Eksamensøving Flashcards
fysiske kart
For å kunne sekvensere et større genom må man ha et såkalt “struktur-kart” på plass.
Dette oppnår man med to ulike tilnærminger: genetisk kartlegging (koblingsanalyse) fysisk kartlegging (f.eks BAC-bibliotek)
Fysisk kartlegging omfatter bruk av genteknologiske verktøy for å laget et genom-kart.
–fluorescence in situ hybridisation
–BAC-contigs
–DNA sekvens
The relative distances between positions on a genetic map are calculated using recombination frequencies, whereas a physical map is based on the actual number of nucleotide pairs between loci
- DNA deles opp i kortere eller lengre fragmenter.
- Fragmentene klones i f.eks en BAC -vektor.
- I hvert fragment identifiseres enten et restriksjonsmønster (fingerprinting) eller fragmentene sekvenseres.
- Fysisk kartlegging vil si å ordne delvis overlappende fragmenter etter hverandre i en sammenhengende struktur.
- Contigous arrays of overlapping fragments (contigs).
Selve DNA-sekvensen er det «beste» fysiske kartet.
C-verdi paradokset
C-verdi paradokset er at det ikke er noen sammenheng mellom C-verdi og kompleksiteten av en organisme. Dette skyldes at store deler av DNA ikke koder for proteiner.
Den haploide DNA-mengden hos en eukaryot utgjør C-verdien. Mengden DNA reflekterer hverken antallet gener eller organismens kompleksitet.
Variasjon i DNA-mengde mellom organismer er i hovedsak forårsaket av ikke-kodende DNA, gjerne repetert DNA (og polyploidi).
Kostnaden ved å replikere et stort genomet ved celledeling håndteres ulikt i ulike organismer.
lengde på livssyklus
tilgang på P, N og energi
Hvorfor sammenlikne genomsekvenser?
Innen arter:
- Kan finne ut beslektning (om de er i familie)
- Farskapstest
- Om en egenskap er arvelig
- Medisinsk behandling
Mellom arter:
- Dersom sekvenser likner kan man anta at de har en liknende funksjon selv i ulike arter.
- Slektskap
- Se på eventuelle egenskaper hos en art som har blitt “borte” (pseudogener), da de er uttrykt i andre arter
Kromatin
Kromatin er komplekset av DNA og proteiner i cellekjernen. Man skiller hovedsakelig mellom to typer kromatin, eukromatin og heterokromatin, alt etter hvor tett sammenpakket (kondensert) DNAet er. Hvor tett DNAet er pakket varierer i de ulike fasene av cellesyklusen og celledelingen.
Kromatin er kombinasjonen av DNA og proteiner som utgjør innholdet i en cellekjerne. Kromatinets viktigste funksjon er å pakke DNA sammen så det ikke tar opp for mye plass i cellekjernen, å forhindre skade på DNA, å kontrollere genuttrykk og DNA replikasjon. Den viktigste proteinkomponenten i kromatin er histoner, som pakker DNAet sammen. Kromatin finnes kun i eukaryotiske celler, prokaryoter har en annen form for DNA-organisering som kalles “genophore” (Eng.).
Kromatinstruktur er avhenging av flere faktorer. Den generelle strukturen varierer etter hvilket nivå av cellesyklusen vi er på: under interfase er kromatinet strukturelt løspakket for å gi tilgang til RNA- og DNA polymeraser som transkriberer og replikerer DNAet. Lokal kromatinstruktur under interfase er avhengig av DNAets gener: DNA med gener som ofte transkriberes er løsere pakket og er ofte assosiert med RNA polymeraser (kalles ofte eukromatin) mens DNA med inaktive gener ofte er assosiert med strukturelle proteiner (kalles ofte heterokromatin).
Når cellen forbereder seg til celledeling pakkes kromatinet tettere for å støtte deling av kromosomene under anafase. I denne delen av cellesyklusen er de individuelle kromosomene i mange celler synlige i et vanlig optisk mikroskop (se bildet).
Generelt kan vi si det er tre nivåer av kromatinorganisering:
DNA pakket rundt histoner danner nukleosomer; “perler på en snor” struktur (eukromatin).
Et 30 nm fiber som består av nukleosomer i deres mest kompakte form (heterokromatin).
