مواضيع المحاضرة:
background image

 

 

115

 

 

 

The genes on the X and Y chromosomes:

 

* 122 genes (May 2007) have been mapped to the Y chromosome.                                                          
-  Many of the Y chromosome genes contain the instructions to make the baby develop as a male 
rather than a female                                                                                                                                            
 Without the presence of the Y chromosome genes, the baby will develop into a female                 
* In rare cases
, a male baby is born with his cells containing 47 chromosomes: made up of 44 
autosomes, two X chromosome copies and the Y chromosome (Klinefelter (XXY)                
syndrome)
 Despite the presence of the two copies of the X chromosomes in the cells, the baby still 
develops as a male because of the instructions issued by the Y chromosome genes

 

The genes on the X chromosome                                                                                      
Unlike the Y chromosome, the X chromosome is ‘gene rich’ with 1021 genes      
   mapped to it (May 2007).                                                                                                 
Many of the X chromosome genes are very important for growth and                  
  development;                                                                                                                
       

  

                                                                                                                             

e: 

Exampl
-  the genes that contain the instructions for a major protein in muscles                  
   (dystrophin                                                                                                                        
-
  several proteins that control clotting in the blood and                                              
-  a number of genes involved in the development of intelligence.

 

 

                       

                                            

Sex linkage inheritance

* Sex linkage is the phenotypic expression of an allele related to the  sex chromosome of the 
individual.                                                                                                                                                                
-  
This mode of inheritance is in contrast to the inheritance of traits on autosomal                       
chromosomes, where both sexes have the same probability of inheritance.                                           
-  
Since humans have many more genes on the X than the Y, there are many more X-linked       
traits than Y-linked traits.                                                                                                                                   
Disease caused by genes on the X chromosome are said to be X-linked  and specific                
genetic conditions may result:  hemophilia, muscular dystrophy and fragile X syndrome.                

              

linked dominant 

-

X

a few 

although there are also 

linked disease is recessive, 

-

Most X


diseases. 

 

 

 


background image

 

 

116

 

        

                

development:

is a special feature of female 

X inactivation 

* In mammals, the female is the homozygous sex, with two X chromosomes (XX), while the male is 
heterozygous, with one X and one Y chromosome (XY).                                                                               

        

who first hypothesized that one X chromosome in each 

Mary Lyon 

In the early 1962s D

  

-
somatic cell of the female is inactivated.                                                                                                         
-  This would result in dosage compensation, that means an equalization of X-linked gene          
products in males and females. This system of ‘switching off’ of one of the X chromosome copies is 
seen in all mammals and is often called lyonization. 

 

The Lyon hypothesis stated that X inactivation occurs very early in female embryonic       

development (at late blastocyst stage in humans),                                                                              

 

- 
 that X chromosome contributed by the father is inactivated in some cells, where as in other 
cells the X chromosome contributed by the mother is inactivated.                                                       
-  Each cell chooses one of the two X chromosomes at random to be inactivated, so the       
maternally and paternally derived X chromosomes will each be inactivated in about half of the 
embryo's cells

  

* The maternal and paternal X chromosomes are both active in the zygote and in early              
embryonic cells. X inactivation then take place, resulting in cells having either an active          
paternal X or an active maternal X chromosome. Females are thus X chromosome                    
mosaics, as shown in the tissue sample at the bottom of the figure.                                                   
Once X chromosome is inactivated in a cell, it will remain inactive in all descendants of that cell

 

* As a result of X-inactivation, all normal females have two distinct populations of cells: one 
population has an active paternally derived X- chromosome, and the other is an active 
maternally derived X chromosome.                                                                                                            
*
 With two populations of cells, females are mosaics for the X chromosome. Males are not 
mosaics but are hemizygous for the X chromosome.                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

117

 

* In each body cell (somatic cell) of the developing baby girl, one of the X 
chromosomes becomes very shortened and condensed so that most of its 
genes are not able to be ‘read’ by the cells. An examination of female cells 
under a microscope reveals a dark body in the cell (called a Barr body) or sex 
chromatin body
 near the membrane of the interphase nucleus which is 

.

inactivated X chromosome

 

Linked Recessive Inheritance:

 

-

X

 

