1. Základy genetiky

Nesmyslné mutace
 
(nonsense mutation), které zapříčiní vznik předčasného terminačního 
k
odonu v sekvenci DNA. Syntéza takového polypeptidu paki není dokončena a výsledkem je 
zcela nefunkční protein. Tyto mutace jsou způsobeny delecí nebo inzercí určitého mnoţství 
bází, pokud nejde o 3n násobek.
 
 

Dynamické mutace
 
Dynamické mutace jsou speciálním typem mutací. Jsou spojené s fenoménem
 
expanze repetitivních 
sekvencí
 (typicky jde o expanzi
trinukleotidových repetic). Bylo zjištěno, ţe u některých chorob 
(
Huntingtonova chorea
, 
syndrom fragilního X chromozomu
, 
myotonická 
dystrofie
 
či
 
Friedrichova ataxie
) nalézáme oproti normálu zvýšený počet trinukleotidových repetich 
(existují i dinukleotidové a jiné repetice) na specifickém úseku genomu. Vinou
 
nepřesností při 
replikaci
 
tohoto úseku, můţe docházet ke
 
zvyšování
 
počtu trinukleotidovýc repetic. V rámci jedné 
rodiny se tak můţe počet repetic z generace na generaci zvyšovat.Pokud nepřesáhne počet repetic 
kritické číslo (k rozvoji choroby), ale je oproti normálu zvýšen, označuje se tento stav jako
 
premutace
. 
Jakmile je tento kritický počet dosaţen či překročen, dojde k
 
plné mutaci
 a u jedince se manifestuje 
příslušná choroba.
 
Pokud k nondisjunkci dojde při meiotickém dělení (při I. nebo II. meiotickém dělení) během vzniku 
pohlavních buněk (nondisjunkce na germinální úrovni), potom bude mít zygota k jejímuţ v
zniku 
přispěla tato aberovaná gameta nestandardní počet chromosomů a tím pádem kaţdá buňka jedince, 
který z této zygoty vznikne (tedy pokud vůbec bude vývoj dále pokračovat...), bude mít aberovaný 
karyotyp. Pokud k dojde k nondisjunkci aţ během mitózy 
- vz
niká chromosomová mozaika 
- 
viz níţe.
 
Somatické a gametické mutace
 
Somatické mutace
 
jsou mutace, které postihují somatické ("tělové") 
- 
tedy nepohlavní buňky 
organizmu v průběhu jeho ţivota. Mutace v těchto buňkách vedou k lokálnímu postiţení 
- 
poškozené 
b
uňky hynou apoptózou či nekrózou, případně mutace mohou nastartovat proces maligní 
transformace, který povede ke vzniku nádorového onemocnění. Důleţité je, ţe mutace v somatických 
buňkách se
 
nepřenáší na další generace
. 
Gametické mutace
 
jsou mutace vzniklé
 
v gametách 
- 
pohlavních buňkách organizmu. Nebezpečí 
těchto mutací spočívá v tom, ţe jakmile dojde s pomocí mutované gamety k oplození a ke vzniku 
zygoty - 
bude se příslušná mutace následně i v této zygotě nacházet.
 
Jelikoţ ze zygoty vznikají v 
průběhu vývoje všechny buňky těla
 
(somatické buňky i gamety) 
- 
bude se příslušná mutac
e 
nacházet
 
ve všech buňkách organizmu
 
coţ se typicky projevuje fenotypem příslušné gentické 
choroby a navíc se tato mutace můţe
 
přenášet do dalších generací
. 
Význam mutací
 
Z hledis
ka klinické genetiky, jsou to právě mutace, které způsobují
 
genetické choroby, vývojové vady 
nebo nádorové bujení. Ovšem vzhledem k tomu, ţe jen malá část lidského genomu (asi 1,5 %) 
skutečně kóduje proteiny, dochází k většině mutací v nekódujících oblastech. I zde však mohou 
mutace působit negativně, pokud změní sekvenci promotoru, regulační oblasti transkripce nebo 
signální sekvenci pro sestřih pre
-
mRNA. Závaţnější projev mají mutace v kódujících oblastech.
 
