gene and genome - bmshptyh.pnt.edu.vn · gene and genome nguyen le thanh (mres) [email protected]...
TRANSCRIPT
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 2
TABLE OF CONTENT
1. Overview of gene and genome
2. DNA and RNA
3. The cellular genetic processes• Replication
• Transcription
• Translation
303/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 4
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 5
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 6
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 7
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 8
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 9
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 10
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 11
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 12
STRUCTURE OF A GENE=
A RUNNING TRACK
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 13
WARMINGAREA
REGULATORYSEQUENCE
STARTCODON
TERMINATOROPEN READING FRAME(ORF)
CODING REGION
RUNNING TRACK
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 14
WARMINGAREA
REGULATORYSEQUENCE
STARTCODON
TERMINATOROPEN READING FRAME(ORF)
CODING REGION
RUNNING TRACK
REGULATORY SEQUENCE
1503/10/2019
Prokaryotes
BM HS-SHPT Y HỌC
Eukaryotes
ORF: PROKARYOTES
1603/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
1703/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
ORF: EUKARYOTES
1803/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
TERMINATOR
Summary: Gene structure
Prokaryotes
Eukaryotes
1903/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 20
GENOME
Human genome2n = 46n = 23
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 21
GENOME
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 22
GENOME
Mouse genome2n = 40
23
GENOME
98% similarity
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 24
GENOME
So what makes us HUMANS???
The need to understand more about human genes
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 25
HUMAN GENOMEPROJECT
• About 25,000 genes in the human genome
• Regulatory genes– promoter sequences
– regulatory sequences (enhancers, silencers, etc.)
– intervening sequences (introns)
– initiation and termination sequences
– telomeric sequences
– centromere sequences
– pseudogenes (have start and stop codons, but are inactive)
– repetitive DNA
– transposable genetic elements
• Most mutations occur in males (sperm)
• 3% of genes code for proteins
• 97% of junk DNA??? Nothing to do with genes!!!
Under study
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 26
HUMAN GENOMEPROJECT
• Compare human genes and those of other organisms discover gene functions, identify important genes
• Information from DNA develop new ways to treat, cure, or even prevent diseases
– Targeted drug/treatment
– Screening for diseases (Eg: prenatal checkup)
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 27
HUMAN GENOMEPROJECT
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 28
03/10/2019 29
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 30
99.9% similarity
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 31
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 32
GENETIC VARIATION
• Polymorphism (đa hình)– One gene TWO ALLELES
• Single nucleotide polymorphisms (SNPs) 1%
• Structural variation (copy-number variation and deletions, inversions, insertions and duplications) 2,100 to 2,500 structural variations/person
• Gene expression
• Etc.
NO two identical people
Total of 324 million known variants
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 33
GENETIC VARIATION
• Structural variation– Copy-number variation
– Deletions
– Inversions
– Insertions
– Duplications
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 34
GENETIC VARIATION
• Structural variation– Copy-number variation
– Deletions
– Inversions
– Insertions
– Duplications
TRANSPOSON(TRANSPOSABLE
ELEMENT = JUMPING GENES)
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 35
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 36
TRANSPOSABLE ELEMENTS (TEs)
INSERTION SEQUENCE
(IS)
MECHANISM
TWO BASIC METHODS
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 39
TRANSPOSABLE ELEMENTS (TEs)
• TEs come in many different forms and shapes– Retrotransposons (RNA intermediate)
– DNA transposons (DNA intermediate)
• Balance between TE expression and repression
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 40
CLASS I: RETROTRANSPOSONRNA INTERMEDIATE
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 41
CLASS II: DNA TRANSPOSONDNA INTERMEDIATE
TRANSPOSONS: PROKARYOTE
• Plasmid bacteria
• Transposon plasmid
bacterial chromosome /plasmid
• Multiple drug-resistant plasmids
4203/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
• TEs are not randomly distributed in the genome
• TEs are an extensive source of mutations and genetic polymorphisms
• TEs are associated with genome rearrangements and unique chromosome features
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 43
TRANSPOSONS: EUKARYOTE
• Induce mutations (Insertional mutagenesis)
• Genetic modification
• Transformation vectors for transferring genes between organisms, developing plasmid to transfer genes
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 44
TRANSPOSONS APPLICATION
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 45
• Polymers of nucleotides. Nucleic acids. Phosphate backbone
• Genetic materials, passing inheritance information
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 47
DNA & RNA SIMILARITIES
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 48
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 49
DNA RNA
Base Thymine Uracil
Strand Double Single
Sugar Deoxyribose(Less reactive)
Oxyribose(More reactive)
Length Long Short
Lifespan Longer Shorter
Function Store genetic information Passing information
Location(Eukaryote)
Nucleus Cytoplasm
Eukaryotes Prokaryotes
protein
CircularUnfolded chromosome
Folded, loopedchromosome
Folded, supercoiled chromosome
5003/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Central Dogma
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 51
• mRNA: messenger RNA– 2%
– mRNA transcribes the genetic code from DNA into a form that can be read and used to make proteins
– Eukaryotes: mRNA carries genetic information from the nucleus to the cytoplasm of a cell premature RNA mRNA
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 52
DIFFERENT TYPES OF RNAS
• tRNA: transfer RNA– Cellular cytoplasm
– Involved in protein synthesis
– Transfer RNA brings amino acids to the ribosome that corresponds to each three-nucleotide codon of rRNA. The amino acids then can be joined together and processed to make polypeptides and proteins.
