Προσομοίωση μετάδοσης κληρονομικών ασθενειών
Εισαγωγή

Το σύνδρομο Fragile X , παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον γενετιστή Herbert Lubs και είναι η πιο κοινή γενετική ασθένεια , που προκαλεί διανοητική καθυστέρηση μετά το σύνδρομο Down . Παρατηρήθηκε σε λευκούς , μαύρους , ινδιάνους , φιλιπινέζους , γιαπωνέζους και άλλους ανθρώπους . Τα χαρακτηριστικά της διαταραχής κυμαίνονται από κανονική διανοητική αντίληψη μέχρι σοβαρή ανικανότητα μάθησης , διανοητική καθυστέρηση και αυτισμός . Περίπου το 80% των αρσενικών και το 30% των θηλυκών ατόμων που έχουν το εύθραυστο Χ , έχουν κάποιου βαθμού διανοητικά προβλήματα . Αυτό το σύνδρομο αναγνωρίζεται από την ύπαρξη μεγάλου σαγονιού , προεξεχόντων αυτιών , μεγάλων όρχεων , προεξέχοντος μετώπου και μεγάλης κάτω γνάθου . Άτομα , που έχουν το σύνδρομο , παρουσιάζουν συναισθηματικά προβλήματα όπως υπερκινητικότητα , συμπεριφορά που μοιάζει με αυτιστική και πιο σπάνια βίαια ξεσπάσματα . Ενδέχεται να είναι επιρρεπείς σε αυτοακρωτηριασμούς .

Το γονίδιο της διανοητικής καθυστέρησης του Fragile Χ μεταδίδεται στους απογόνους σαν κυρίαρχο χαρακτηριστικό . Περίπου το 20% των αρσενικών ατόμων με Fragile Χ είναι κρυφοί φορείς , που δεν παρουσιάζουν συμπτώματα αλλά μπορούν να το μεταδώσουν στους θηλυκούς απογόνους . Η συχνότητα της ασθένειας είναι περίπου 1 στα 1,5 για τα αρσενικά άτομα και 1 στα 2,5 για τα θηλυκά .
Η διανοητική καθυστέρηση Fragile Χ απομονώθηκε σε ένα Χ χρωμόσωμα . Το Χ χρωμόσωμα καθορίζει το φύλο. Το αρσενικό φέρει μόνο ένα Χ και ένα Υ , ενώ το θηλυκό φέρει ΧΧ χρωμοσωμικούς καρυότυπους . Ο μακρύς βραχίονας του Χ χρωμοσώματος αναφέρεται σαν q βραχίονας , και ο κοντός στο πάνω μέρος σαν p βραχίονας .Οι δύο βραχίονες διαιρούνται από ένα κεντρόμερο . Η θέση στον βραχίονα q , στην οποία τοποθετείται το εύθραυστο Χ , ονομάζεται q27.3 . Διάφορα γενετικά ελαττώματα τοποθετούνται επίσης στο Χ χρωμόσωμα , όπως το σύνδρομο Duchenne της μυϊκής δυστροφίας και το σύνδρομο Lesch- Nyhan .

