Většina eukaryotických genů má na rozdíl od prokaryotických genů nespojitou strukturu. Relativně krátké kódující oblasti (exony) se střídají s nekódujícími oblastmi (introny). Regulační elementy genu - promotory, které určují přesnost iniciace, transkripce, jsou umístěny před prvním exonem na 5'-konci řetězce DNA a jsou reprezentovány více elementy (TATA-, CCAAT-boxy, GC-motiv) .
Genová exprese je také regulována zesilovači (enhancery), atenuátory (tlumiče), stejně jako izolátory (omezovače účinku zesilovačů) a reakčními prvky, které interagují s transkripčními faktory, xenobiotiky, steroidními hormony atd. Tyto sekvence se podílejí na stanovení frekvence iniciace transkripce.
Prvním krokem při realizaci genetické informace je transkripce. Eukaryotické geny se přepisují jako prekurzor, který se skládá z exonů a intronů (nezralé mRNA). Poté jsou introny vyříznuty speciálními enzymy a exony jsou postupně vzájemně fúzovány, čímž se vytvoří transkript připravený k translaci (zralá mRNA). Tento proces se nazývá spojování. Stejná sekvence DNA může kódovat více různých proteinů, a to díky tzv. alternativnímu sestřihu (vznik různých mRNA změnou střídání spojení exonů z jednoho primárního transkriptu RNA).
Po transkripci nebo paralelně s ní prochází nezralá mRNA další modifikací. K 5" konci pre-mRNA je pomocí enzymu připojen methylovaný guaninový zbytek v 7. poloze purinového kruhu (proces kopírování). Má se za to, že čepička (klobouk) je nezbytná pro správnou orientaci a připojení ribozomů k mRNA před začátkem translace. KZ" - konec pre-mRNA je také enzymaticky připojen ke krátké nukleotidové sekvenci sestávající z adeninových zbytků (polyadenylace). Předpokládá se, že poly-A sekvence je nezbytná pro transport mRNA přes jadernou membránu do cytoplazmy.
Podle funkce vykonávané v buňce se eukaryotické geny dělí do několika skupin.
První skupinu tvoří geny exprimované ve všech typech buněk. Produkty jejich činnosti jsou proteiny nezbytné k zajištění vitální činnosti jakékoli buňky těla (geny ribozomální RNA, histony atd.).
Druhou skupinou jsou tkáňově specifické geny, které fungují pouze v určitých typech buněk nebo tkání v určitých fázích ontogeneze (geny globulinů, albuminu, a-fetoproteinu, imunoglobulinů, svalových proteinů, sekrečních proteinů endokrinních a trávicích žláz a mnoha ostatní).
Třetí skupinu tvoří geny, které kódují různé proteiny podílející se na regulaci transkripce (transkripční faktory). Proteinové produkty Tyto geny interagují s regulačními oblastmi genů, což způsobuje zvýšení nebo potlačení exprese.
Do čtvrté skupiny patří geny, jejichž exprese je indukována vnějšími faktory, včetně xenobiotik.
Jedním z hlavních úkolů farmakogenomiky je studium genové exprese u různých onemocnění a vlivu konkrétního léčiva nebo biologicky aktivní sloučeniny. To umožní určit možnost jejich řízené regulace.
Úspěšné zavedení farmakogenomiky do experimentální farmakologie bylo možné díky rozvoji příslušných technologií, včetně informačních technologií (bioinformatika). Všichni asimilovali a integrovali farmakogenetiku do širokého vědeckého směru.
Obecně se všechny metody DGE skládají z mnoha, často opakovaných, stejných operací. Dělat je ručně není žádná legrace. Hrozbou však není monotónní práce operátora, ale nekonečné opakování stejných operací, které může vést ke ztrátě přesnosti, je považováno za mnohem větší problém. Farmakogenomické technologie proto stojí před jedním úkolem – částečnou nebo úplnou automatizací analytických operací.