Metafase kromosomer under mitose og meiose, den tetteste mulige pakkingen av kromatiner. (fakultativt heterokromatin–kan eksistere både som heterokromatin og eukromatin)
eukromatin
Gjennom store deler av cellesyklusen er mesteparten av kjerne-DNAet utstrukket. En mindre tett pakking som dette innebærer at genene i dette området er tilgjengelig for avlesning (transkripsjon). Slikt kromatin kalles eukromatin.
heterokromatin
Heterokromatin er de regionene av kromosomene som forblir tett sammenfoldet, kondensert, gjennom hele cellesyklusen. Sammenpakking av DNAet skjer ved hjelp av histoner.
DNA-innholdet av heterokromatin fordobles i den sene syntesefasen (S). På grunn av den tette pakkingen vil ikke DNA-innholdet i heterokromatinet uttrykkes ikke aktivt som hos eukromatin.
Heterokromatinet består av repeterte biter av DNA, og disse finnes ved sentromeren (midtpartiet), ved endene av bestemte kromosomer (telomerer) og på den lange arm av Y-kromosomene og de deler av X-kromosomene som inaktiveres hos kvinner.
Histoner
Histoner er en gruppe proteiner som finnes i cellekjernen bundet til DNA-et (cellens gener).
Faktaboks
UTTALE histˈoner
Funksjon
Histonene fungerer delvis ved å pakke inn og beskytte DNA-et mot mekanisk skade, og delvis ved å regulere aktiviteten av de enkelte genene.
For at alt DNA skal få plass inne i cellekjernen, må det pakkes og kondenseres. Kromosomområder som pakkes tett sammen ved hjelp av histoner kalles kondensert kromatin eller heterokromatin.
Oppbygning
Histoner er små proteiner som er rike på aminosyrene arginin og/eller lysin, noe som skaper en positiv ladning som fører til en ionebinding med det negativt ladde DNA-et. Områder av DNA-et som er pakket med histoner er lite tilgjengelige for avlesning av gener (transkripsjon).
epigenetikk
Epigenetikk er vitenskapen om arvbare, reversible endringer i genaktivitet uten at rekkefølgen på DNA-sekvensen endrer seg. Genene inneholder informasjon om egenskapene en organisme potensielt kan ha, men epigenetiske mekanismer styrer om egenskapene kommer til uttrykk eller ikke. Endringer i genuttrykk kan arves fra celle til celle gjennom celledelingen (mitosen), eller fra foreldre til avkom gjennom kjønnscellene (meiosen).
Selv om DNA-sekvensen i cellene i for eksempel huden, øyet eller nervene er identisk, har disse cellene svært forskjellige egenskaper. Dette skyldes at det er forskjellige gener som er aktive i de ulike celletypene, og disse forskjellene kommer blant annet som følge av epigenetiske modifikasjoner (endringer) som har blitt etablert og opprettholdt under utviklingen. De epigenetiske modifikasjonene består av metylering av DNA-tråden og kjemiske modifikasjoner av histonene som DNA-et er bundet til.
Epigenetikken er også et bindeledd mellom arv og miljø, fordi den på molekylnivå forklarer hvordan miljøpåvirkning kan endre uttrykket til de fleste gener. Ved fødselen er en organisme et produkt av genene og miljøpåvirkningene den arver av sine foreldre. Samtidig kan epigenetiske modifiseringer organismen samler opp gjennom sin levetid påvirke hvordan den blir, hvilke sykdommer den får og hvordan den eldes.
X-kromosominaktivering
Kvinner har to X-kromosomer og menn bare ett, allikevel har de lik mengde av de fleste genproduktene kodet for av gener på X-kromosomet. Dette skyldes en prosess der X-kromosomene tidlig i fosterutviklingen gjennomgår en tilfeldig inaktivering slik at i gjennomsnitt halvparten av fars og halvparten av mors X-kromosomer blir dekket med ett protein som kalles heterokromatin. Dette hindrer avlesning av de genene som er dekket, hvilket er langt de fleste. Inaktiveringen skjer på 16–64-cellestadiet i fosteranlegget og er permanent for avkom av en og samme celle. Rent tilfeldig kan det skje inaktivering av de fleste kromosomer fra far eller mor, såkalt skjev X-inaktivering. I slike tilfeller kan kvinnelige arvebærere for en X-bundet recessiv sykdom vise tegn på sykdom som man vanligvis bare ser hos gutter, som blødersykdom eller Duchennes muskeldystrofi.
Forskjellen i hvilke gener som er uttrykket hos personer med for lite eller for mye X-kromosommateriale, som hos kvinner med Turners syndrom eller menn med Klinefelters syndrom der det bare er ett X-kromosom aktivt, må ha noe med de kliniske trekk som sees hos slike personer.