Για να προσδιορίσουμε την ύπαρξη του συνδρόμου Fragile Χ , παίρνουμε ένα δείγμα αίματος .Τα λευκά αιμοσφαίρια περιέχουν το DNA που θα χρησιμοποιηθεί στην ανάλυση . Ένα διάλυμα απορρυπαντικού χρησιμοποιείται για να διαλύσει ή να διασπάσει τα λευκά αιμοσφαίρια και να ελευθερώσει τα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων και φυλετικό χρωμόσωμα ΧΧ από το δείγμα του αίματος . Αυτά τα χρωμοσώματα διαχωρίζονται από τα υπόλοιπα 23 ζεύγη για γενετική ανάλυση . Το ΧΧ χρωμόσωμα επεξεργάζεται με ειδικά ένζυμα , που ονομάζονται περιοριστικές ενδονουκλεάσες , που θα κόψουν τα ΧΧ χρωμοσώματα σε μικρότερα τμήματα . Καθένα από τα πολλά τμήματα που παράγονται από τα περιοριστικά ένζυμα , θερμαίνονται στους 95oC για δύο λεπτά , ώστε να διασπαστούν οι υδρογονικοί δεσμοί , που συγκρατούν τα ζεύγη των βάσεων και να παραχθούν δύο μονόκλωνες αλυσίδες DNA . Ανιχνευτές , οι οποίοι είναι μικρά τμήματα μονόκλωνου DNA 18 ζευγών βάσεων, αφήνονται να υβριδίσουν με τα άγνωστα τμήματα , που περιέχουν το DNA των ΧΧ χρωμοσωμάτων . Οι ανιχνευτές είναι σχεδιασμένοι ώστε να είναι συμπληρωματικοί μόνο στο DNA που περιέχει το γονίδιο του εύθραυστου Χ , οπότε ένα συνταίριασμα μεταξύ των δύο αλυσίδων , δείχνει ότι ο ασθενής φέρει το γονίδιο του συνδρόμου Fragile Χ . Αν δεν πραγματοποιηθεί συνταίριασμα μεταξύ του ανιχνευτή και του DNA του ασθενή , αυτό δείχνει ότι ο ασθενής δεν φέρει το γονίδιο για το Fragile Χ .

Εφόσον το γονίδιο Fragile Χ τοποθετείται στο χρωμόσωμα X 27.3 , αυτό το τμήμα DNA που έχει απομονωθεί , πρέπει να ενισχυθεί και να παράγει πολλά αντίτυπα του ίδιου γονιδίου .Το ποσό του DNA που απαιτείται για να αναλυθεί ολόκληρο το Χ q 27.3 τμήμα είναι 250 μικρογραμμάρια . Το γονίδιο ενισχύεται από την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης ( PCR ) , παρέχοντας μία επαρκή ποσότητα DNA για να αναλυθεί ολόκληρο το μήκος του Χ q 27.3 Fragile Χ γονιδίου .
Το DNA περιλαμβάνει τέσσερα ζεύγη βάσεων : A , G , C , και T , που κατανέμονται με μία ειδική σειρά κατά μήκος της αλυσίδας του DNA . Αυτή η ειδική αλληλουχία είναι υπεύθυνη για την κωδικοποίηση πολλών τύπων ενζύμων και πρωτεϊνών , που το κύτταρο απαιτεί για ανάπτυξη και επανόρθωση .Στην περίπτωση του σύνδρομου Fragile Χ , παρατηρείται μία τρινουκλεοτιδική επανάληψη στον q βραχίονα του χρωμοσώματος , που επαναλαμβάνει την αλληλουχία CGG . Στα κανονικά άτομα η αλληλουχία CGG περιλαμβάνει μια σειρά από 12 με 40 επαναλήψεις . Όμως άτομα στα οποία η αλληλική τους ακολουθία επαναλαμβάνεται 54 φορές έχουν αυξημένες πιθανότητες μεταλλαγής , που συνοδεύεται από γλωσσικές δυσκολίες . Διακόσιες ή περισσότερες επαναλήψεις του τρινουκλεοτιδίου οδηγούν σε μία ολοκληρωμένη μετάλλαξη Fragile Χ , που προκαλεί μέτρια μέχρι σοβαρή διανοητική καθυστέρηση . Μέχρι τώρα , οι επιστήμονες δεν έχουν προσδιορίσει την αιτία της συνεχόμενης σειράς των CGG επαναλήψεων .
