Geni su segmenti deoksiribonukleinske kiseline (DNK) koji sadrže kod za specifični protein koji djeluje u jednoj ili više vrsta stanica u tijelu.
Kromosomi su napravljeni od vrlo dugog lanca DNK i sadrže mnogo gena (stotine do tisuće). Osim određenih stanica (na primjer, spermija i jajnih stanica) svaka ljudska stanica sadrži 23 para kromosoma. Postoje ukupno 22 para autosomnih kromosoma i jedan par spolnih kromosoma, tj. ukupno 46 kromosoma. Normalno, svaki se par sastoji od jednog kromosoma od majke i jednog od oca.
Spolni kromosomi određuju postaje li fetus muškarac ili žena. Muškarci imaju jedan X i jedan Y spolni kromosom. X kromosom dobivaju od majke, a Y od oca. Žene imaju dva X kromosoma. Jedan X kromosom dobivaju od majke, a drugi X kromosom od oca.
Osobine (karakteristike određene genima, npr. boja očiju) čije ispoljavanje kontroliraju geni mogu se okarakterizirati kao
Dominantne osobine su izraženi kada je prisutna samo jedna kopija gena za tu osobinu.
Recesivne osobine na autosomnim kromosomima mogu se ispoljiti samo kada su prisutne dvije kopije gena za tu osobinu jer se inače ispoljava odgovarajući gen na uparenom kromosomu koji nije za tu recesivnu osobinu. Ljudi s jednom kopijom abnormalnog gena za recesivno svojstvo (i koji stoga nemaju poremećaj) nazivaju se nositelji.
Kod kodominantnih svojstava obje kopije gena su do određene mjere izražene. Primjer kodominantne osobine je krvna grupa. Ako osoba ima jedan gen koji kodira krvnu grupu A i jedan gen koji kodira krvnu grupu B, osoba ima izražen A i B tip (krvnu skupinu AB).
X-vezani (spolno vezani) gen je onaj koji se prenosi na X kromosomu. Ekspresiju određuje vezanost na X kromosom. Među muškarcima, gotovo svi geni na X kromosomu su izraženi, bez obzira je li ta osobina dominantna ili recesivna, jer nema uparenog gena koji bi kompenzirao njihovu ekspresiju.
Penetracija i ekspresivnost
Penetracija se odnosi na to koliko često se osobina izražava u ljudima s genom za tu osobinu. Penetracija može biti potpuna ili nepotpuna. Gen s nepotpunom penetracijom nije uvijek izražen čak i kada je osobina koju proizvodi dominantna ili kad je osobina recesivna, a gen je prisutan na oba kromosoma. Ako polovica ljudi s genom pokaže tu osobinu, smatra se da je penetracija 50%.
Ekspresivnost se odnosi na to koliko osobina utječe na osobu, tj. je li osoba jako, umjereno ili blago pogođena.
Kako geni utječu na ljude: penetracija i ekspresivnost
|
Ljudi koji imaju isti gen mogu biti različito pogođeni. Dva termina objašnjavaju te razlike: penetrantnost i ekspresivnost.
|
 |
|
Penetracija se odnosi na to je li gen izražen ili ne. To jest, odnosi se na to koliko ljudi s tim genom ima svojstvo povezano s tim genom. Penetracija je potpuna (100%) ako svi s tim genom imaju tu osobinu. Penetracija je nepotpuna ako samo neki ljudi s tim genom imaju tu osobinu. Na primjer, 50% penetracija znači da polovica ljudi s tim genom ima tu osobinu.
|
 |
|
Ekspresivnost se odnosi na to koliko ta osobina utječe (ili se izražava) na osobu. Osobina može biti vrlo izražen, jedva primjetna ili negdje između. Različiti čimbenici mogu utjecati na ekspresivnost uključujući genetski sastav, izlaganje štetnim tvarima, okolišni utjecaji te dob .