Epistasi
Situasjonen der effekten av et gen på organismens fenotype er avhengig av hvilke andre gener som er til stede i organismen.
Epistasis refererer til interaksjonen mellom to eller flere gener, der den samlede effekten av genene på fenotypen er forskjellig fra effekten hvert enkelt gen alene har på fenotypen.
Ved epistasis er altså effekten av et gen avhengig av den genetiske bakgrunnen genet befinner seg i. Den genetiske bakgrunnen utgjør alle andre gener som organismen har. Gitt at det eksisterer genetisk variasjon i en populasjon, det at organismer har forskjellige genvarianter for diverse gener, vil epistasis føre til at effekten av et gen varierer fra organisme til organisme.
Eksempler på kjønnsbundet arv
- fargeblindhet
- muskel dystrofi
- Blødersyke
Meiose
Meiose (gr. meioun - å lage mindre; meiosos - forminskelse) - Reduksjonsdeling. To påhverandre følgende kjernedelinger hvor en diploid celle (2n) gir fire haploide kjerner (n). Derved blir kromosomtallet halvert. Meiosen kan deles i to faser: Meiose I og meiose II. Segregasjon (atskillelse) og overkrysning og reassortering av kromosomer skjer i meiosen. Meiose I atskiller homologe par med kromosomer, ikke søsterkromatider. I interfase er kromosomene dekondenserte og har sin spesielle plassering i cellekjernen, også avhengig av hvor store genomene er. Meiose halverer kromosomtallet og gir mulighet for rekombinasjon av nye alleler. I meiose I skjer det bytting av genetisk materiale mellom homologe kromosomer. De homologe kromosomene holdes sammen av synaptonemale komplekser. I meiose II er det atskillelse av søsterkromatider. Kohesiner er proteiner som holder søsterkromatider sammen.
Meiose II atskiller søsterkromatider. Meiose I omfatter første profase (hvor overkrysning skjer), første metafase, og første anafase hvor homologe kromosompar (og ikke søsterkromatider som i mitosen) atskilles og går til motsatt side i cellen. Meiose II starter med andre profase, og fortsetter med andre metafase (centromeren festet til spindelapparatet), andre anafase hvor centromeren deles som i mitose og kromosomene går til motsatte poler og andre telofase avslutter meiose ved at det dannes fire datterceller med det halve kromosomtallet som foreldrecellen.
Etter denne første reduksjonsdelingen har dattercellene haploid kromosomtall, riktignok med dobbelt sett kromosomer. Ved den andre reduksjonsdelingen separeres så de fordoblede DNA-molekylene i hvert kromosom fra hverandre, som ved vanlig vekstdeling.
genetiske markører
En genetisk markør er et gen eller en DNA-sekvens som er knyttet til et karaktertrekk hos et individ, for eksempel gjennom genetisk kobling.
Genetiske markører er gjerne kortere strekk som kan kobles til bestemte genvarianter, slik at de kan oppdages i enklere analyser av DNA enn sekvensering av hele gener eller genomer. DNA-analyser som DNA-typing eller en gentest kan dermed kartlegge et individs variant av et gen ved å studere individets variant av en genetisk markør. Genetiske markører har ofte kjent posisjon på kromosomet.
Genetiske markører har mange bruksområder innen biologien, for eksempel i kartlegging av genomer, eller avdekking av karaktertrekk som kan komme til uttrykk i organismen (fenotyper) eller som kan arves (genotyper). Innen medisin brukes genetiske markører i stor grad i diagnostikk.
Genotype brukes i dag nok mer for å beskrive den konkrete situasjonen i DNA, f.eks TT eller CT
Eksempler på genetiske markører
Genetiske markører - Fenotype –Blodgrupper/serumproteiner –RFLP –Mikrosatellitter –SNP
Egenskaper som trengs hos genetiske markører
For at en DNA-sekvens skal kunne benyttes som genetisk markør må den inneholde et variabelt element som går igjen hos flere individer, en polymorfisme. Det variable elementet kan være en endring, også kalt mutasjon, i en enkelt av DNAets byggesteiner (nukleotidene) eller det kan være en endring i flere nukleotider. Variasjon i et enkelt nukleotid kalles en SNP.