Περισσότερο από δέκα χρόνια , οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μία μέθοδο, που ονομάζεται εντοπισμός ακολουθίας με τερματισμό αλυσίδας , για να καθορίζουν την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων σε ένα μόριο DNA .Με την εφαρμογή υψηλής θερμοκρασίας λαμβάνεται μία μονόκλωνη αλυσίδα DNA από ένα τμήμα δίκλωνου DNA , που περιλαμβάνει τον γενετικό κώδικα για το σύνδρομο Fragile X . Ένας εκκινητής ( μικρό συνθετικό τμήμα DNA μήκους 15-30 βάσεων που είναι συμπληρωματικό με το παρακείμενο στην περιοχή, που πρόκειται να αναλυθεί, τμήμα DNA ) συνδέεται στο 3΄ άκρο του τμήματος DNA .
Εφόσον ο εκκινητής συνδεθεί με το τμήμα DNA , συντίθεται μία συμπληρωματική DNA αλυσίδα με τον εκκινητή σε τέσσερα διαφορετικά μίγματα αντίδρασης , καθένα από τα οποία περιέχει ένα από τα τέσσερα ραδιενεργά deoxynucleoside triphosphates ( dNTPs ) , d GTP , d ATP, d TTP , d CTP και το ένζυμο DNA πολυμεράση . Κάθε τριφωσφορικό δέοξυνουκλεοτίδιο προσθέτει μια διαφορετική βάση στην αλυσίδα : το d GTP προσθέτει γουανίνη , το d ATP προσθέτει αδενίνη , το d TTP προσθέτει θυμίνη και το d CTP προσθέτει κυτοσίνη . Η DNA πολυμεράση ξεκινάει την σύνθεση του DNA .
Κάθε μίγμα αντίδρασης περιέχει ακόμα , ένα από τα τέσσερα τριφωσφορικά διδέοξυνουκλεοτίδια ( dd NTPs) ddATP , ddGTP, ddTTP. Η αλυσίδα του DNA συντίθεται μέσω του εκκινητή με την προσθήκη των dNTPs , ένα κάθε φορά , μέχρι ένα ddNTP να προσδεθεί στην αλυσίδα , που σχηματίζεται . Όπως τα dNTPs , έτσι και τα ddNTPs είναι πολύ ακριβή στην αναγνώριση βάσεων . Όταν τα dNTPs ενσωματώνονται στην αλυσίδα που σχηματίζεται μία ελεύθερη υδροξυλική ομάδα γίνεται διαθέσιμη για συνέχιση του πολυμερισμού . Από την άλλη μεριά τα ddNTPs δεν έχουν 3΄υδροξυλική ομάδα , οπότε τερματίζουν την αλυσίδα , όταν ενσωματώνονται σε αυτή .
Καθώς η σύνθεση κάθε τμήματος καθορίζεται από την αλληλουχία του δείγματος , αυτή η αλληλουχία μπορεί να καθοριστεί από την διάταξη των μπαντών σε μία πηκτή ηλεκτροφόρησης , στην οποία οι νεοδημιουργηθείσες DNA αλυσίδες διαχωρίζονται μεταξύ τους . Αυτές οι πηκτές έχουν την δυνατότητα να διαχωρίζουν τμήματα DNA με διαφορά μήκους έστω και ενός ζεύγους βάσεων .
Η ηλεκτροφόρηση πραγματοποιείται σε υψηλή τάση ( 200 με 300 volts ) για επίτευξη θερμοκρασίας 45o με 50o C . Ο χρόνος που τρέχει η πηκτή κυμαίνεται από 3 μέχρι 12 ώρες , και εξαρτάται από την έκταση της πληροφορίας που επιθυμούμε . Μετά την ηλεκτροφόρηση η πηκτή στερεοποιείται με ένα διάλυμα methanol/acetic acid και μετά ξηραίνεται .Ανιχνεύουμε τις μπάντες με έκθεση σε ακτίνες Χ των ραδιενεργά σημασμένων νουκλεοτιδίων , με μία διαδικασία που ονομάζεται αυτοραδιογραφία . Η αλληλουχία της αλυσίδας DNA που έχει σχηματιστεί μπορεί να διαβαστεί ακολουθώντας το αυξανόμενο μέγεθος των νουκλεοτιδίων .