Z pohledu 
evoluce
 jsou mutace velmi 
uţitečné
. Dříve byly dokonce povaţovány za hybnou sílu 
evoluce, dnes jim jiţ tak obrovský význam přiznáván není. Mutace mohou být z evolučního hlediska 
nevýhodné, neutrální nebo výhodné. Největší šanci udrţet se a následně zasáhnout do evoluce mají 
mutace výhodné, ani
 
ty se však nemusí udrţet a mohou být z
 genofondu 
vyeliminovány.
 
8)
 
Mutageny 
Mutageny
 
jsou faktory, které jsou schopny způsobovat
 mutace
, tedy měnit genetickou informaci 
organizmu. Mutageny jsou předmětem i nástrojem genetického výzkumu. Mutace můţeme i uměle
 
indukovat, coţ se vyuţívá k pokusům na modelových organismech, zejména pro studiem exprese 
genů. Experimentálně se také testují potencionální mutagenní účinky nových chemických látek. Z 
pohledu klinického genetika jde pak především o neţádoucí faktory vnějšího prostředí, které mohou 
poškodit genetickou informaci člověka.
 

Rozdělení mutagenů
 
Mutageny jsou faktory různé povahy. Obecně se proto rozdělují do tří hlavních skupin:
 

 
Fyzikální mutageny
 

 
UV záření 
- 
zdrojem je Slunce, nebezpečné je zejména vzhledem ke
 
slábnoucí 
ozonové vrstvě
 

 
Ionizující záření 
- 
radioaktivní nebo RTG záření. Můţe způsobovat chromozomové 
zlomy (mutageny způsobující chromozomální zlomy se obecně označují 
jako 
klastogeny
). 

 
Chemické
 

 
Aromatické uhlovodíky 
- 
v tabákovém kouři a produktech spalování vůbec
 

 
Barviva - 
např. akridinová barviva
 

 
Organická rozpouštědla
 

 
Některé dříve běţně uţívané látky 
- 
např. součásti plastů (PCB), hnojiv, herbicidů, 
insekticidů (DDT) nebo i léčiv
 

 
Bojové látky 
- 
např. yperit
 

 
Biologické
 

 
Viry - 
některé viry (retroviry) se mohou inkorporovat do genetické informace 
infikované buňky, čímţ mohou porušit sekvenci některého strukturního genu, nebo 
jeho regulační oblasti, promotor aj.
 

 
Mobilní genomové sekvence 
- transpozony a retrotranspozony - 
mohou působit 
stejným mechanism
em jako retroviry - 
tj. inzercí na "nesprávné" místo v genomu.
 
Další dělení mutagenů rozlišuje, zda mutagenně působí samotný mutagen, nebo zda působí 
zprostředkovaně.
 

 
Přímé mutageny
 - 
působí mutagenně přímo.
 

 
Nepřímé mutageny
 - 
nepůsobí mutagenně přímo, nejprve musí být v buňce přeměněny na 
vlastní mutagenní formu, nebo vedou ke vzniku faktorů, které jiţ jsou samy o sobě mutagenní.
 
 
Mutageny a klinická genetika
 
Působení mutagenů na lidského jedince se můţe projevit několika různými způsoby.
 

 
U dospělého člověka mohou některé mutageny působit jako
 
karcinogeny
 
a způsobit tak 
zhoubné bujení (rakovinu). Principem nádorové transformace je vznik mutací v somatických 
(tělních) buňkách.
 

 
Pokud mutageny způsobí mutace v pohlavních buňkách (gametách), dojde ke vzniku mut
ace, 
která se u příslušné osoby neprojeví, ale projeví se u potomka, který z gamety s příslušnou 
mutací vznikne. Takovéto případy "
nové mutace
" (ani jeden z rodičů příslušnou genetickou 
chorobu nemá) jsou relativně častou příčinou vzniku různých monogenních chorob (například 
achondroplázie).
 

