaus gemalo linijaPelės gemalo linijaŽmogaus somatinėPelės somatinės
% mutacijų
𠀳′ UTR0.001.450.490.60
𠀵′ UTR0.000.000.070.11
 pasroviui0.890.000.650.90
𠀾xonic2.680.970.961.23
𠀾xonicsplicing0.000.000.000.03
 intergeninis50.8960.8755.5462.21
 intronic35.7134.3032.2831.21
 ncRNR8.931.939.523.00
 susijungimas0.000.000.020.00
 prieš srovę0.890.480.450.71
% egzoninių mutacijų
 nesinonimas66.6750.0056.6069.57
 sinonimas33.3350.0037.7428.26
sustabdyti pelną0.000.005.662.17
 Pastebėta Ns/S2.01.01.652.54
 Numatomos Ns/S2.392.402.762.98

Genominių požymių mutacijų pasiskirstymas ir egzoninių mutacijų tipai. Kaip duomenys apie žmogaus lytinių ląstelių mutacijų vietas iš ref. 14 nebuvo, tik mutacijos iš ref. buvo svarstoma 13.


Nuorodos

Warburg O: apie vėžio ląstelių kilmę. Mokslas. 1956, 123: 309-314. 10.1126/mokslas.123.3191.309.

Dulbecco R: Lūžio taškas vėžio tyrimuose: žmogaus genomo sekos nustatymas. Mokslas. 1986, 231: 1055-1056. 10.1126/mokslas.3945817.

Parsons DW, Jones S, Zhang X, Lin JC, Leary RJ, Angenendt P, Mankoo P, Carter H, Siu IM, Gallia GL, Olivi A, McLendon R, Rasheed BA, Keir S, Nikolskaya T, Nikolsky Y, Busam DA , Tekleab H, Diaz LA, Hartigan J, Smith DR, Strausberg RL, Marie SK, Shinjo SM, Yan H, Riggins GJ, Bigner DD, Karchin R, Papadopoulos N, Parmigiani G ir kt.: Integruota žmogaus glioblastomos genominė analizė daugiaformė. Mokslas. 2008, 321: 1807-1812. 10.1126/mokslas.1164382.

Yan H, Parsons DW, Jin G, McLendon R, Rasheed BA, Yuan W, Kos I, Batinic-Haberle I, Jones S, Riggins GJ, Friedman H, Friedman A, Reardon D, Herndon J, Kinzler KW, Velculescu VE, Vogelstein B, Bigner DD: IDH1 ir IDH2 mutacijos gliomose. N Engl J Med. 2009, 360: 765-773. 10.1056/NEJMoa0808710.

Bleeker FE, Lamba S, Leenstra S, Troost D, Hulsebos T, Vandertop WP, Frattini M, Molinari F, Knowles M, Cerrato A, Rodolfo M, Scarpa A, Felicioni L, Buttitta F, Malatesta S, Marchetti A, Bardelli A : IDH1 mutacijos liekanoje p.R132 (IDH1(R132)) dažnai pasitaiko esant aukšto laipsnio gliomoms, bet ne kituose solidiniuose navikuose. Hum Mutat. 2009, 30: 7-11. 10.1002/humu.20937.

Balss J, Meyer J, Mueller W, Korshunov A, Hartmann C, von Deimling A: IDH1 kodono 132 mutacijos smegenų augliuose analizė. Acta Neuropathol. 2008, 116: 597-602. 10.1007/s00401-008-0455-2.

Hartmann C, Meyer J, Balss J, Capper D, Mueller W, Christians A, Felsberg J, Wolter M, Mawrin C, Wick W, Weller M, Herold-Mende C, Unterberg A, Jeuken JW, Wesseling P, Reifenberger G, von Deimling A: IDH1 ir IDH2 mutacijų tipas ir dažnis yra susiję su astrocitine ir oligodendroglialine diferenciacija ir amžiumi: 1010 difuzinių gliomų tyrimas. Acta Neuropathol. 2009, 118: 469-474. 10.1007/s00401-009-0561-9.