Flere ulike typer variasjon i lengre sekvenser benyttes som genetiske markører. De vanligste formene for genetiske markører identifisert i det menneskelige arvestoffet er SNPer, mikrosatellitter og indels (insertion-deletions). Mikrosatellitter er en form for kopitallsvariasjon, der variasjonen ligger i antall ganger sekvensen er repetert. Indels er en samlebetegnelse på insersjoner og delesjoner, som innebærer insetting eller fjerning av ett eller flere nukleotider. Mange genetiske markører har blitt identifisert, blant annet gjennom sekvensering av hele det menneskelige DNA-materiale (se human genomprosjektet).
Den genetisk markøren har vanligvis en kjent plassering i DNAet. Markøren kan befinne seg innad i genet som koder for karaktertrekket markøren er koblet til, eller den kan befinne seg utenfor genet. Dersom markøren befinner seg utenfor genet vil den normalt nedarves sammen med genet det assosieres med på grunn av genetisk kobling.
Blodtyper og serumproteiner som markører
På 60-tallet ble det utviklet blodtypingsmetoder basert på antistoff, disse representerte en ny generasjon genetiske markører.
•Variasjon i serumproteiner kunne vises ved elektroforese, og disse ble også brukt som genetiske markører.
•Disse ”tidlige” genetiske markørene var først og fremst viktige i avstammingskontroll.
•Mange studier ble også utført for å kople disse markørene til produksjonsegenskaper.
•XXIst International Conference on animal blood groups and biochemical polymorphisms, Turin, Italy 1988.
Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)
På 70-tallet gjorde genteknologien det for første gang mulig å undersøke genetisk variasjon direkte på DNA-nivå.•Ved denne metode kuttes DNA i korter biter ved hjelp av et restriksjonsenzym som gjenkjenner en ”signatur” i DNA-sekvensen •F.eks gjenkjenner enzymet EcoRI sekvensen GAATTC. (46 = 4096)•På grunn av sekvensvariasjon mellom individer vil ikke restriksjons-mønsteret være identisk.
Mikrosatellitter
Da Polymerase Chain Reaction (PCR) ble introdusert av Kary Mullis in 1983 ble det raskt utviklet nye markører som var raskere å analysere (genotype).•En type markører som ble svært viktige var såkalte mikrosatellitt-markører.•A typisk mikrosatellitt-markør består av 1, 2, 3 or 4 bp som er repetert 10 til 20 ganger (tandem-repetert).
Single Nucleotide Polymorphisms (SNP)
•SNP betyr at en enkelt posisjon (et nukleotid) i genomsekvensen viser variasjon.
•I en gitt posisjon kan enten nukleotidet A (adenine) eller nukleotidet C (cytosine) bli funnet.
•SNP-markører har en rekke fordeler:
–de forekommer ofte i genomsekvensen (1/300)
–er egent for automatisert genotyping
–finnes i både kodende og ikke-kodende områder
–SNPer er mer stabile enn mikrosatellitter
genetiske kart (koblingskart)
•Basert på rekombinasjon mellom markører
•Avhengig av familiestruktur for å identifisere markører/gener som ikke segregerer uavhengig (er koblet).
•Genetiske kart er viktig for å identifisere rekkefølgen av markørene på de ulike kromosomene.
•Den fysiske avstanden (i bp) blir ikke nødvendigvis riktig beregnet med denne metoden på grunn av:
–Mer rekombinasjon nær telomerene og mindre nær centromerene
–”recombination-hot spots”
–Ulik rekombinasjonsfrekvens mellom kjønn
Interferens
•Overkryssing finner sted ved at det dannes chiasmata. •Tilstedeværelsen av en chiasmata kan påvirke sannsynligheten for at en ny etableres like ved, noe som kan påvirke antallet doble overkryssinger.
Mendels arvelover
•Mendel’s 1. lov:
–Lov om segregering (adskillelse):alleler fra samme gen separeres når det dannes gameter (meiosen)
•Mendel’s 2. lov:
–Lov om uavhengig fordeling: alleler fordeles uavhengig av hverandre under dannelsen av gameter–Her hadde Mendel utrolig flaks……..7 kromosmer, 7 egenskaper, ingen linket
Punktmutasjoner
•”Missense” mutasjoner – medfører aminosyreendring (vanligvis i base 1 eller 2 i tripletten). Effekten avhenger av hvor i proteinet mutasjonen inntreffer
.•”Nonsense” mutasjoner – introduserer ”stop codon”. Medfører at translasjon avsluttes uten at proteinet er komplett. Ofte alvorlig effekt.
•”Silent” mutasjoner – fører ikke til endring i genproduktet. •”Frameshift” mutasjoner – endring i leseramme. Oppstår ved insersjon eller delesjon av en eller flere basepar.