Základem každé technologie je metoda, která má v analytické praxi své charakteristiky (parametry). Pro DGE musí splňovat následující požadavky:
Rozlišení je spojeno s určitou přesností při určování sousedních genů;
Citlivost - hranice sekvencí "-ředění, které umožňují statisticky spolehlivě zaznamenávat změny DHE;
Pokrytí - procento vyjádřených genů daného druhu pokusných zvířat nebo konkrétní tkáně, které lze spolehlivě určit a experimentálně opakovat;
Falešně pozitivní norma - počet genů chybně klasifikovaných jako vyjádřených;
Falešně negativní norma - počet exprimovaných genů, ale klasifikovaných jako neaktivní.
Technologie DGE zahrnují dvě skupiny metod. Jedním z nich je tzv. uzavřený a druhým otevřený architektonický systém.
Uzavřený architektonický systém vyžaduje informace o každém genu nebo klonu a používá microarrays jako analyzátor.
Teorie tvorby mikročipů je založena na hybridizaci oligonukleotidů známé sekvence, imobilizovaných na pevném povrchu na přesně definovaných místech, s různě značenou sondou. K vytvoření této technologie přispěly nejnovější pokroky v informatice, chemii polovodičů, mikroelektronickém průmyslu a také množství informací, které se nashromáždily za léta práce na programu Human Genome.
DNA čip - miniaturní destička s mikrobuňkami. Každá mikrojamka obsahuje uměle syntetizované oligonukleotidy odpovídající fragmentům určitých genů fungujících jako templát. V těchto buňkách dochází ke komplementární interakci matrice a vzorku (cDNA studovaných vzorků). V současné době existují dva směry ve vytváření čipů DNA. Liší se ve způsobu, jakým syntetizují a aplikují templátové oligonukleotidy.
První směr je založen na předběžné syntéze oligonukleotidů. Oligonukleotidy jsou syntetizovány chemicky nebo pomocí PCR (délka od 500 do 5000 bází) a poté pomocí robotů aplikovány na speciálně upravený povrch skla. Takové typy čipů se nazývají cDNA microarrays (cDNA-microarray). PCR amplifikuje cDNA sekvence určitých genů. Proto je tento typ čipů drahý, protože je nutné vytvořit vlastní cDNA knihovnu nebo ji zakoupit ve velkých výzkumných centrech.
cDNA mikročipy se ukázaly jako nevhodné pro studie polymorfismu (genetická variabilita jednoho lokusu v určité populaci), mutační analýzu, srovnávací studii exprese velkého počtu genů, protože hustota umístění templátových oligonukleotidů je velmi omezená (např. počet buněk je = 1000 na čip). Použití dlouhých fragmentů DNA (cDNA) navíc snižuje specificitu hybridizace s testovaným vzorkem a objevují se falešně pozitivní signály, které neodpovídají skutečné genové expresi.
Navzdory výše uvedeným nevýhodám je hlavní výhodou cDNA microarrays možnost variace kvalitativního a kvantitativního složení genových fragmentů.
Slibnějším směrem pro tvorbu čipů je použití fotolitografických technologií, které umožňují současně integrovat obrovské množství oligonukleotidů libovolné sekvence přímo na povrch čipu. Hustota uspořádání takto syntetizovaných nukleotidů může dosáhnout 1 milionu na 1 cm2. Takové čipy, nazývané DNA čipy (DNA-chips), vyrábí společnost Affymetrix Inc. Templát DNA čipu je krátká (20-25-mer) oligonukleotidová sekvence, přičemž každý gen odpovídá 15-20 takovým oligonukleotidům, což významně zvyšuje přesnost a reprodukovatelnost výsledků. DNA čipy umožňují současně vyhodnocovat expresi téměř neomezeného počtu genů, studovat polymorfismus včetně jednonukleotidových substitucí (SNP). V tomto případě jsou syntetizovány oligonukleotidy, které jsou specifické pro každou sekvenci konkrétního genu s přihlédnutím ke všem možným variantám vzájemného uspořádání nukleotidů.
Při provádění výzkumu je čip hybridizován se vzorkem označeným různými způsoby. Ve srovnávacích studiích je vzorkem zpravidla cDNA získaná z kontrolních a porovnávaných vzorků. Jako značka se používají jak radioaktivně značené molekuly, tak fluorescenční barviva přímo navázaná na studované vzorky. Při provádění srovnávací analýzy se obvykle používá dvoubarevná detekce, při které jsou kontrolní a experimentální cDNA značeny různými barvivy. Výsledky jsou zaznamenány intenzitou hybridizačních signálů těch buněk čipu, kde došlo k hybridizaci, s následným počítačovým zpracováním dat.