Watanabe T, Nobusawa S, Kleihues P, Ohgaki H: IDH1 mutations are early events in the development of astrocytomas and oligodendrogliomas. Esu J Pathol. 2009, 174: 1149-1153. 10.2353/ajpath.2009.080958.

Xu X, Zhao J, Xu Z, Peng B, Huang Q, Arnold E, Ding J: Structures of human cytosolic NADP-dependent isocitrate dehydrogenase reveal a novel self-regulatory mechanism of activity. J Biol Chem. 2004, 279: 33946-33957. 10.1074/jbc.M404298200.

Zhao S, Lin Y, Xu W, Jiang W, Zha Z, Wang P, Yu W, Li Z, Gong L, Peng Y, Ding J, Lei Q, Guan KL, Xiong Y: Glioma-derived mutations in IDH1 dominantly inhibit IDH1 catalytic activity and induce HIF-1alpha. Mokslas. 2009, 324: 261-265. 10.1126/science.1170944.

Dang L, White DW, Gross S, Bennett BD, Bittinger MA, Driggers EM, Fantin VR, Jang HG, Jin S, Keenan MC, Marks KM, Prins RM, Ward PS, Yen KE, Liau LM, Rabinowitz JD, Cantley LC, Thompson CB, Heiden Vander MG, Su SM: Cancer-associated IDH1 mutations produce 2-hydroxyglutarate. Gamta. 2009, 462: 739-744. 10.1038/nature08617.

Mardis ER, Ding L, Dooling DJ, Larson DE, McLellan MD, Chen K, Koboldt DC, Fulton RS, Delehaunty KD, McGrath SD, Fulton LA, Locke DP, Magrini VJ, Abbott RM, Vickery TL, Reed JS, Robinson JS, Wylie T, Smith SM, Carmichael L, Eldred JM, Harris CC, Walker J, Peck JB, Du F, Dukes AF, Sanderson GE, Brummett AM, Clark E, McMichael JF, et al: Recurring mutations found by sequencing an acute myeloid leukemia genome. N Engl J Med. 2009, 361: 1058-1066. 10.1056/NEJMoa0903840.

IDH1 mutations are detected in 9.3% of all AML and are strongly associated with intermediate risk karyotype and unfavourable prognosis: a study of 999 patients. American Society of Hematology. [http://ash.confex.com/ash/2009/webprogram/Paper25668.html]

Gross S, Cairns RA, Minden MD, Driggers EM, Bittinger MA, Jang HG, Sasaki M, Jin S, Schenkein DP, Su SM, Dang L, Fantin VR, Mak TW: Cancer-associated metabolite 2-hydroxyglutarate accumulates in acute myelogenous leukemia with isocitrate dehydrogenase 1 and 2 mutations. J Exp Med. 2010, 207: 339-344. 10.1084/jem.20092506.

Ward PS, Patel J, Wise DR, Abdel-Wahab O, Bennett BD, Coller HA, Cross JR, Fantin VR, Hedvat CV, Perl AE, Rabinowitz JD, Carroll M, Su SM, Sharp KA, Levine RL, Thompson CB: The common feature of leukemia-associated IDH1 and IDH2 mutations is a neomorphic enzyme activity converting alpha-ketoglutarate to 2-hydroxyglutarate. Vėžio ląstelė. 2010, 17: 225-234. 10.1016/j.ccr.2010.01.020.

Shah SP, Morin RD, Khattra J, Prentice L, Pugh T, Burleigh A, Delaney A, Gelmon K, Guliany R, Senz J, Steidl C, Holt RA, Jones S, Sun M, Leung G, Moore R, Severson T, Taylor GA, Teschendorff AE, Tse K, Turashvili G, Varhol R, Warren RL, Watson P, Zhao Y, Caldas C, Huntsman D, Hirst M, Marra MA, Aparicio S: Mutational evolution in a lobular breast tumour profiled at single nucleotide resolution. Gamta. 2009, 461: 809-813. 10.1038/nature08489.

