Введение в генетику человека: основные понятия и законы наследования

Семинар 1. Введение в генетику человека. Основные генетические понятия, закономерности наследования

Наследственность и изменчивость

• Наследственность — свойство организмов передавать признаки и особенности развития потомкам.

• Изменчивость — свойство организмов приобретать новые признаки или утрачивать старые в процессе индивидуального развития.

• Генетика изучает оба явления и их закономерности.

Основные понятия

• Ген — участок ДНК, кодирующий структуру белка или функциональной РНК.

• Геном — совокупность всех генов организма (у человека — ядерный и митохондриальный).

• Генотип — совокупность всех генов организма (генетическая конституция).

• Фенотип — совокупность всех внешних и внутренних признаков, формирующихся в результате взаимодействия генотипа и среды.

• Признак — конкретное свойство или качество организма.

• Кариотип — полный набор хромосом клетки (у человека 46, XX или XY).

Законы Г. Менделя

1. Закон единообразия гибридов первого поколения — при скрещивании гомозиготных особей, различающихся по одному признаку, все потомки F1 единообразны (проявляется доминантный признак).

2. Закон расщепления — во втором поколении (F2) при скрещивании гибридов F1 наблюдается расщепление по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.

3. Закон независимого наследования — гены разных признаков наследуются независимо, если находятся в разных хромосомах (для дигибридного скрещивания — 9:3:3:1).

Типы наследования

• Аутосомно-доминантный — признак проявляется, если есть хотя бы один доминантный аллель.

• Аутосомно-рецессивный — признак проявляется только у гомозигот по рецессивному аллелю.

• Сцепленное с полом (X-сцепленное доминантное/рецессивное, Y-сцепленное).

• Митохондриальное — по материнской линии.

Хромосомная теория наследственности (Т. Морган)

• Гены расположены в хромосомах в линейном порядке.

• Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются сцепленно.

• Хроматин — комплекс ДНК и белков (гистонов и негистонов) в ядре.

• Хромосомы — структуры, состоящие из хроматина, видимые при делении клетки.

• Аутосомы — все хромосомы, кроме половых (у человека 44).

• Половые хромосомы — X и Y (у человека 2).

Геном человека. ДНК и РНК

• ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, хранит генетическую информацию. Состоит из нуклеотидов: аденин (A), тимин (T), гуанин (G), цитозин (C). Двухцепочечная спираль.

• РНК — рибонуклеиновая кислота, участвует в реализации информации. Виды: мРНК (информационная), тРНК (транспортная), рРНК (рибосомная). Вместо тимина — урацил (U).

• Репликация — удвоение ДНК.

• Транскрипция — синтез мРНК на матрице ДНК.

• Трансляция — синтез белка на рибосомах по матрице мРНК.

Биосинтез белка и генетический код

• Генетический код — система записи информации о последовательности аминокислот в белке с помощью нуклеотидов.

• Свойства кода: триплетность, вырожденность, специфичность, универсальность, неперекрываемость.

• Транскрипция происходит в ядре, трансляция — в цитоплазме на рибосомах.

Структурные и регуляторные гены

• Структурные гены кодируют белки и РНК.

• Регуляторные гены контролируют экспрессию других генов.

• Строение гена: промотор, экзоны (кодирующие), интроны (некодирующие), терминатор.

• Некодирующие участки — интроны, регуляторные области, некодирующие РНК.

Этапы развития психогенетики

1. Конец XIX — начало XX в. — работы Гальтона, евгеника.

2. 1920–1930-е — развитие близнецового метода.

3. 1950–1970-е — становление как науки, использование статистических методов.

4. 1980–2000-е — молекулярно-генетические методы, проект «Геном человека».

5. Современный этап — полногеномный анализ, эпигенетика.

Евгеника

• Учение об улучшении наследственных качеств человека.

• Позитивная евгеника — поощрение размножения «лучших».

• Негативная евгеника — ограничение размножения «неполноценных».

• Исторически дискредитирована из-за нацистских преступлений.

Проект «Геном человека»

Международный проект (1990–2003) по секвенированию генома человека. Выводы: у человека ~20–25 тыс. генов; геном на 99,9% одинаков у всех людей; различия — в однонуклеотидных полиморфизмах (SNP).