Ας υποθέσουμε ότι μία άγνωστη DNA αλυσίδα που θέλουμε να αναλύσουμε , παρουσιάζεται σαν D1D2D3D4…..DN. Επίσης ας υποθέσουμε πως ένας αριθμός υποσειρών ?? βάσεων συμπληρωματικών με την αλυσίδα του δείγματος μπορούν να συντεθούν σαν D1, D1D2, D1D2D3, D1D2D3D4… και να διαχωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες .Υποτμήματα που τελειώνουν με τη βάση αδενίνη (Α) τοποθετούνται στην Α κατηγορία . Υποτμήματα που τελειώνουν με τη βάση γουανίνη (G) τοποθετούνται στην G κατηγορία . Υποτμήματα που τελειώνουν με τη βάση κυτοσίνη ( C) τοποθετούνται στην C κατηγορία και υποτμήματα που τελειώνουν με την βάση θυμίνη (T) τοποθετούνται στην Τ κατηγορία .Τα υποτμήματα που έχουν συντεθεί είναι τοποθετημένα ξεχωριστά , ανάλογα με τον τύπο τους σε διαφορετικές διαδρομές στην πηκτή ηλεκτροφόρησης .Η αλληλουχία της άγνωστης αλυσίδας DNA μπορεί να διαβαστεί ακολουθώντας το αυξανόμενο μήκος των νουκλεοτιδίων .Αν το πιο μακρύ υποτμήμα D1D2D3D4 εμφανίζεται στην διαδρομή G της πηκτής , το επόμενο πιο μακρύ υποτμήμα D1D2D3 στην διαδρομή C , το δεύτερο πιο μικρό υποτμήμα D1D2 στην διαδρομή Α , και το μικρότερο D1 στην διαδρομή Τ , η αλληλουχία των βάσεων της αλυσίδας που είναι συμπληρωματική σε αυτή του δείγματος , διαβάζοντας από την βάση προς την κορυφή του αυτοραδιογραφήματος , είναι TACG , αφού οι μπάντες που αντιστοιχούν στα μικρότερα τμήματα βρίσκονται στην βάση της πηκτής .Οπότε η αλληλουχία των βάσεων της αλυσίδας του δείγματος είναι ATGC .
Με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης η ανάλυση του DNA ( DNA sequencing ) έγινε ταχύτερη . Το DNA sequencing έγινε επίσης αυτόματο με την χρήση των δεικτών φθορισμού .Ένας light-sensitive fluorescent detector διαβάζει τις πληροφορίες που αποθηκεύονται και αναλύονται από μικρουπολογιστή , για να δοθεί η DNA αλληλουχία .
Η προγεννετική διάγνωση είναι δυνατή μέσα από εξέταση καλλιεργειών κυττάρων ή ιστών από αμνιοκέντηση .Βέβαια τα κύτταρα πρέπει να καλλιεργηθούν σε πολύ χαμηλής περιεκτικότητας σε φολικό οξύ μέσο , για να αποφευχθούν χρωμοσωμικές αλλοιώσεις .
Η χρήση των μοντέρνων εργαλείων γενετικής για την ανάλυση του ανθρώπινου γονιώματος , έχει επιτρέψει στους ερευνητές της γενετικής την ταυτοποίηση συγκεκριμένων γενετικών ανωμαλιών και ξεχωριστών χρωμοσωμάτων . Αυτό θα προετοιμάσει το έδαφος για νέες και καλύτερες ιατρικές θεραπείες , μελλοντική γονιδιακή θεραπεία , και την καλύτερη κατανόηση του ανθρώπινου γενώματος , παρέχοντας στους ιατρούς και στους συμβούλους γενετικής μία νέα προοπτική στις θεραπείες των ασθενών .

Email address *
Next
Never submit passwords through Google Forms.
This content is neither created nor endorsed by Google. Report Abuse - Terms of Service - Additional Terms