I penetrantnost i ekspresivnost mogu varirati. Ljudi s genom mogu ili ne moraju imati osobinu, a kod ljudi koji imaju tu osobinu, njezina izražajnost varira.
|
Obrasci nasljeđivanja
Mnogi genetski poremećaji, a osobito oni koji uključuju osobine koje kontrolira više gena ili oni koji su vrlo osjetljivi na utjecaj okoline, nemaju očigledan obrazac nasljeđivanja. Međutim, neki poremećaji koji zahvaćaju jedan gen pokazuju karakteristične obrasce, osobito kada je penetracija visoka, a ekspresivnost je potpuna. U takvim slučajevima uzorci se mogu identificirati na temelju toga je li osobina dominantna ili recesivna te je li gen X-vezan ili prenešen mitohondrijskim genomom.
Primjeri genetskih poremećaja
Autosomalno nasljeđivanje
Geni koji nisu povezani s X kromosomom su geni na jednom ili oba od 22 para autosomnih kromosoma.
Poremećaji koji se dominantno nasljeđuju
Sljedeća načela općenito se primjenjuju na poremećaje koji se dominantno nasljeđuju i određeni su dominantnim genima koji nisu na X kromosonu:
-
Kada jedan roditelj ima poremećaj, a drugi ne, svako dijete ima 50% šanse da naslijedi poremećaj.
-
Ljudi koji nemaju poremećaj obično ne nose gen i tako ne prenose osobinu na svoje potomstvo.
-
Muškarci i žene imaju jednaku vjerojatnost da budu pogođeni.
-
Većina ljudi s poremećajem ima barem jednog roditelja s poremećajem iako poremećaj možda nije očigledan i može biti čak i nedijagnosticiran kod oboljelog roditelja. Međutim, ponekad se poremećaj javlja kao nova genetska mutacija.
Poremećaji koji se recesivno nasljeđuju
Sljedeća načela općenito se primjenjuju na poremećaje koji se recesivno nasljeđuju i određeni su recesivnim genima koji nisu na X kromosonu:
-
Gotovo svi koji imaju poremećaj imaju roditelje koji oba nose kopiju abnormalnog gena iako obično ni jedan od roditelja nema poremećaj (potrebne su dvije kopije abnormalnog gena za ekspresiju gena).
-
Manje je vjerojatno da će pojedinačne mutacije rezultirati poremećajem nego kod dominantno nasljednih poremećaja (jer ekspresija u recesivnim poremećajima zahtijeva da oba para gena budu abnormalna).
-
Kada jedan roditelj ima poremećaj, a drugi roditelj nosi jedan abnormalan gen, ali nema poremećaj, polovica njihove djece imaju vjerojatnost da će imati poremećaj. Dok će njihova druga djeca biti nositelji s jednim abnormalnim genom.
-
Kada jedan roditelj ima poremećaj, a drugi roditelj ne nosi abnormalni gen nitko od njihove djece neće imati poremećaj, ali će sva njihova djeca naslijediti i nositi abnormalni gen koji mogu prenijeti na svoje potomstvo.
-
Osoba koja nema poremećaj i čiji roditelji ga nemaju, ali čija braća i sestre to imaju, ima 66% šanse da bude nositelj abnormalnog gena.
-
Muškarci i žene imaju jednaku vjerojatnost da budu pogođeni.
Autosomni recesivni poremećaji (ne X-vezani)
|
Neki poremećaji predstavljaju autosomno recesivno svojstvo (nije povezano s X kromosomom). Da bi imao poremećaj, osoba obično mora primiti dva abnormalna gena, po jedan od svakog roditelja. Ako oba roditelja nose jedan abnormalan gen i jedan normalan gen niti jedan od roditelja nema poremećaj, ali svaki od njih ima 50% šanse da proslijedi abnormalan gen djeci. Stoga, svako dijete ima
-
25% vjerojatnosti nasljeđivanja dvaju abnormalnih gena (time i razvoja poremećaja)
-
25% vjerojatnosti za nasljeđivanje dvaju normalnih gena
-
50% vjerojatnost nasljeđivanja jednog normalnog i jednog abnormalnog gena (time postaje nositelj poremećaja poput roditelja)
Stoga je šansa da se ne razvije poremećaj 75% (to jest, biti normalan ili nosač gena).
 |
X-povezano nasljeđivanje
X-vezani geni su geni koji se nalaze na X kromosomima.
Dominantni poremećaji
Sljedeća načela općenito se primjenjuju na dominantne poremećaje određene dominantnim X-vezanim genom:
-
Pogođeni muškarci prenose poremećaj svim svojim kćerima, ali nikome od sinova. (Sinovi pogođenog muškarca primaju njegov Y kromosom, koji ne nosi abnormalni gen.)
-
Pogođene žene sa samo jednim abnormalnim genom prenose poremećaj u prosjeku na polovicu svoje djece, bez obzira na spol.
-
Pogođene žene s dva abnormalna gena prenose poremećaj na svu svoju djecu.
-
Mnogi X-vezani dominantni poremećaji su smrtonosni za pogođene muškarce. Među ženama, iako je gen dominantan, postojanje drugog normalnog gena na drugom X kromosomu u određenoj mjeri kompenzira učinak dominantnog gena, smanjujući ozbiljnost rezultirajućeg poremećaja.
-
Više žena ima poremećaj od muškaraca. Razlika između spolova je još veća ako je poremećaj smrtonosan u muškaraca.
Dominantne X-vezane teške bolesti su rijetke. Primjeri su obiteljski rahitis (obiteljski hipofosfatemijski rahitis) i nasljedni nefritis (Alportov sindrom). Žene s nasljednim rahitisom imaju manje koštanih simptoma nego pogođeni muškarci. Žene s nasljednim nefritisom obično nemaju nikakve simptome i prisutna je mala abnormalnosti funkcije bubrega, dok pogođeni muškarci razvijaju zatajenje bubrega u ranoj odrasloj dobi.
Recesivni poremećaji
Sljedeća načela općenito se primjenjuju na recesivne poremećaje određene recesivnim X-vezanim genom:
-
Gotovo svi pogođeni su muškarci.
-
Sve kćeri pogođenog muškarca su nositelji abnormalnog gena.
-
Pogođeni muškarac ne prenosi poremećaj svojim sinovima.
-
Žene koje nose gen nemaju poremećaj (osim ako imaju abnormalni gen na oba X kromosoma ili postoji inaktivacija drugog normalnog kromosoma). Međutim, one prenose gen na polovicu svojih sinova, koji obično imaju poremećaj. Njihove kćeri obično nemaju poremećaj (kao ni majka), ali pola su nositelji gena.
Primjer čestog X-vezanog recesivnog svojstva je sljepoća za crvenu i zelenu boju, koja pogađa oko 10% muškaraca, ali je neuobičajena kod žena. Kod muškaraca, gen za sljepoću na boje dolazi od majke koja obično ima normalan vid, ali je nositelj gena za sljepoću na boje. Nikada ne dolazi od oca, jer on dobavlja Y kromosom. Kćeri očeva slijepih na boje rijetko su slijepe na boje, ali su uvijek nositelji gena za sljepoću na boje. Primjer ozbiljne bolesti uzrokovane X-vezanim recesivnim genom je hemofilija, poremećaj koji uzrokuje obilna krvarenja.
Recesivni poremećaji povezani s X kromosomom
|
Ako je gen X-vezan, on je prisutan na X kromosomu. Recesivni X-vezani poremećaji obično se razvijaju samo kod muškaraca. Ovaj poremećaj se razvija samo kod muškaraca jer muškarci imaju samo jedan X kromosom, tako da nema uparenog gena koji bi kompenzirao učinak abnormalnog gena. Žene imaju dva X kromosoma, tako da obično primaju normalan gen ili se gen na drugom X kromosomu neutralizira. Normalan ili neutraliziran gen obično sprječava žene da razviju poremećaj (osim ako je gen za neutraliziranje inaktiviran ili izgubljen).
Ako otac ima abnormalni X-vezan gen (a time i poremećaj), a majka ima dva normalna gena, sve njihove kćeri dobivaju jedan nenormalan gen i jedan normalan gen, što ih čini nosiocima. Niti jedan od njihovih sinova ne prima abnormalni gen jer primaju očev Y kromosom.
Ako je majka nosioc, a otac ima normalne gene, svaki sin ima 50% šanse da primi abnormalni gen od majke (i razvije poremećaj). Svaka kćer ima 50% šanse da primi jedan abnormalni gen i jedan normalan gen (postaje nosač) i 50% šanse za primanje dva normalna gena.
 |
Spolno ograničeno nasljeđivanje
Osobina koja se pojavljuje samo kod jednog spola naziva se spolno ograničena. Spolno ograničeno nasljeđivanje razlikuje se od nasljeđivanja povezanog s X kromosomom. Spolno povezano nasljeđivanje odnosi se na osobine koje se prenose na X kromosomu. Spolno ograničeno nasljeđivanje, možda ispravnije nazvano nasljeđivanjem pod utjecajem spola, je kada se penetracija i ekspresivnost osobine razlikuju između muškaraca i žena. Razlike u penetraciji i ekspresivnosti nastaju zbog toga što muškarci i žene imaju različite spolne hormone i zbog drugih čimbenika. Na primjer, preuranjena ćelavost (poznata kao muška ćelavost) je ne X-vezana dominantna osobina, ali takva ćelavost je rijetko izražena kod žena, a čak i kada je izražena obično se razvije tek nakon menopauze.
Abnormalni mitohondrijski geni
Mitohondriji su sićušne strukture unutar svake stanice koje daju energiji stanici. U svakoj stanici ima mnogo mitohondrija. Mitohondriji nose vlastiti kromosom koji sadrži dio gena koji kontrolira kako funkcionira mitohondrij.
Nekoliko rijetkih bolesti uzrokovano je abnormalnim genima koje nosi kromosom unutar mitohondrija. Primjer je Leberova nasljedna optička neuropatija koja uzrokuje varijabilni, ali često razorni gubitak vida u oba oka koji obično počinje tijekom adolescencije. Drugi primjer je poremećaj karakteriziran dijabetesom tip 2 i gluhoćom.
Budući da otac općenito ne daje mitohondrijsku DNK djetetu, majke gotovo uvijek prenose bolesti uzrokovane abnormalnim mitohondrijskim genima. Dakle, sva djeca oboljelih majci su u opasnosti od nasljeđivanja abnormalnosti, ali djeca oboljelih očeva nisu ugrožena. Međutim, nisu svi mitohondrijski poremećaji uzrokovani abnormalnim mitohondrijskim genima (neki su uzrokovani genima u staničnoj jezgri koji djeluju na mitohondrije). Dakle, očev DNK može pridonijeti nekim mitohondrijskim poremećajima.
Za razliku od DNK u jezgri stanica, količina abnormalne mitohondrijske DNK povremeno varira od stanice do stanice u cijelom tijelu. Prema tome, abnormalni mitohondrijski gen u jednoj tjelesnoj stanici ne znači nužno da postoji bolest u drugoj stanici. Čak i kada se čini da dvije osobe imaju istu abnormalnost mitohondrijskog gena, ekspresija bolesti može biti vrlo različito kod tih osoba. Ova varijacija otežava dijagnozu te otežava genetsko testiranje i savjetovanje pri pokušajima predviđanja nasljeđivanja za osobe s dokazanom bolesti ili sumnjom na abnormalnost mitohondrijskih gena.