Genová vazba

Znázornění vazby genů. Při přítomnosti vazby mezi geny A, B budou s větší pravděpodobností vznikat potomci znázornění vlevo. Jedinci s rekombinovaným materiálem z obou otcových chromosomů se vyskytnou méně často.

Vazba genů je vlastnost genů odchylující se od Mendelových zákonů dědičnosti. Oproti pravidlu o volné kombinovatelnosti vloh lze prokázat, že se častěji dědí některé alely ve stejné kombinaci, v jaké spolu byly v genotypu rodiče na jednom chromosomu. Takto společně děděnou kombinaci genů označujeme jako haplotyp. Základní představa o vazbě genů vyplynula z dihybridizačních pokusů W. Batesona s hrachorem.

Díky crossing-overu při meióze existuje kontinuum mezi těmito dvěma okrajovými situacemi - neúplná vazba.

pozorujeme 4 genotypové a fenotypové skupiny jako u klasického dihybridismu, ale štěpný poměr již není 1:1:1:1, neboť množství jedinců s genotypem vzniklým na základe crossing-overů (tj. rekombinantů) je menší než množství jedinců s parentálními chromosomy (tj. non-rekombinantů)

Obecně: čím blíže leží oba lokusy na chromosomu, tím spíše se budou dědit spolu a tím menší bude množství rekombinantů - můžeme stanovit genetickou (vazebnou) vzdálenost

genetická (vazebná) vzdálenost se měří jako rekombinační zlomek (θ - theta) = Morganovo číslo (p) – tj. podíl rekombinantů v celkovém množství potomků

$\theta ={\frac {po{\check {c}}et\ rekombinant{\dot {u}}}{po{\check {c}}et\ jedinc{\dot {u}}\ v\ generaci}}$

Minimum rekombinačního zlomku je 0, což značí úplnou vazbu a tím pádem žádné rekombinanty, maximum je 0,5=50%, v případě, že jsou sledované geny na různých chromosomech nebo i na stejném chromosomu, ale velmi daleko od sebe.

θ=0,5 je vzdálenost mezi geny dostatečně velká, tím pádem mezi nimi dochází ke crossing-overu a výsledkem je stejný poměrem gamet bez rekombinace i s rekombinací

Pro konstrukci genetických map, dochází k problémům s použitím rekombinačního zlomku jako měřítka vzdálenosti (není aditivní, nereflektuje interakci chiasmat, ...), proto bylo zavedeno mnoho matematických transformací rek. zlomku a zavedena jednotka mapové vzdálenosti – Morgan (M), respektive častěji centimorgan (1cM=1/100M). pouze pro malé vazebné vzdálenosti odpovídá 1cM 1% rekombinací, maximální hodnota θ je totiž 0,5 tj 50%, zatímco délka chromosomu po sečtení jednotlivých úseků při genetickém mapování může být i 120 až 150 cM

V případě genetické vazby může zápis genotypu AaBb znamenat dva různé haplotypy, tj. AB/ab nebo Ab/aB

první možnost, kdy jsou dominantní respektive recesivní alely obou lokusů na témže chromosomu se nazývá vazba ve fázi cis neboli coupling
druhá možnost, kombinace jedné dominantní a jedné recesivní alely na jednom chromozomu se nazývá vazba ve fázi trans neboli repulsion
zapisovat konkrétní haplotypy je velmi podstatné pro správné určení, který z potomků je rekombinant a který non-rekombinant

LOD Skore

Pro stanovení vazby je velice důležité rozlišit náhodné fluktuace frekvence jednotlivých kombinací alel obou genů v nepřítomnosti vazby a skutečnou vazbou.

Nejčastější metoda se nazývá LOD skore – jedná se o logaritmus o základu 10 poměru mezi pravděpodobností zjištění pozorovaných dat (čili počtu rekombinantů a non-rekombinantů) za předpokladu vazby, ku pravděpodobnosti získání stejných dat u volně kombinovatelných lokusů.

je-li např. LOD=3, znamená to, že vazba je 1000x pravděpodobnější než tytéž výsledky bez vazby, což se považuje za dostatečné kritérium pro přijetí vazby
naopak LOD=-2 tedy „kurs proti vazbě“ 100:1 je dostatečné kritérium pro odmítnutí vazby

Praktické využití genové vazby

Velmi významná z hledisky diagnostiky:

tvorba genetických map (tj. map chromosomů založených na pořadí a vzdálenosti polymorfních markerů a znaků
klasické využití v medicíně jako nepřímá DNA diagnostika – pokud neznáme vlastní genetický defekt, který je podkladem monogenně podmíněného onemocnění, nebo pokud v daném genu existuje velké množství různých mutací, lze přesto konzultovat rodiny v riziku, pokud známe alespoň přibližně chromosomální lokalizaci vlastního genetického postižení

Morganovy zákony

[ ✎ upravit vložený článek ]

T. H. Morgan shrnul základní poznatky o vazbě do tří zákonů:

Geny jsou vždy uloženy na chromozomu lineárně za sebou.
Geny jednoho chromozomu tvoří vazebnou skupinu. Počet vazebných skupin organismu je shodný s počtem párů homologních chromosomů příslušného organismu.
Mezi geny homologického páru chromozomu může prostřednictvím crossing-overu probíhat genová výměna. Frekvence crossing-overu je úměrná vzdálenosti genů.