Vyrábějí se také zjednodušené verze čipů s malou sadou genů (v rozmezí 1000-2000). Krátké sekvence známých genů jsou fixovány na nylonové membráně. Hybridizují se s radioaktivně značeným vzorkem. Hybridizace se zjišťuje autoradiografií.
Je třeba poznamenat, že práce s čipy vyžaduje speciální drahé vybavení pro hybridizaci. Očekává se, že v příštích letech dojde z důvodu nasycení trhu ke snížení cen za sady zařízení na výrobu čipů a práci s nimi.
Vývoj a implementace nových technologií ve vědě a praxi je často hnacím momentem rozvoje biomedicínských oborů poznání, jak tomu bylo například v nedávné minulosti s rozvojem technologie PCR. Za rozvoj molekulární biologie nyní vděčíme za mnohé PCR a nyní mikročipu. Zavedení technologie mikročipů je rovněž zásadní pro farmakologii. Vývoj nových léků již začíná být založen na informacích o funkční úloze určitých genů ve vývoji patologie. Proto lze dobu vývoje zkrátit z 10-15 na 5-8 let od Harmara Hilleryho
Role krycího psa v procesu krytí Jakmile je krycí pes dostatečně stimulován fenou a chce ji nakrýt, vyšplhá se na ni a pevně ji obejme předníma nohama, špička penisu se vysune z předkožky a po sérii silných pokusů zatlačí
Z knihy Služební pes [Průvodce výcvikem specialistů v chovu služebních psů] autor Krušinskij Leonid Viktorovič5. Teorie vývojového stádia a rysy vývoje živočichů Vývoj organismů vychází z teorie vývojového stádia, kterou zformuloval akademik T. D. Lysenko na základě prací I. V. Mičurina a četných vlastních studií.
Z knihy Biologie [Kompletní průvodce přípravou na zkoušku] autor Lerner Georgij Isaakovič Z knihy Základy psychofyziologie autor Alexandrov JurijDIFERENCIÁLNÍ CITLIVOST Diferenciální senzorická citlivost je založena na schopnosti senzorického systému rozlišovat mezi signály. Důležitou charakteristikou každého smyslového systému je schopnost všímat si rozdílů ve vlastnostech současně resp
Z knihy Embrya, geny a evoluce autor Raff Rudolph A2.12. Diferenciální citlivost vidění Pokud na osvětlený povrch s jasem I dopadá další osvětlení dI, pak podle Weberova zákona člověk zaznamená rozdíl v osvětlení pouze tehdy, pokud dI / I \u003d K, kde K je konstanta rovna 0,01– 0,015. Hodnota dI/I se nazývá
Z knihy Akvárium ve škole autor Machlin Mark DavidovičKapitola 17 DIFERENCIÁLNÍ PSYCHOFYZIOLOGIE
Z knihy Problémy léčebného hladovění. Klinické a experimentální studie [všechny čtyři části!] autor Anokhin Petr KuzmichBuněčná smrt během normálního vývoje Degenerace Wolffových kanálků během vývoje u žen a Müllerových kanálků u mužů jsou příklady struktur, které se nejprve vyvinou a poté podléhají nekróze. Tyto procesy
Z autorovy knihyGeny, které vstupují do činnosti v pozdějších fázích vývoje a během růstu Je jasné, že mutace v genech, které přímo určují morfogenetické dráhy, zejména těch genů, které působí v raných fázích, mohou způsobit extrémně dramatické změny.
Z autorovy knihyKAPITOLA 10 Vývojové adaptace genové exprese Život je síla, která provádí nespočet experimentů ve snaze zorganizovat se... mamut a člověk, myš a megatherium, mouchy a církevní otcové – to vše jsou výsledky více či méně úspěšných pokusů.