 
Některé mutageny mohou mít účinkovat i jako
 
teratogeny
 - 
tedy způsobovat poruchy 
prenatálního vývoje jedince (čímţ vznikají
 
vývojové vady
). 
Ne kaţdá látka (či faktor) s mutagenním účinkem se ovšem zároveň uplatňuje jako
 karcinogen nebo 
teratogen. Naopak - 
ne kaţdý teratogen či karcinogen musí být zároveň i mutagen. Proto nelze tyto tři 
pojmy v ţádném případě povaţovat za synonyma.
 
Testování genotoxicity
 
Pro ověřování genotoxických (mutagenních) účinků různých vnějších faktorů existuje skupina 
specializovaných testů. Ověřuje se jak mutagenní potenciál samotných látek (např. chemikálií) –
 in 
vitro
, tak i současný stav jedince po expozici mutagenům –
 testy in vivo. 

Amesův test
 
je klasickým testem pro stanovení mutagenního potenciálu různých chemikálií. Původní 
provedení tohoto testu počítá se speciálním kmenem bakterie
 Salmonella typhimurium
, který má 
mutovaný gen, jeţ bakterii umoţňuje syntetizovat aminokyselinu histidin. Jelikoţ bakterie roste na 
ţivné půdě, která tuto aminokyselinu neobsahuje, nemá bakterie k této aminokyselině přístup a 
nepřeţívá. Test probíhá tak, ţe tento kmen bakterie je vystaven působení zkoumané látky. Poté je 
sledován růst těchto kolonií na oné ţivné půdě bez histidinu. Procento přeţívajících kolonií
 ukazuje na 
mutagenní potenciál zkoumané látky –
 
nastane totiţ "mutace mutace" –
 
tedy zpětná mutace, kdy 
vlastně dojde k opravě původně defektního genu, čímţ bakterie získá opět schopnost syntetizovat 
histidin (a přeţít).
 
Test ZCHA (ZCA)
, neboli Z
ískaných
 Ch
romozomálních
 A
berací nám umoţňuje zhodnotit vliv 
mutagenů na struktury in vivo. Provedení testu je velmi jednoduché. Po odběru periferní krve a 
kultivaci získaných lymfocytů hodnotíme procento aberantních buněk, tj. buněk s chromozomální 
aberací. Tato metoda informuje o expozici vyšetřovaného jedince mutagenům v průběhu několika 
posledních měsíců. Hodnoty (přibliţně) do 3
 
% jsou normální, mezi 3
 % a 5 
% hraniční a nad 5
 % 
vysoké. Toto vyšetření se můţe provádět například i v rámci preventivních prohlídek
 
zaměstnanců 
pracujících v prostředí s vyšším rizikem genotoxicity.
 
Další příklady genotoxických testů naleznete v kapitole
 
genetické testy
. 
5.
 
Základy dědičnosti 
1)
 
Geny a dědičné znaky 
Gen je specificky uloţená jednotka dědičné informace. Z molekulárního hlediska jde o úsek nukleové 
kyseliny se specifickým pořadím nukleotidů, které podmiňuje strukturu a funkci genového produktu. Do 
jeho struktury patří i regulační sekvence, jako je promotor nebo terminátor, které jsou rozeznávány 
polymerázami a umoţňují tak správné a ohraničené zpracování dědičné informace nesené konkrétním 
genem (více v sekci
 
molekulární genetika
). 
Jako 
pseudogen
 
označujeme "mrtvý" gen, který není aktivní a jehoţ informace není realizována 
(důvodem inaktivity jsou většinou nefunkční nebo chybějící regulační sekvence).
 
Geny můţeme rozdělit podle jejich účinnosti při realizaci dědičného znaku.
 
a) Monogenní
 
Geny velkého účinku, na tvorbě znaku se podílí málo genů (často jen jeden), většinou 
jde o znak kvalitativní. Jsou rozhodující pro monogenní typ dědičnosti.
 
b) Polygenní
 
Geny malého účinku, na tvorbě znaku se podílí více genů, nezanedbatelný je i vliv 
vnějšího prostředí, většinou ovlivňuje kvantitativní znaky. Jsou rozhodující pro polygenní typ 
dědičnosti
 
Dále se geny dělí podle jejich funkce:
 
a) 
Strukturní
 
Kódují strukturu bílkoviny.
 
b) Regulační
 
Podle nich vytvořené bílkoviny regulují expresi strukturních genů, ovlivňují diferenciaci 
buněk.
 
c) RNA geny
 Dle nich se syntetizuje tRNA a rRNA. 