• Психические свойства полигенны, зависят от многих генов и среды.

Метод семьи (генеалогический)

• Изучение родословных: прослеживание признака в поколениях.

• Позволяет установить тип наследования (доминантный, рецессивный, сцепленный с полом).

• Ограничение: не разделяет вклад генов и общей среды.

Метод приемных детей

• Сравнение приемных детей с биологическими и приемными родителями.

• Если признак коррелирует с биологическими родителями — вклад генов; с приемными — вклад среды.

• Ограничения: неслучайное размещение детей, пренатальные влияния, позднее усыновление.

Близнецовый метод

• Сравнение монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов.

• МЗ — одна яйцеклетка, идентичный генотип.

• ДЗ — две яйцеклетки, генотип как у обычных сибсов.

• Если признак наследственный, сходство МЗ выше, чем ДЗ.

Популяционно-генетический метод

• Изучение распределения генов и генотипов в популяциях.

• Закон Харди–Вайнберга: p² + 2pq + q² = 1.

• Позволяет оценить частоты аллелей и влияние отбора, мутаций, миграций.

Статистические методы

• Коэффициент наследуемости Хольцингера, Игнатьева.

• Дисперсионный анализ, корреляционный анализ, метод путевого анализа (path analysis).

Молекулярно-генетический метод

• Генотипирование — определение аллелей конкретных генов.

• Исследование полиморфизмов — SNP, VNTR, микросателлиты.

• Полногеномный анализ (GWAS) — поиск ассоциаций между SNPs и признаками.

• Позволяет выявить конкретные гены, связанные с поведением.

Роль средовых влияний

• Среда формирует фенотип во взаимодействии с генотипом.

• В психогенетике среду делят на компоненты.

Виды сред

• Общая среда (общесемейная, разделенная) — влияния, одинаковые для всех детей в семье (социально-экономический статус, стиль воспитания).

• Индивидуальная среда (специфическая, неразделенная) — уникальный опыт каждого ребенка.

• Межсемейная среда — различия между семьями.

• Систематическая среда — постоянные факторы.

• Относительная роль: для большинства психологических признаков вклад генов 40–60%, общей среды 20–30%, индивидуальной среды 30–50%.

• Генотип-средовая ковариация (rGE) — корреляция между генотипом и средой. Три типа: пассивная — родители передают и гены, и среду (например, музыкальные способности); реактивная (вызывающая) — генотип ребенка вызывает определенные реакции среды; активная — ребенок сам выбирает среду, соответствующую генотипу (ниши).

• Генотип-средовое взаимодействие (G×E) — эффект генов зависит от среды (например, ген MAOA и жестокое обращение).

• Ассортативность — неслучайный выбор брачного партнера по фенотипу (например, по интеллекту). Влияет на оценки наследуемости.

Использование методов

• Близнецовый, метод приемных детей, молекулярно-генетический — для разделения вкладов генов и среды.

Стресс в психологии и физиологии

• Стресс — неспецифическая реакция организма на воздействие (Г. Селье).

• Стадии: тревога, резистентность, истощение.

• Стресс активирует геном: экспрессию генов стресс-ответа.

Нейроэндокринная регуляция генетических процессов

• Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось (ГГН) — ключевая система стресса.

• Гормоны (кортизол, адреналин) влияют на транскрипцию генов.

• Гипотеза нейроэндокринной регуляции реализации генетической информации: нервная и эндокринная системы модулируют экспрессию генов в ответ на среду.

Три базовые системы защиты при стрессе

1. Стресс-реализующая — активация симпато-адреналовой и ГГН систем (борьба/бегство). Стресс-потенцирующая — усиливает стресс-реакцию (например, гормоны щитовидной железы). Стресс-лимитирующая — ограничивает стресс-реакцию (ГАМК, опиоиды, серотонин).

Роль серотонинергической системы

• Серотонин — нейромедиатор, регулирует настроение, тревогу, стресс.

• Гены серотониновой системы (например, SLC6A4, переносчик серотонина) связаны с устойчивостью к стрессу.

• Полиморфизм 5-HTTLPR влияет на реакцию на стресс и риск депрессии.