Z autorovy knihyKolik genů je potřeba pro vývoj? Naštěstí existují metody, jak odhadnout množství genetické informace, kterou mají vyšší organismy. Jednou z nejjemnějších z těchto metod je klasická mendelovská genetika. Hlavní obtíž s tím spojená
Z autorovy knihyVÝZNAM AKVÁRIÍ VE VZDĚLÁVACÍM PROCESU Akvária vždy přitahují děti různého věku, způsobují jejich překvapení, vzbuzují zvědavost. Ale ve školním prostředí, kdy je úkolem využít akvárium v hodinách botaniky, zoologie, obecně; biologie, jeho
Z autorovy knihyStav pacientů během léčby Na základě klinických pozorování a laboratorních studií dynamiky klinického stavu pacientů během léčby bylo možné zaznamenat 6 stádií, z nichž 3 spadají do období vykládky a 3 do období rekonvalescence.
Pochopení růstu a rozvoje
Zdá se, že růst rostlin lze posuzovat podle nárůstu celkové biomasy. Tento ukazatel je však velmi nejednoznačný, protože surová biomasa se může nejen zvyšovat, ale také snižovat. Dalším ukazatelem růstu je nárůst počtu buněk. Pokud počet buněk roste, lze s jistotou mluvit o růstu, ale konstantní počet buněk ještě neznamená absenci růstu: v zóně stretch je nárůst počtu buněk nevýznamný, ale růst pokračuje . Růst lze posuzovat podle nárůstu lineárních rozměrů - výška rostliny, délka kořene, šířka listu atd.
Růst tedy lze nazvat nevratným nárůstem rostliny alespoň v jednom z parametrů: počet buněk, lineární rozměry, mokrá/suchá biomasa.
Zjednodušeným modelem pro změnu parametrů růstu v čase je „křivka růstu“. Podrobněji o tom budu mluvit níže. Je třeba pouze poznamenat, že povaha této křivky se může dramaticky změnit v důsledku působení řady vnějších faktorů na rostlinu. Obecná růstová křivka se často ukazuje jako složená z úseků ve tvaru S různých měřítek. Růstová křivka celé rostliny má tedy obvykle složitější tvar.
Diferenciace
Termín diferenciace byl zaveden pro označení procesu získávání rozdílů mezi buňkami (tkáněmi, orgány, orgánovými soustavami atd.). Předpokládá se, že dochází k počátečnímu nediferencovanému stavu, kdy pozorovatel nedokáže mezi buňkami rozlišit, poté se objeví viditelné buněčné rozdíly a ty se diferencují. Tradičně nediferencované zvažují: dělící se buňky embrya; meristematické buňky kořenových a kmenových vrcholů, kambium, helogen, interkalární meristémy; buňky dělící se neorganizovaným způsobem za experimentálních podmínek (suspenzní a kalusová kultura in vitro).
Buňky, které opustily zónu dělení, se začnou diferencovat. Výsledek tohoto procesu můžeme vidět např. ve vzniku vodivého systému: vzniká prokambium, které se diferencuje na floém, xylém a kambium. Ve floému se diferencují sítové elementy a satelitní buňky, v xylému se diferencují parenchymatické buňky a tracheidy, vodivý svazek lze zpevnit diferenciací mechanických tkání atd. V tomto příkladu buňky postupně získávají anatomické odlišnosti v souvislosti s vykonávanými funkcemi, roste diverzita buněk.
Anatomické diferenciaci předchází diferenciace biochemická, kdy je mezi buňkami málo viditelných rozdílů, které však nejsou stejné z hlediska obsahu určitých látek. Výhodnější je sledovat rozdílnou expresi genů: výskyt nových nebo pokles hladiny starých mRNA a proteinů. Tato data umožňují registrovat rozdíly mezi buňkami dříve, než se stanou viditelnými na anatomické úrovni. Diferenciace tedy začíná změnou aktivity genomu, expresí některých genů a potlačením aktivity jiných.
S tímto přístupem budou muset být dělící se buňky meristému považovány za diferencované, protože pro průchod buněčným cyklem je potřeba určitá aktivita genomu, která tyto buňky odliší od ostatních. Anatomové již dlouho věnují pozornost heterogenitě meristémových buněk. Dá se říci, že kořenový apikální meristém se rozlišuje na caliptrogen (kapilární iniciály), dermatogen (iniciály epidermální tkáně), iniciály kůry, klidové centrum a iniciály axiálního válce. Každá ze skupin dělících se buněk se vyznačuje určitou lokalizací, směrem vřeténka dělení a typem odvozených buněk. Studium meristému metodami molekulární genetiky ukazuje, že anatomy detekovaná diferenciace meristému na zóny se shoduje se zónami diferenciální exprese určitých genů. Navíc samotný meristém jako celek lze zcela jasně odlišit zónami diferenciálního vyjádření. Meristém je tedy biochemicky diferencovaná tkáň.