Umístění genů a genová vazba
 
Geny jsou uloţeny na chromos
omech za sebou - 
ve specifickém a neměnném pořadí. Kaţdý gen tak 
má své unikátní místo na určitém chromosomu a na jeho určité části 
- 
toto místo označujeme 
jako 
genový lokus
. 
O genech uloţených na 1 chromozomu říkáme, ţe jsou spolu v
 
genové vazbě
. Podle Mendelova 
zákona
 
o nezávislé kombinovatelnosti alel se dva různé geny dědí nezávisle na sobě. To ovšem zcela 
platí pouze o genech uloţených na různých chromosomech. Geny, uloţené na jednom chromosomu, 
by se tedy měly dědit společně. Ani to však nemusí být pr
avda - 
díky procesu zvanému
 
crossing-
over
. Jde o proces vzájemné rekombinace některých genů navzájem mezi párem homologních 
chromosomů během meiózy. Pravděpodobnost, se kterou proběhne crossing
-over tak, aby se dva 
různé geny z jednoho chromosomu přenesly nezávisle na sobě, označujeme jako
 
sílu genové vazby
. 
Jako první se touto problematikou zabýval
 
Thomas Hunt Morgan
 (1866 - 1945, Nobelova cena za 
lékařství a fyziologii 1933). Čím je vzdálenost mezi geny na chromosomu větší, tím je větší i 
pravděpodobnost rekombinace mezi nimi a síla genové vazby klesá. Naopak, pokud jsou oba 
sledované geny na chromosomu velmi blízko sebe, stoupá síla genové vazby a klesá 
pravděpodobnost rekombinace. Sílu vazby lze při známých výsledcích kříţení vypočíst z 
rekombinačního zl
omku: 
θ = počet rekombinovaných jedinců / počet všech jedinců
 
Jednotkou genové vzdálenosti je na Morganovu počest
 
1 Morgan - M
, respektive se uţívá 
centimorgan - cM. 
Centrální dogma
 
Centrální dogma představuje základní pohled na přenos realizaci genetické informace. Základní 
schéma tohoto dogmatu muselo být několikrát modifikováno, my se jej předvedeme v jednodušší 
formě, zachycující realizaci znaku:
 
DNA (Gen)
 -> transkripce -> 
mRNA
 -> translace -> 
protein
 -> 
uplatnění proteinu
 -> 
dědičný znak
 
Pokud je v ge
nu přítomná
 mutace
, syntetizuje se pozměněný nebo vůbec ţádný protein, coţ má za 
následek odlišný projev dědičného znaku a tím tato mutace můţe podmiňovat vznik 
některých
 
genetických chorob
. 
Dědičné znaky
 
Dědičné znaky jsou vlastnosti organismu vzniklé expresí genů. Jejich soubor v rámci jednoho 
organismu se nazývá
 
fenotyp
. Některé mohou být pozorovatelné, některé jsou zjistitelné pouze za 
pomoci speciálních vyšetření. Z hlediska uplatnění je dělíme na:
 
a) Anatomicko - 
morfologické
 
b) Fyziologické
 
c) Psycho
logické
 
Dále je moţné znak dělit podle jejich "měřitelnosti":
 
a) Kvalitativní
 
Znaky neměřitelné, tvoří několik odlišných variant. Např. krevní skupiny v AB0 systému 
(skupina A, B, AB nebo 0). 

b) Kvantitativní
 
Znaky měřitelné, tvoří plynulou řadu variant, moţno vyjádřit Gaussovou křivkou. 
Např. výška jedince (lze změřit a vyjádřit v cm).
 