* X-linked recessive traits are expressed in all heterogametics and  homogametics that are 
homozygous for the recessive allele.                                                                                                           
-  
Because females inherit two copies of the X chromosome, they can be homozygous for a 
disease allele at a given locus, heterozygous, or homozygous for the normal allele at the locus    
- In females
, an X-linked recessive trait behaves much like an autosomal recessive trait.      
However only one X chromosome is active in an individual somatic cell. This means that about 
half of the cells in a heterozygous female will express the disease allele and half will express the 
normal allele. Thus as with autosomal recessive trait, the heterozygote will produce about    
50% of the normal level of the gene product, and this is sufficient for a normal phenotype

 

  

The situation is different in males, who are hemizygous for the X chromosome.

 

 

 

* If a male inherits a recessive disease gene on the X chromosome, he will be affected by the 
disease because the Y chromosome does not carry a normal allele to compensate for the 
effects of the disease gene.                                                                                                                          
-  In males they express the trait when they inherit one mutant allele, gene frequency (q). In 
contrast, a female must inherit two mutant alleles, a less frequent event since the mutant allele 
is rare in the population.                                                                                

 

 The incidence of recessive X-linked phenotypes in females is the square of that in              
males (q 

2)

. If 1 in 20 males in a human population are green color blind , then 1 in 400     

females in the population are expected to be color blind, gene frequency= (

1

/

20

)*(

1

/

20

)

  

* Since a father can transmit only a Y chromosome to his son, X- linked genes are not          
passed from father to son. 
                                                                                                            

 

 

normal

 

phenotypically

le can be transmitted through a series of 

linked disease alle

 

-

An X

 

*

        

, causing the appearance of “skipped” generations. 

heterozygous females

 

transmit it to 

 

who act as carriers

 ,

all his daughters

to 

affected father 

The gene is passed from an 

 

*
approximately half of their sons, who are affected.

 

  

Punnett square representation of the mating of a 

ressecive 

linked 

-

who carries an X

heterozygous female 

. X1 chromosome with 

normal male

 

a

with 

disease gene 
normal allele; X2 chromosome with disease allele.              
Daughters:
 50% normal, 50% carriers.                            
Sons: 
50% normal, 50% affected

 

                     Mother

 

 

 
 

Father

 

 

X

2

 

 

X

 

 

X

X

2

 

 

X

1

X

 

X

 

X

2

 Y

 

 

X

Y

 

 

Y

 

 


background image

 

 

118

 

 the heterozygous mother is called "carrier" because she has one copy of the recessive allele. 
sons will have 50% probability to be affected 50% of unaffected daughters will become carriers like 
their mother

 

 

Punnett square representation of the 

male 

 

with a

normal female 

mating of a 
who is affected by an X- linked recessive 
disease. 

 

X

1

 chromosome with normal allele; 

 

X

2

 chromosome with disease allele. 

 

Daughters: 100% carriers. Sons: 100% normal.

 

 

the affected father has one X-linked recessive gene allele,the mother is homozygous for the allele

 

only daughters (all) will be affected.

 

 

Punnett square representation of the 
mating of a carrier female with a male 
affected with an X- linked recessive 
gene 
disease. 

 

X

1

 chromosome with normal allele; 

 

X

2

 chromosome with disease allele.                                                                                                       

Daughters: 50% affected, 50%carriers.  Sons: 50% normal, 50% affected disease.

  

The affected mother is hetrozygous with one copy of the recessive allele : both daughters and 
sons will have 50% probability to be affected.

 

 

 

 

                                                     

Linked Diseases

 

-

X

 

* Over 400 human traits and diseases seem to be encoded by genes on the X chromosome.

 

 

        

was the first human trait proven to be due to a gene on X 

 

blindness:

green color 

-

1. Red
chromosome.                                                                                                                                              

 

* Males are more severely affected than females; in the case of red-green color blindness, Females 
who have one copy of the mutant gene (that is, are heterozygous or carriers) are not at all affected 
* Among offspring of carrier mothers, 50% of their sons are affected, whereas 50% of their      
daughters are carriers. 

 

* Affected fathers cannot pass their mutant X chromosome to their sons, but do pass it to all of 
their daughters, who thereby are carriers. 