Základním projevem diferenciace je diferenciální exprese genů a nediferencované buňky paradoxně vůbec neexistují. Pojem „nediferencovaný“ funguje dobře pouze tam, kde v souladu s cíli studie nejsou brány v úvahu počáteční rozdíly mezi buňkami (nebo neexistují metody k jejich detekci).
Genetická analýza vývojového procesu zahrnuje jeho rozklad na řadu mezistupňů, z nichž každý je řízen specifickým genetickým systémem. Vývoj je výsledkem společné, případně nahrazující činnosti dvou genetických systémů – primárního a sekundárního. Primárním systémem se rozumí genetická kontrola, která přísně reguluje přechod vyvíjejícího se systému z jednoho stavu do druhého, a sekundární genetická regulace je schopnost systému dosáhnout určitého konečného stavu automaticky nebo autoregulačně.
Genem řízená stádia jsou kritická období ve vývoji biologický systém, neboť právě zde dochází k zásadním změnám spojeným s utvářením morfofunkční struktury a stanovením principů regulace. V těchto obdobích se vytvářejí předpoklady pro genově neřízené přechody systému, ve kterém si zachovává své kvalitativní charakteristiky a vlastnosti a také vykazuje nízkou citlivost na vnější i vnitřní změny podmínek vývoje.
Diferenciaci lze tedy nazvat procesem změny profilu aktivity genu, který vede k další změně funkce buňky.
Totipotence
V embryologii zvířat je proces diferenciace zobrazován jako složitá „krajina“, po které se koulí „koule“. Míč je symbolem buňky, která dává vzniknout novému organismu. Ve vidlích si míč „vybírá“ a kutálí se po jedné z několika možných trajektorií. Takže buňky, které vznikly během dělení zygoty, jsou posílány jedním z možných způsobů diferenciace. V tomto případě buňky ztrácejí svůj „morfogenetický potenciál“. Všechny „trajektorie“ končí v „moři“, symbolizujícím smrt organismu.
Pokud má na začátku cesty „míč“ – buňka mnoho možností, pak jak se přibližujete k „moři“, jsou stále méně a méně.
Říká se jí Waddingtonská morfogenetická krajina podle jména vědce, který tuto analogii navrhl.
Proces diferenciace se rovná ztrátě morfogenetického potenciálu.
Na rozdíl od živočišných buněk většina rostlinných buněk po anatomické diferenciaci snadno přistoupí k dělení. Tento proces se nazývá dediferenciace (ztráta specializace). Při mechanickém poškození rostliny i za experimentálních podmínek vede dediferenciace ke vzniku kalusu.
Z většiny buněk lze získat nový organismus (to je u živočišných buněk nemožné). Téměř každá buňka v mnohobuněčném organismu obsahuje kompletní sadu genů nezbytných k vytvoření organismu, ale ne z každé buňky může vzniknout celý organismus. Vlastnost buňky realizovat dostupnou genetickou informaci a dát vzniknout celému organismu se nazývá totipotence. Totipotence rostlinných buněk je poměrně snadno realizovatelná, zatímco většina živočišných buněk nedokáže vytvořit nový organismus. Koncept diferenciace jako snížení morfogenetického potenciálu, vypůjčený z embryologie zvířat, tedy nelze aplikovat na totipotentní rostlinné buňky, protože jejich morfogenetický potenciál zůstává po dlouhou dobu vysoký.
Myšlenku totipotence rostlinné buňky předložil G. Haberlandt již v roce 1902, i když v té době nedostala experimentální potvrzení. Podle Haberlandtovy definice může každá rostlinná buňka dát vzniknout novému organismu, a pokud to není pozorováno, je to jen proto, že rostlinný organismus potlačuje vývojový potenciál buňky. Izolace buněk z rostlin podporuje projevy těchto potencí.