2)
 
Alely 
V diploidní buňce existují pro jeden
 gen 2 alely
, tedy konkrétní formy genu. Alelu (případně alely), 
která se vyskytuje běţně v populaci a podmiňuje normální (zdravý) fenotypový znak nazýváme alelou 
divokou. Alela, jejíţ sekvence nukleotidů byla změněna
 
mutací
 
(a můţe tak podmiňovat patologický 
znak), pak označujeme jako alelu mutovanou.
 
V případě diploidního organismu, jakým je třeba i člověk, nacházíme v buňce vţdy 2 alely příslušného 
genu. Pokud jsou tyto stejné 
- 
je takovýto jedinec označený jako
 
homozygot
. Pokud jsou tyto alely 
různé 
- 
označuje se tento jedinec jako
 
heterozygot
. 
U heterogametického pohlaví existují učité geny uloţené na
 gonozomech
, které se u daného
 jedince 
vyskytují pouze v jedné kopii 
- 
pro tyto geny se příslušný jedinec označuje jako
 
hemizygot
. 
V klinické genetice se v souvislosti s
 
genetickými chorobami
 
pouţívá výrazu
 
sloţený heterozygot
, 
coţ označuje stav, kdy má jedinec obě své alely
 
mutované
, 
ovšem v kaţdé alele je tato mutace jiná.
 
V populaci se pro daný lokus můţe vyskytovat více neţ jedna alela. Pokud se méně častá alela 
vyskytuje alespoň v 1% lokusů, potom je populace pro daný lokus
 
polymorfní
. Pokud je to v méně 
neţ 1% lokusů 
- potom jde o 
vzácnou variantu.
 
Například pro krevní skupiny AB0 systému u člověka se v populaci běţně vyskytují alely A, B a 0. 
Takovýto stav, kdy se pro daný lokus běţně v populaci vyskytuje více alel, se nazývá
 
mnohotná 
alelie
 
Mezialelické vztahy mezi alelami stejné
ho genu 
Úplná dominance a recesivita
 - 
Dominantní alela úplně potlačí projev recesivní alely. Dominantní 
alela je tedy taková, která se projeví i v heterozygotní kombinaci. Ukaţme si to například na 
dědičnosti
 
krevních skupin
 
u člověka: A 
- 
tvoří se aglutinogen A (krevní skupina A); 0 
- 
netvoří se 
ţádný aglutinogen (krevní skupina nula); homozygot AA 
- 
krevní skupina A; homozygot 00 
- 
krevní 
skupina nula; heterozygot A0 - 
krevní skupina A (aglutinogen A se tvoří).
 
Poznámka: Je zvykem dominantní alelu označovat velkým písmenem (A) a recesivní alelu písmenem 
malým (a). Divoká (wild type) alela (tedy normální varianta vyskytující se ve volné přírodě) se 
označuje symbolem + (plus).
 
Neúplná dominance a recesivita
 - 
Dominantní alela nepotlačuje recesivní alelu úplně, recesivní alela 
se také částečně projeví. Uvedeme si příklad na barvě květů u hypotetické květiny: A 
- 
červená barva; 
a - 
bílá barva; homozygot AA 
- 
červená barva; homozygot aa 
- 
bílá barva; heterozygot Aa 
- 
růţová 
barva. 
Kodominance
 - 
Obě přítomné alely se u heterozygota projeví v celé míře a navzájem se neovlivňují. 
Opět uvedeme příklad s lidskými krevními skupinami. Alely A a B jsou vůči sobě kodominantní a vůči 
alele 0 dominantní. Heterozygot A0 
- skupina A; heterozygot B0 - skupina B; heterozygot AB - skupina 
AB (tvoří se oba aglutinogeny); homozygot AA 
- skupina A; homozygot BB - skupina B; homozygot 00 
- skupina nula. 
Superdomianance
 - 
Heterozygot (Aa) vykazuje silnější formu znaku neţ oba typy homozygotů (aa, 
AA) 