 

A number of other well-known human conditions behave in this manner, including the two 

 

phosphate dehydogenase

-

6

-

glucose

, and 

Duchenne  muscular dystrophy

hemophilia, 

forms of 
deficiency that predisposes to hemolytic anemia. 

 

2. Hemophilia  A

 

* Hemophilia A is caused by deficient in factor VIII, a key component of the clotting             
cascade. Fibrin formation is affected, resulting in prolonged and often sever bleeding        from 
wounds and hemorrhages in the joints and muscles. Spontaneous bleeding may       occur. 

 

                  Mother                      

 

 
 

Father

 

 

X

 

X

 

 

X

1

 

X

2

 

 

X

1

 

X

2

 

 

X

2

 

 

X

Y

 

 

X

Y

 

 

Y

 

 

   Mother                                    

 

    

 
 

Father

 

X

2

 

 

X

1

 

 

 

X

2

X

2

 

 

X

2

X

1

 

 

X

2

 

 

X

Y

 

 

X

1

Y

 

 

Y

 

 


background image

 

 

119

 

* Hemarthroses (bleeding into the joints) are common in joints such as the ankles,                
knees, hips, and elbows, resulting in swelling and impaired function. 

 

                     

factor.  

 

coagulation

Hereditary bleeding disorder caused by deficiency of a 

  

-

 

     

, lack of factor VIII causes classic hemophilia, affect approximately 1 in 

hemophilia A

In 

  

-
5000 to 1 in 10000 males worldwide.                                                                                           

 

 Other types are caused by deficiency of factor IX or XI. The first two are transmitted by sex-
linked heredity; the third has dominant inheritance and occurs in females as well as males.          

or even death. Large bruises of the skin and soft 

anemia 

Hemophilia characterized by severe 

  

-
tissue are often seen, usually following injury. There may also be bleeding in the mouth, nose, 

gastrointestinal tract

and 

 

Treatment: Administration of donor- derived factor VIII.                                                         

 

-  Drawback: Because infusion contained plasma products from different donors, it was               
frequently contaminated by viruses, like hepatitis B and C, also HIV

 

 

 

 

3. Duchenne Muscular Dystrophy (DMD)

 

* A progressive weakness and loss of muscle. Muscle tissue degenerates and regenerates 
randomly and is replaced by scar tissue and fat.

 

* Muscles contain a protein called dystrophin, which is necessary for muscles to function 
properly. 

   

 

 People with DMD have a shortage of dystrophin in their muscles due to faulty gene. The lack of 
dystrophin leads to muscle fiber damage and a gradual weakening of the muscles.                   

 

 The symptoms of DMD are usually seen before the age 5 years, all skeletal muscle degenerates 
eventually and most patients with DMD are confined to a wheelchair by 11 years of age.                    
-  The heart and respiratory musculature become impaired, and death results from respiratory or 
cardiac failure. Survival beyond age 25 years is uncommon.                         

 

-  It affects 1 of every 3500 males                                                                                                     

 

- There is no specific treatment Physical therapy, and corrective surgery may help

 

 

ry the gene?

Can Duchenne's muscular dystrophy affect women who car

 

•  Girls and women who carry the DMD gene are usually well and have no symptoms of DMD 

themselves. 

•  A small number of women 8-10% carrying the DMD gene may develop some muscle weakness 

themselves 


background image

 

 

121

 

 

 

 

Linked Dominant Inheritance

 

-

X

 

 

Are fewer in number and prevalence than the X- linked recessive diseases.

 

An example:                                                                                                                                         

            

the kidneys are impaired in their 

 

a disease in which

 

Hypophosphatemic rickets:

1. 
    ability to reabsorb phosphate. This results in abnormal ossification of the bones.

 

                        

a disorder characterized by abnormal skin 

 

Incontinentia pigmenti type I:

2. 
    pigmentation, conical or missing teeth, and ocular and neurological abnormalities.    
  This disorder is seen only in females.                                                                                        
  It is thought that hemizygous males are so severely affected,  they die inutero.

  

  

a neurodevelopment disorder seen in 1/10000 to 1/ 15000 females and 

 

Rett Syndrome:

3. 
    in smaller proportion of males (some males are lost inutero, while others survive).            
  It characterized by mental retardation, and gait ataxia.                                                            
  As with autosomal dominant diseases, an individual need inherit only a single copy          
      of an X- linked dominant disease gene 
to manifest the disorder

  

  Because females have two X chromosomes, either can carry the disease gene, they       

as commonly affected as males (unless the disorder is lethal in males).

