8.7: Висновок тематичного дослідження: Рак та резюме глави

Висновок тематичного дослідження: Рак у сім'ї

Родовід Ребекки, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\), показує високу захворюваність на рак серед близьких родичів. Але чи є гени причиною раку в цій сім'ї? Тільки генетичне тестування, яке є секвенуванням конкретних генів у людини, може виявити, чи успадковується в цій сім'ї ген-викликаючий рак.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Родовід сім'ї Ребекки, як описано на початку цієї глави, показує осіб з раком (червоний) та тих, хто не має раку (синій). Кола зображують жінок, квадрати - чоловіків.

На щастя для Ребекки, результати її генетичного тестування показують, що у неї немає мутацій в генах BRCA1 та BRCA2, які найчастіше збільшують ризик захворіти на рак. Однак це не означає, що у неї немає інших мутацій у цих генах, які могли б збільшити її ризик захворіти на рак. Є багато інших мутацій в генах BRCA, вплив яких на ризик раку невідомий, і їх може бути ще багато ще не виявлено. Важливо продовжувати вивчати варіації генів, таких як BRCA у різних людей, щоб краще оцінити їх можливий внесок у розвиток захворювання. Як ви тепер знаєте з цієї глави, багато мутації нешкідливі, тоді як інші можуть спричинити значні наслідки для здоров'я, залежно від конкретної мутації та задіяного гена.

Мутації в генах BRCA особливо схильні до раку, оскільки ці гени кодують білки супресорів пухлини, які зазвичай відновлюють пошкоджену ДНК та контролюють поділ клітин. Якщо ці гени мутовані таким чином, що призводить до того, що білки не функціонують належним чином, можуть накопичуватися інші мутації і поділ клітин може вийти з-під контролю, що може спричинити рак.

BRCA1 і BRCA2 знаходяться на хромосомах 17 і 13 відповідно, які є аутосомами. Як згадував генетичний консультант Ребекки, мутації в цих генах мають домінуючу схему успадкування. Тепер, коли ви знаєте схему успадкування аутосомно-домінантних генів, якщо бабуся Ребекки мала одну копію мутованого гена BRCA, які шанси, що мати Ребекки також має цю мутацію? Оскільки він є домінуючим, для збільшення ризику раку потрібна лише одна копія гена, а оскільки він знаходиться на аутосомах замість статевих хромосом, стать батька чи потомства не має значення у схемі спадкування. У цій ситуації яйцеклітини бабусі Ребекки мали б 50% шансів на мутацію гена BRCA через закон сегрегації Менделя. Тому мати Ребекки мала б 50% шансів успадкувати цей ген. Незважаючи на те, що у Ребекки немає найпоширеніших мутацій BRCA, які збільшують ризик раку, це не означає, що її мати також цього не робить, тому що було б лише 50% шансів, що вона передасть його Ребекці. Тому матері Ребекки також слід розглянути можливість тестування на мутації в генах BRCA. В ідеалі люди з раком у сім'ї повинні бути перевірені спочатку, коли підозрюється генетична причина, щоб, якщо є конкретна мутація, яка передається у спадок, її можна було ідентифікувати, а інші члени сім'ї можуть бути перевірені на ту саму мутацію.

Мутації як в BRCA1, так і в BRCA2 часто зустрічаються в єврейських сім'ях Ашкеназі. Однак ці гени не пов'язані в хромосомному сенсі, оскільки знаходяться на різних хромосомах і тому успадковуються самостійно, відповідно до закону Менделя про незалежну асортименту. Чому певні генні мутації переважають у певних етнічних групах? Якщо люди в етнічній групі, як правило, виробляють потомство один з одним, їх гени залишатимуться поширеними в групі. Це можуть бути гени для нешкідливих варіацій, таких як шкіра, волосся або колір очей, або шкідливі варіації, такі як мутації в генах BRCA. Інші генетично обумовлені захворювання та розлади іноді частіше зустрічаються в окремих етнічних групах, таких як муковісцидоз у людей європейського походження та серповидноклітинна анемія у людей африканського походження. Ви дізнаєтесь більше про поширеність певних генів та ознак у певних етнічних групах та популяціях у розділі «Варіація людини».

Як ви дізналися в цьому розділі, генетика не є єдиним детермінантом фенотипу. Навколишнє середовище також може впливати на багато рис, такі як зріст дорослих і колір шкіри. Навколишнє середовище також відіграє важливу роль у розвитку раку. Від 90 до 95% усіх видів раку не мають ідентифікованої генетичної причини і часто викликаються мутагенами в навколишньому середовищі, такими як УФ-випромінювання сонця або токсичні хімічні речовини в сигаретному димі. Але для таких сімей, як Ребекка, знання історії їхнього сімейного здоров'я та генетичного складу може допомогти їм краще запобігти або лікувати захворювання, спричинені їх генетичною спадщиною. Якщо людина знає, що у неї є ген, який може збільшити ризик раку, вона може змінити спосіб життя, проводити ранні та частіші скринінги раку, і навіть можуть вибрати профілактичні операції, які можуть допомогти зменшити ризик захворіти на рак та збільшити шанси на довгострокове виживання, якщо рак дійсно відбувається. Наступного разу, коли ви звернетеся до лікаря, і вони запитують, чи хто-небудь з членів вашої родини хворіли на рак, у вас буде більш глибоке розуміння того, чому ця інформація так важлива для вашого здоров'я.