Tyto zákony tvoří tzv. chromozomovou teorii dědičnosti.

Fáze vazby

Schématické znázornění haplotypu. Geny A,B ve fázi trans. Od genu C bude vždy předána dominantní alela, proto nerozlišujeme fázi vazby.

Podle uspořádání haplotypu rozlišujeme dvojí fázi vazby:

cis-pozice (coupling): na 1 chromosomu jsou lokalizovány dominantní (resp. recesivní) alely obou genů (AB/ab);
trans-pozice (repulsion): na 1 chromosomu je dominantní alela jednoho genu a recesivní alela genu druhého (Ab/aB).

Síla vazby

Změnu uspořádání haplotypu důsledkem crossing-overu nazýváme rekombinace. Pokud dojde k rekombinaci, potomkovi nejsou předány dvě alely ze stejného chromosomu, ale jedna alela z maternálního a druhá alela z paternálního chromosomu. Míru rekombinace můžeme vyjádřit pomocí rekombinačního zlomku jako podíl počtu rekombinovaných jedinců k celkovému počtu jedinců v potomstvu.

$\theta ={\frac {po{\check {c}}et\ rekombinant{\dot {u}}}{po{\check {c}}et\ jedinc{\dot {u}}\ v\ generaci}}$

Vazbu můžeme podle míry rekombinace mezi geny rozdělit na úplnou a neúplnou.

Úplná vazba nastává, když jsou dva geny tak blízko sebe, že mezi nimi při meiose nikdy nedochází ke crossing-overu. Příkladem může být vazba HLA systému s adrenogenitálním syndromem. Rekombinační zlomek je v tomto případě roven 0 a geny se dědí vždy společně.

Neúplná vazba je mezi geny přítomna, pokud mezi nimi dochází ke crossing-overu. Tím dochází k rekombinaci genů.

Pokud není vazba přítomna, platí Mendelův zákon o volné kombinovatelnosti vloh, takže se daná kombinace dvou alel přenese se stejnou pravděpodobností jako kombinace opačná. Rekombinační zlomek je tedy 0,5. Tato situace nastává, pokud jsou geny uloženy na jiných chromosomech, nebo jsou od sebe na stejném chromosomu velmi vzdáleny.

Mapová funkce

Vazba genů umožňuje popsat pořadí genů na chromosomu. Čím blíže jsou geny k sobě, tím méně často mezi nimi dochází ke crossing-overu a tedy nerekombinují, jejich síla vazby je velká. Toto pořadí lze jednoduše určit na základě tříbodového pokusu. Na větší vzdálenosti je třeba uvědomit si možnost dvojité rekombinace, která na menších úsecích pravděpodobně nenastane kvůli interferenci chiasmat.

Dvojitá rekombinace

Problémem mapování pomocí vazby je fakt, že rekombinační zlomek nelze sčítat (není aditivní) – dochází-li mezi geny A, B i mezi geny B, C (viz schéma haplotypu výše) k rekombinaci v 10 % případů, neznamená to, že mezi geny A, C dochází k rekombinaci ve 20 % případů. S tím souvisí i fakt, že maximum rekombinačního zlomku je 50 %, jak bylo zmíněno výše (pokud dochází k rekombinaci mezi A, B ve 40% případů a stejně tak mezi geny B, C, poté mezi geny A a C bude rekombinační zlomek maximálně 50 %).

Kvůli možnosti vyjadřovat vzdálenosti genů na celém chromosomu byla zavedena mapová funkce, která vyjadřuje vzdálenost genů v genové mapě v závislosti na rekombinaci, avšak její hodnota může být větší než 0,5. Její jednotkou je Morgan, prakticky používaný jako centimorgan (cM). Matematický přepočet tohoto problému byl řešen různými způsoby (Haldanova a Kosambiho transformace). Ačkoliv je tedy tato jednotka využívaná pro mapování aditivní a může přesahovat hodnotu 50 cM, pro praktické výpočty na jednodušší úrovni používáme zjednodušení 1 cM = 1 % rekombinací.

Vazebná nerovnováha

Většinou jsou v populaci díky crossing-overu rozloženy všechny různé vazebné kombinace alel. Například jedinec má gen pro cystickou fibrózu svázán s RFLP délky 80 bp a toto spojení se bude s největší pravděpodobností dědit v jeho rodině. V jiné rodině ale může být kombinace odlišná, zároveň pokud dítě zdědí rekombinovanou formu, jeho potomci dále šíří tuto kombinaci.

Pokud je ovšem frekvence rekombinací velmi malá a gen vznikl z evolučního nebo populačního hlediska nedávno, lze pozorovat, že jeho výskyt je s nemocnou alelou obecně v populaci spjat. Tento jev nazýváme vazebná nerovnováha. V asociačních studiích pak může mít za následek, že není sledována kauzální mutace, ale pouze mutace s ní ve velmi úzké vazbě.

Odkazy

Související články

Zdroj

OTOVÁ, Berta, et al. Lékařská biologie a genetika I. díl. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2008. 123 s. ISBN 978-80-246-1594-3.

ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 11.02.2010]. <https://www.stefajir.cz/>.