Genové interakce
 
V předcházejícím
 
textu jsme si ukázali, jakým způsobem se alely jednoho genu mohou podílet na 
konečném vyjádření dědičného znaku. Existují však i interakce mezi různými páry alel (nealelické 
interakce nebo interalelické interakce), které teprve určí konečnou expresi dědičného znaku. Uvedeme 
si příklady na vztahu dvou alelových párů (tedy na dihybridismu, jak jej popisuje
 
3. Mendelův zákon
): 
Komplementarita
 - 
Znak se projeví, pokud je přítomná alespoň jedna dominantní alela od kaţdého z 
obou genů. Znak tedy najdeme u jedinců s genotypem AaBb, AABb, AaBB, AABB. Naopak u jedinců, 
kde je jedna alela v homozygotně recesivní kombinaci, znak nepozorujeme 
- aabb, aaBb, aaBB, 
Aabb, AAbb. Rozdělení fenotypů by tudíţ nebylo klasických 9:3:3:1, ale
 
9:7
. 
Epistáze
 - Je jev, kdy jeden gen 
je přímo nadřazený druhému genu a ovlivňuje tak jeho projev. Je to 
vlastně taková analogie ke vztahu dominance a recesivity dvou alel jednoho genu (viz výše).
 
U 
recesivní epistáze
 
recesivně homozygotní kombinace nadřazeného genu úplně potlačí případný 
pro
jev genu podřazeného. Je to taková situace jako kdybyste sice měli červenou barvu na plot (projev 
podřazeného genu), ale neměli ţádný plot (projev nadřazeného genu v recesivně homozygotní 
kombinaci). Potom byste sice měli předpoklad pro červený plot (červenou barvu), ale protoţe ţádný 
plot nemáte 
- 
potom se to nemůţe projevit. Přesně takto funguje tzv. Bombay fenotyp u 
lidských
 
krevních skupin. Pokud se nesyntetizuje H antigen (genotyp hh), potom se nemůţe projevit 
gen kódující krevní skupinu ABO systému (například skupinu A 
- 
třeba genotyp AA). Jedinec tedy 
nebude mít na erytrocytech antigeny A, ačkoli má alelu pro jeho tvorbu. Očekávaný štěpný poměr 
je 
9:3:4
. 
U 
dominantní epistáze
 
je situace obdobná, pouze nadřazený gen potlačuje projev podřazeného 
genu, p
okud je přítomna alespoň jedna jeho dominantní alela (můţe tedy být v heterozygotní i 
dominantně homozygotní kombinaci). Očekávaný štěpný poměr je
 
12:3:1
. 
3)
 
Zákony dědičnosti 
Dědičnost je ojedinělá vlastnost ţivých organismů. Díky ní dochází k přenosu určitých znaků z 
rodičovské generace na generaci potomků. Tento přenos z generace na generaci označujeme 
jako 
vertikální přenos
 
dědičné informace (shora dolů 
- 
jak můţeme pozorovat v
 rodokmenu). Mimo to 
existuje i 
horizontální přenos
 
dědičné informace (mezi jedinci téţe generace), coţ je typické 
například pro
 bakterie 
(více v příslušné kapitole).
 
Budeme-
li se zabývat dědičností znaků, je důleţité si uvědomit, jakým způsobem se příslušný druh 
rozmnoţuje. Například u člověka, který se rozmnoţuje pohlavně, získává nový jedinec polovinu 
genetické informace od otce a polovinu od matky. Nopak třeba u bakterií, nebo i u jiných nepohlavně 
se rozmnoţujících organismů, vzniká nový jedinec z jedince původního. V případě bakterie vzniknou 
dělením mateřské buňky dvě identické buňky dceřinné. V případě tasemnice, vznikají potomkové 
různí, neboť tasemnice je hermafrodit, který tvoří samčí i samičí gamety (pohlavní buňky). Dědičná 
informace v těchto gametách však můţe být různá (viz dále) 
- 
potomci tasemnice tak nejsou všichni 
ide
ntičtí, jak je tomu v případě bakterie.
 
Bakterie a ostatní prokaryotní organismy mají ještě jednu zvláštnost. Jsou