Резюме глави

У цьому розділі ви дізналися про генетику — науку про спадковість. Зокрема, ви дізналися, що:

• Хромосоми - це структури, виготовлені з ДНК та білків, які закодовані генетичними інструкціями для виготовлення білків. Інструкції організовані в одиниці, звані генами, більшість з яких містять інструкції для одного білка.
• У людини в нормі 23 пари хромосом. З них 22 пари - аутосоми, які містять гени за ознаками, не пов'язаними зі статтю. Інша пара складається з статевих хромосом (XX у самок, XY у самців). Тільки Y-хромосома містить гени, що визначають стать.
• Люди мають приблизно 20 000 до 22 000 генів. Більшість генів людини мають дві або більше можливих версій, званих алелями.
• Мендель експериментував з успадкуванням ознак у рослин гороху, які мають дві різні форми декількох видимих характеристик. Мендель схрещував горохові рослини з різними формами ознак.
  • У першому наборі експериментів Менделя він схрещував рослини, які відрізнялися лише однією характеристикою. Результати привели Менделя до першого закону спадкування, названого законом сегрегації. Цей закон стверджує, що існує два фактори, що контролюють дану характеристику, один з яких домінує над іншим, і ці фактори відокремлюються і переходять на різні гамети, коли батько розмножується.
  • У другому наборі експериментів Менделя він експериментував з двома характеристиками одночасно. Результати привели Менделя до другого закону спадкування, названого законом незалежного асортименту. Цей закон стверджує, що фактори, що контролюють різні характеристики, успадковуються незалежно один від одного.
• Закони успадкування Менделя, виражені нині в терміні генів, складають основу генетики, науки про спадковість. Менделя часто називають батьком генетики.
• Положення гена на хромосомі - це його локус. Даний ген може мати різні версії, які називаються алелями. Парні хромосоми одного типу називаються гомологічними хромосомами і вони мають однакові гени в одних і тих же локусах.
• Алелі, які людина успадковує для даного гена, складають генотип індивіда. Організм з двома однаковими алелями називається гомозиготою, а особину з двома різними алелями - гетерозиготою.
• Вираз генотипу організму називають його фенотипом. Домінантний алель завжди виражається в фенотипі, навіть коли успадкований лише один домінантний алель. Рецесивний алель виражається в фенотипі тільки тоді, коли два рецесивних алелі були успадковані.
• При статевому розмноженні двоє батьків виробляють гамети, які об'єднуються в процесі запліднення з утворенням одноклітинної зиготи. Гамети - це гаплоїдні клітини з лише однією з кожної пари гомологічних хромосом, а зигота - диплоїдна клітина з двома з кожної пари хромосом.
• Менделева спадщина відноситься до успадкування ознак, контрольованих одним геном з двома алелями, один з яких може бути повністю домінуючим перед іншим. Схема успадкування ознак Менделя залежить від того, чи контролюються риси генами на аутосомах або генами на статевих хромосомах.
  • Приклади аутосомних менделівських ознак людини включають ямочки та прикріплення мочки вуха. Приклади людських Х-зв'язаних рис включають червоно-зелену кольорову сліпоту та гемофілію.
• Два інструменти для вивчення спадщини - родовід і квадрати Паннетта. Родовід - це діаграма, яка показує, як риса передається з покоління в покоління. Квадрат Пуннетта - це діаграма, яка показує очікувані співвідношення можливих генотипів у потомства двох батьків.
• Немендельове успадкування відноситься до успадкування ознак, які мають більш складну генетичну основу, ніж один ген з двома алелями і повним домінуванням.
  • Кілька ознак алелів контролюються одним геном з більш ніж двома алелями. Прикладом людської множинної аллельної ознаки є група крові АВО.
  • Кодомінантність виникає, коли два алелі для гена виражені однаково в фенотипі гетерозигот. Людський приклад кодомінантності зустрічається в групі крові AB, в якій алелі I ^A і I ^B є співдомінантними.
  • Неповне домінування - це випадок, коли домінантний алель для гена не є повністю домінуючим до рецесивного алелю, тому проміжний фенотип зустрічається у гетерозигот, які успадковують обидва алелі. Людським прикладом неповного домінування є хвороба Тея Сакса, при якій гетерозиготи виробляють вдвічі менше функціонального ферменту, ніж звичайні гомозиготи.
  • Полігенні ознаки контролюються більш ніж одним геном, кожен з яких надає незначну адитивну дію на фенотип. Це призводить до континууму фенотипів. Приклади полігенних рис людини включають колір шкіри та зріст дорослого. Багато з цих типів ознак, як і інші, впливають як навколишнє середовище, так і гени.
  • Плейотропія відноситься до ситуації, коли ген впливає на більш ніж одну фенотипічну ознаку. Людський приклад плейотропії зустрічається при серповидноклітинної анемії, яка має багаторазовий вплив на організм.
  • Епістаз - це коли один ген впливає на експресію інших генів. Прикладом епістазу є альбінізм, при якому мутація альбінізму зводить нанівець експресію генів кольору шкіри.
• Генетичні порушення - це захворювання, синдроми або інші аномальні стани, які викликані мутаціями в одному або декількох генах або хромосомними змінами.
  • Приклади генетичних порушень, спричинених одногенними мутаціями, включають синдром Марфана (аутосомно-домінантну), серповидноклітинну анемію (аутосомно-рецесивний), стійкий до вітаміну D рахіт (Х-зчеплений домінантний) та гемофілію А (Х-зчеплений рецесивний). Дуже мало генетичних порушень спричинені домінуючими мутаціями, оскільки ці алелі рідше передаються наступним поколінням.
  • Нондиз'юнкція - це нездатність реплікованих хромосом належним чином відокремлюватися під час мейозу. Це може призвести до генетичних порушень, викликаних аномальними числами хромосом. Прикладом може служити синдром Дауна, при якому індивід успадковує зайву копію хромосоми 21. Більшість хромосомних порушень пов'язана з Х-хромосомою. Прикладом може служити синдром Клайнфельтера (XXY, XXXY).
  • Пренатальне генетичне тестування, наприклад, шляхом амніоцентезу, може виявити хромосомні зміни внутрішньоутробно. Симптоми деяких генетичних порушень можна лікувати або запобігти. Наприклад, симптоми фенілкетонурії (ФКУ) можна запобігти, дотримуючись дієти з низьким вмістом фенілаланіну протягом усього життя.
  • Ліки від генетичних порушень ще знаходяться на ранніх стадіях розвитку. Одним з потенційних ліків є генна терапія, при якій нормальні гени вводяться в клітини таким вектором, як вірус, для компенсації мутованих генів.