Ding L, Ellis MJ, Li S, Larson DE, Chen K, Wallis JW, Harris CC, McLellan MD, Fulton RS, Fulton LL, Abbott RM, Hoog J, Dooling DJ, Koboldt DC, Schmidt H, Kalicki J, Zhang Q, Chen L, Ling L, Wendl MC, McMichael JF, Magrini VJ, Cook L, McGrath SD, Vickery TL, Appelbaum E, DeSchryver K, Davies S, Guintoli T, Lin L, et al: Genome remodelling in a basal-like breast cancer metastasis and xenograft. Gamta. 2010, 464: 999-1005. 10.1038/nature08989.

Kuperwasser C, Chavarria T, Wu M, Magrane G, Gray JW, Carey L, Richardson A, Weinberg RA: Reconstruction of functionally normal and malignant human breast tissues in mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 4966-4971. 10.1073/pnas.0401064101.

Kamal M, Shaaban AM, Zhang L, Walker C, Gray S, Thakker N, Toomes C, Speirs V, Bell SM: Loss of CSMD1 expression is associated with high tumour grade and poor survival in invasive ductal breast carcinoma. Krūties vėžio gydymas. 2009, doi: 10.1007/s10549-009-0500-4

Chen K, Wallis JW, McLellan MD, Larson DE, Kalicki JM, Pohl CS, McGrath SD, Wendl MC, Zhang Q, Locke DP, Shi X, Fulton RS, Ley TJ, Wilson RK, Ding L, Mardis ER: BreakDancer: an algorithm for high-resolution mapping of genomic structural variation. Nat metodai. 2009, 6: 677-681. 10.1038/nmeth.1363.

Bajpai S, Feng Y, Krishnamurthy R, Longmore GD, Wirtz D: Loss of alpha-catenin decreases the strength of single E-cadherin bonds between human cancer cells. J Biol Chem. 2009, 284: 18252-18259. 10.1074/jbc.M109.000661.

Leary RJ, I Kinde, F Diehl, K Schmidt, C Clouser, C Duncan, A Antipova, C Lee, K McKernan, FM De La Vega, KW Kinzler, B Vogelstein, LA Diaz, VE Velculescu: Development of personalized tumor biomarkers using massively parallel sequencing. Sci Transl Med. 2010, 2: 20ra14-

Maher CA, Kumar-Sinha C, Cao X, Kalyana-Sundaram S, Han B, Jing X, Sam L, Barrette T, Palanisamy N, Chinnaiyan AM: Transcriptome sequencing to detect gene fusions in cancer. Gamta. 2009, 458: 97-101. 10.1038/nature07638.

Maher CA, Palanisamy N, Brenner JC, Cao X, Kalyana-Sundaram S, Luo S, Khrebtukova I, Barrette TR, Grasso C, Yu J, Lonigro RJ, Schroth G, Kumar-Sinha C, Chinnaiyan AM: Chimeric transcript discovery by paired-end transcriptome sequencing. Proc Natl Acad Sci USA. 2009, 106: 12353-12358. 10.1073/pnas.0904720106.

Mani RS, Tomlins SA, Callahan K, Ghosh A, Nyati MK, Varambally S, Palanisamy N, Chinnaiyan AM: Induced chromosomal proximity and gene fusions in prostate cancer. Mokslas. 2009, 326: 1230-10.1126/science.1178124.

Shah SP, Köbel M, Senz J, Morin RD, Clarke BA, Wiegand KC, Leung G, Zayed A, Mehl E, Kalloger SE, Sun M, Giuliany R, Yorida E, Jones S, Varhol R, Swenerton KD, Miller D, Clement PB, Crane C, Madore J, Provencher D, Leung P, DeFazio A, Khattra J, Turashvili G, Zhao Y, Zeng T, Glover JN, Vanderhyden B, Zhao C, et al: Mutation of FOXL2 in granulosa-cell tumors of the ovary. N Engl J Med. 2009, 360: 2719-2729. 10.1056/NEJMoa0902542.

Mamanova L, Coffey AJ, Scott CE, Kozarewa I, Turner EH, Kumar A, Howard E, Shendure J, Turner DJ: Target-enrichment strategies for next-generation sequencing. Nat metodai. 2010, 7: 111-118. 10.1038/nmeth.1419.