 

twice

are about 

    

 

        

must 

All of their daughters 

their sons

transmit the trait to 

cannot 

Affected father 

  

                                                                          

 

affected.

inherit the disease gene, so all are 

    
  Affected females are usually heterozygotes and thus have a 50% chance of passing       
     the disease allele to their daughters and sons.

 

 

 


background image

 

 

121

 

Linked Inheritance

 

-

Y

 

  The Y chromosome contains relatively few genes. The Y- chromosome cannot carry       
     any genes whose function is important for health, because females are perfectly           
     normal without any Y- linked genes.                                                                                        
  Thus any Y- linked genes must code either for non-essential characters or for male        
     specific functions includes the gene that initiates differentiation of the embryo into   
     a male.  Any defects in Y chromosome associated with male sexual dysfunction. 
      
  Transmission of Y- linked traits is strictly from father to sons.

  

Mitochondrial inheritance gives a recognizable matrilineal pedigree pattern 

  Mitochondrial mutations are a significant cause of human genetic disease.                      
     The mitochondrial genome is small but highly mutable compared to nuclear DNA. The 

       

than that of nuclear DNA. This is 

10 times higher 

s about 

mutation rate of mtDNA i

     
     caused by:                                                                                                                                        
  a lack of DNA repair mechanisms in the mtDNA, and                                                         
  possibly by damage from free oxygen radicals released during the oxidative                   
      phosphorylation process. 

 

Mitochondrial inheritance

 

Mitochondrial encoded diseases have two unusual features:                                               
  Matrilineal inheritance and                                                                                                         
  Frequent  heteroplasmy( a single cell can harbor some molecules that have an             
      mtDNA mutation and other molecules that do not). 

 

  In some patients with a mitochondrial disease, every mitochondrial genome carries     
      the causative mutation is (homoplasmy).                                                                             

 

but is passed on only 

both sexes, 

Thus a mitochondrial inherited condition can affect 

  

.

affected mothers

by 

      

  

  So small number of maternal mtDNA molecules give rise to all the mitochondrial DNA  
    of the child.

  

  Each tissue type requires a certain amount of mitochondria produced ATP for normal   
     function. Organ systems with large ATP requirements and high thresholds tend to be   
    the ones most seriously affected by mitochondrial diseases. 

 

 

  For example, the central nervous system (CNS) consumes about 20% of the body’s        
    ATP production and therefore affected by mtDNA mutation.

  


background image

 

 

122

 

disorders can be classified according to the type of mutation that causes 

Mitochondrial 
them. 

 

       

pair substitutions, which brings change in single amino 

 

-

(base

 

Missense mutations

1. 
    acid) in protein- coding mtDNA genes cause one of the best- known mtDNA diseases     
    called,                                                                                                                                             
A. “Leber’s hereditary optic neuropathy” (LHON)                                                                      
Characterized by sudden loss of vision  and irreversible loss of sight as a result of optic 
nerve death.                                                                                                                                        
  Vision loss typically begins in the third decade of life.                                                           
  Heteroplasmy is rare in LHON, so expression tend to be uniform.                                     

         

. (the cause of male affected is 

all affected patients are male

unexpectedly almost 

  


    unknown, possibly LHON requires both a mitochondrial and X- linked mutation).         
B. Mitochondrial Encephalomyopathy (MELAS) caused by a single- base tRNA mutation     
     in mitochondria, it is heteroplasmic.

 

                                                         

Example:

 

mtDNA mutation due to insertion or deletion:

2. 
1. 
Kearns- Sayre disease (muscle weakness, cerebellar damage, and heart failure)                 
2. Pearson syndrome (infantile pancreatic insufficiency, and lactic acidosis).

 

Mitochondrial mutations are also involved in some common human diseases.                       
  A mitochondrial deletion causes a form of deafness,                                                               
  MELAS mutation is seen in 1-2% of individuals with Type 2 DM, and                                     
  mtDNA defects may also be associated with some cases of Alzheimer disease.

  

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 266 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل