Генетика человека — это изучение наследования, как оно происходит у людей . Генетика человека охватывает множество пересекающихся областей, включая: классическую генетику , цитогенетику , молекулярную генетику , биохимическую генетику , геномику , популяционную генетику , генетику развития , клиническую генетику и генетическое консультирование .
Гены являются общим фактором качеств большинства наследуемых человеком черт. Изучение генетики человека может ответить на вопросы о природе человека, может помочь понять болезни и разработку эффективного лечения, а также помочь нам понять генетику человеческой жизни. В этой статье описываются только основные черты генетики человека; для генетики расстройств, пожалуйста, см.: медицинская генетика . Для получения информации о генетике дефектов репарации ДНК , связанных с ускоренным старением и/или повышенным риском рака, пожалуйста, см.: расстройство с дефицитом репарации ДНК .
Наследование признаков у людей основано на модели наследования Грегора Менделя . Мендель пришел к выводу, что наследование зависит от дискретных единиц наследования, называемых факторами или генами. [1]
Аутосомные признаки связаны с одним геном на аутосоме (неполовой хромосоме) — они называются « доминантными », потому что одной копии — унаследованной от любого из родителей — достаточно, чтобы вызвать появление этого признака. Это часто означает, что один из родителей также должен иметь тот же признак, если только он не возник из-за маловероятной новой мутации. Примерами аутосомно-доминантных признаков и расстройств являются болезнь Хантингтона и ахондроплазия .
Аутосомно-рецессивные признаки — это один из типов наследования признака, заболевания или расстройства, который передается по наследству. Для проявления рецессивного признака или заболевания необходимо наличие двух копий признака или расстройства. Признак или ген будут находиться на неполовой хромосоме. Поскольку для проявления признака требуются две копии признака, многие люди могут неосознанно быть носителями заболевания. С эволюционной точки зрения рецессивное заболевание или признак могут оставаться скрытыми в течение нескольких поколений, прежде чем проявится фенотип. Примерами аутосомно-рецессивных заболеваний являются альбинизм , муковисцидоз .
Гены, сцепленные с Х-хромосомой, находятся на половой Х-хромосоме. Гены, сцепленные с Х-хромосомой, как и аутосомные гены, имеют как доминантный, так и рецессивный тип. Рецессивные нарушения, сцепленные с Х-хромосомой, редко встречаются у женщин и обычно поражают только мужчин. Это связано с тем, что мужчины наследуют свою Х-хромосому, и все гены, сцепленные с Х-хромосомой, будут унаследованы с материнской стороны. Отцы передают только свою Y-хромосому своим сыновьям, поэтому никакие признаки, сцепленные с Х-хромосомой, не будут унаследованы от отца к сыну. Мужчины не могут быть носителями рецессивных признаков, сцепленных с Х-хромосомой, поскольку у них есть только одна Х-хромосома, поэтому любой признак, сцепленный с Х-хромосомой, унаследованный от матери, проявится.
Женщины проявляют Х-сцепленные расстройства, когда они гомозиготны по расстройству, и становятся носителями, когда они гетерозиготны. Х-сцепленное доминантное наследование будет демонстрировать тот же фенотип, что и гетерозигота и гомозигота. Так же, как и при Х-сцепленном наследовании, будет отсутствовать наследование от мужчины к мужчине, что делает его отличным от аутосомных признаков. Одним из примеров Х-сцепленного признака является синдром Коффина-Лоури , который вызван мутацией в гене рибосомного белка. Эта мутация приводит к скелетным, черепно-лицевым аномалиям, умственной отсталости и низкорослости.
X-хромосомы у женщин подвергаются процессу, известному как X-инактивация . X-инактивация — это когда одна из двух X-хромосом у женщин почти полностью инактивируется. Важно, чтобы этот процесс происходил, иначе женщина производила бы в два раза больше нормальных белков X-хромосомы. Механизм X-инактивации будет происходить на эмбриональной стадии. У людей с такими расстройствами, как трисомия X , когда генотип имеет три X-хромосомы, X-инактивация будет инактивировать все X-хромосомы до тех пор, пока не останется только одна активная X-хромосома. Мужчины с синдромом Клайнфельтера , у которых есть дополнительная X-хромосома, также будут подвергаться X-инактивации, чтобы иметь только одну полностью активную X-хромосому.
Y-сцепленное наследование происходит, когда ген, признак или расстройство передаются через Y-хромосому. Поскольку Y-хромосомы встречаются только у мужчин, Y-сцепленные признаки передаются только от отца к сыну. Фактор, определяющий яичко , который находится на Y-хромосоме, определяет мужскую принадлежность индивидуумов. Помимо мужского пола, унаследованного в Y-хромосоме, не обнаружено других Y-сцепленных характеристик.
Родословная — это диаграмма, показывающая родственные связи и передачу генетических признаков в течение нескольких поколений в семье. Квадратные символы почти всегда используются для обозначения мужчин, а круги — для женщин. Родословные используются для выявления множества различных генетических заболеваний. Родословную также можно использовать для определения шансов родителя произвести потомство с определенным признаком.
Анализ родословной позволяет выделить четыре различных признака: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с x-хромосомой или сцепленный с y-хромосомой. Частичная пенетрантность может быть показана и рассчитана по родословным. Пенетрантность — это процентная выраженная частота, с которой особи данного генотипа проявляют по крайней мере некоторую степень определенного мутантного фенотипа, связанного с признаком.
Инбридинг или спаривание между близкородственными организмами можно четко увидеть в родословных. Родословные королевских семей часто имеют высокую степень инбридинга, поскольку для королевской семьи было принято и предпочтительнее вступать в брак с другим членом королевской семьи. Генетические консультанты обычно используют родословные, чтобы помочь парам определить, смогут ли родители произвести на свет здоровых детей.
Кариотип — очень полезный инструмент в цитогенетике. Кариотип — это изображение всех хромосом на стадии метафазы , расположенных в соответствии с длиной и положением центромеры. Кариотип также может быть полезен в клинической генетике, благодаря своей способности диагностировать генетические нарушения. На нормальном кариотипе анеуплоидия может быть обнаружена путем четкого наблюдения любых отсутствующих или дополнительных хромосом. [1]
Окрашивание по Гимзе, g-окрашивание кариотипа может использоваться для обнаружения делеций , вставок , дупликаций, инверсий и транслокаций . G-окрашивание окрашивает хромосомы светлыми и темными полосами, уникальными для каждой хромосомы. FISH, флуоресцентная гибридизация in situ , может использоваться для наблюдения делеций, вставок и транслокаций. FISH использует флуоресцентные зонды для связывания с определенными последовательностями хромосом, что заставит хромосомы флуоресцировать уникальным цветом. [1]
Геномика — это область генетики, занимающаяся структурными и функциональными исследованиями генома. [1] Геном — это вся ДНК, содержащаяся в организме или клетке, включая ядерную и митохондриальную ДНК. Геном человека — это общая коллекция генов человека, содержащаяся в человеческой хромосоме, состоящая из более чем трех миллиардов нуклеотидов. [2] В апреле 2003 года проект «Геном человека» смог секвенировать всю ДНК в геноме человека и обнаружить, что геном человека состоит примерно из 20 000 генов, кодирующих белки.
Медицинская генетика — это раздел медицины , который занимается диагностикой и лечением наследственных заболеваний . Медицинская генетика — это применение генетики в медицинской помощи. Она пересекается с генетикой человека, например, исследования причин и наследования генетических заболеваний рассматриваются как в рамках генетики человека, так и в рамках медицинской генетики, в то время как диагностика, лечение и консультирование лиц с генетическими заболеваниями считаются частью медицинской генетики.
Популяционная генетика — это раздел эволюционной биологии, отвечающий за исследование процессов, вызывающих изменения в частотах аллелей и генотипов в популяциях на основе менделевского наследования . [3] На частоты могут влиять четыре различные силы: естественный отбор , мутация , поток генов (миграция) и генетический дрейф . Популяцию можно определить как группу скрещивающихся особей и их потомков. Для генетики человека популяции будут состоять только из человеческого вида. Принцип Харди–Вайнберга — широко используемый принцип для определения частот аллелей и генотипов.
В дополнение к ядерной ДНК , люди (как и почти все эукариоты ) имеют митохондриальную ДНК . Митохондрии , «электростанции» клетки, имеют свою собственную ДНК. Митохондрии наследуются от матери, и их ДНК часто используется для отслеживания материнских линий происхождения (см. митохондриальная Ева ). Митохондриальная ДНК имеет длину всего 16 кб и кодирует 62 гена.
Система определения пола XY — это система определения пола, обнаруженная у людей , большинства других млекопитающих , некоторых насекомых ( Drosophila ) и некоторых растений ( Ginkgo ). В этой системе пол особи определяется парой половых хромосом ( гоносом ). У самок есть две одинаковые половые хромосомы (XX), и они называются гомогаметным полом . У самцов есть две различные половые хромосомы (XY), и они называются гетерогаметным полом .
Сцепление с полом — это фенотипическое выражение аллеля, связанного с хромосомным полом индивидуума. Этот способ наследования отличается от наследования признаков на аутосомных хромосомах, где оба пола имеют одинаковую вероятность наследования. Поскольку у людей гораздо больше генов на X, чем на Y , существует гораздо больше признаков, сцепленных с X, чем с Y. Однако женщины несут две или более копий X-хромосомы, что приводит к потенциально токсичной дозе генов , сцепленных с X. [4]
Чтобы исправить этот дисбаланс, самки млекопитающих выработали уникальный механизм компенсации дозировки . В частности, посредством процесса, называемого инактивацией Х-хромосомы (XCI), самки млекопитающих транскрипционно подавляют одну из своих двух X сложным и высокоскоординированным образом. [4]
Генетический
Хромосомный
[35]