Розділ Резюме Огляд

1. Яке речення правильне?
   1. Різні алелі одного гена розташовані в одному локусі на гомологічних хромосомах.
   2. Різні алелі одного гена розташовані в різних локусах на гомологічних хромосомах.
   3. Різні гени одних і тих же алелей розташовані в одному локусі на гомологічних хромосомах.
   4. Різні алелі одного гена розташовані в різних локусах на одній хромосомі.
2. У людини є гіпотетичний генотип Аа. Дайте відповідь на наступні питання про цей генотип.
   1. Що означають A і a?
   2. Якщо людина висловлює тільки фенотип, пов'язаний з А, це приклад повного домінування, співдомінування або неповного домінування? Поясніть свою відповідь. Також опишіть, якими були б спостережувані фенотипи, якби це була одна з двох неправильних відповідей.
3. Поясніть, як мутація, яка виникає у батьків, може призвести до генетичного розладу у їхньої дитини. Обов'язково вкажіть, який тип клітини або клітини в батьківській повинен бути порушений, щоб це сталося.
4. Що таке алель, який не виражений в гетерозиготі називається?
5. Правда чи брехня. Пол визначається геном на аутосомі.
6. Правда чи брехня. У статевому розмноженні батьки і потомство ніколи не бувають ідентичними.
7. Правда чи брехня. У людини гамета матиме 23 хромосоми.
8. Правда чи брехня. Експресія фенотипу організму виробляє його генотип.
9. Правда чи брехня. Цілком імовірно, що ген має більше двох алелів.
10. Закон Менделя про незалежний асортимент стверджує, що
    1. два фактори однієї і тієї ж характеристики поділяються на різні гамети.
    2. існують домінуючі і рецесивні фактори.
    3. фактори, що контролюють різні характеристики, успадковуються незалежно один від одного.
    4. є два фактори, які контролюють спадкування.
11. Зв'язані гени:
    1. знаходяться на гомологічних хромосомах.
    2. знаходяться на одній хромосомі.
    3. знаходяться на сусідніх хромосомах.
    4. знаходяться на негомологічних хромосомах.
12. У жінки червоно-зелена кольорова сліпота, яка є Х-зв'язаною рецесивною рисою. У чоловіка немає червоно-зеленої дальтонізму. Що з перерахованого є правильним?
    1. Половина їхніх дочок матиме червоно-зелену кольорову сліпоту.
    2. Всі їхні дочки матимуть червоно-зелену кольорову сліпоту.
    3. Всі їхні сини матимуть червоно-зелену кольорову сліпоту.
    4. Всі їхні діти матимуть червоно-зелену кольорову сліпоту.
13. Що з перерахованого нижче є прикладом мендельської спадщини?
    1. Риса, яка має три алелі
    2. Риса, яка контролюється двома генами
    3. Риса, яка контролюється одним геном з одним домінантним і одним рецесивним алелем
    4. Риса, яка має два алелі, обидва з яких виражені однаково в фенотипі

Атрибуції

1. Родовід Рейчел Хендерсон від CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0
2. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0