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 53
DIFFERENT TYPES OF RNAS
• rRNA: ribosomal RNA– Cellular cytoplasm
– rRNA directs the translation of mRNA into proteins
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 54
DIFFERENT TYPES OF RNAS
• miRNA: micro RNA– Short non-coding RNAs that regulate gene expression post-transcriptionally
– Bind to the 3'-UTR (untranslated region) of their target mRNAs and repress protein production by destabilizing the mRNA and translational silencing.
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 55
DIFFERENT TYPES OF RNAS
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 56
03/10/2019 57
3. GENETIC PROCESSES
DNA REPLICATION
5903/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
SEMICONSERVATIVE
6003/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
DNA REPLICATION
i. Quá trình bán bảo tồn (Semi-conservative)
ii. Gốc sao chép (origins of replication - ori)
iii. Chiều 5' 3'
iv. Gián đoạn ở một trong hai chuỗi
v. “Mồi“ (RNA primer)
vi. Protein enzyme đặc hiệu. 6103/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
DNA REPLICATION – Prokaryote
6203/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
6303/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
DNA REPLICATION – Prokaryote
6403/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
DNA REPLICATION – Eukaryote
6503/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
TRANSCRIPTION
6603/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Đơn vị phiên mã
• DNA gồm 3 phần chính: promoter, trình tự mã hóa, và kết thúc phiên mã (terminator)
6703/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
68BM HS-SHPT Y HỌC
Prokaryote Transcription03/10/2019
6903/10/2019 Prokaryote Transcription TerminationBM HS-SHPT Y HỌC
7003/10/2019
Eukaryote Transcription
Initiation
BM HS-SHPT Y HỌC
7103/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Eukaryote Transcription
Quá trình trưởng thành của mRNA
7203/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Quá trình trưởng thành của mRNA
Quá trình cắt nối pre mRNA – splicing
– Cắt bỏ các đoạn intron và nối các đoạn exon
– Enzyme là splicesome (thể cắt nối)
7303/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
TRANSLATION
7403/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Mã di truyền
7503/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
tRNA
7603/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Ribosome
7703/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
Quá trình dịch mã
• Không có sự khác biệt lớn trong quá trình dịch mã giữa prokaryote và eukaryote, trừ giai đoạn mở đầu
i. giai đoạn mở đầu (initiation)
ii. giai đoạn kéo dài (elongation)
iii. giai đoạn kết thúc (termination)
7803/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
pro
kary
ote
eukaryo
te
7903/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
8003/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
IN SUMMARY
8103/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
• Gene là gì? Genome là gì?
• Có bao nhiêu loại gene?
• Cơ thể có cơ chế gì để đảm bảo số lượng gene phù hợp với lượngchức năng nhiệm vụ nó bảo đảm?
• Khác nhau giống nhau DNA và RNA? Tại sao?
• Chức năng nhiệm vụ của DNA và RNA? Tại sao?
• Giai đoạn nào của các quá trình truyền tải thông tin di truyền làquan trọng nhất? Tại sao? Có sự giống nhau giữa các tế bàoprokaryote và eukaryote không? Nếu có thì như thế nào? Nếukhông thì tại sao?
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 82
Tài liệu tham khảo• Pray, L. (2008) Transposons, or jumping genes: Not junk
DNA? Nature Education 1(1):32• Griffiths, A. J. (2005). An introduction to genetic
analysis. Macmillan.• Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A.,
Minorsky, P. V., & Jackson, R. (2014). Campbell biology(p. 135). Boston: Pearson.
• Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
8303/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC
THANK YOUAny question?
03/10/2019 BM HS-SHPT Y HỌC 84