Генетичен полиморфизъм: какво е това? Полиморфизъм - какво е това? Генетичен полиморфизъм.
) две или повече различни наследствени форми, които са в динамично равновесие в продължение на няколко или дори много поколения. Най-често генетичната селекция се определя или от различни налягания и вектори (посоки) на селекция при различни условия (например през различни сезони), или от повишената относителна жизнеспособност на хетерозиготите (вижте хетерозигота). Един от видовете генетично разнообразие - балансирано генетично разнообразие - се характеризира с постоянно оптимално съотношение на полиморфни форми, отклонението от което се оказва неблагоприятно за вида и автоматично се регулира (установява се оптималното съотношение на формите). По-голямата част от гените са в състояние на балансирано генно производство при хора и животни. Има няколко форми на генетично разнообразие, чийто анализ дава възможност да се определи ефектът от селекцията в естествените популации.
Лит.:Тимофеев-Ресовский Н.В., Свирежев Ю.М., За генетичния полиморфизъм в популациите, “Генетика”, 1967 г., № 10.
Велика съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .
Вижте какво е „Генетичен полиморфизъм“ в други речници:
генетичен полиморфизъм- Дългосрочно съществуване в популация на два или повече генотипа, честотата на които надеждно надвишава вероятността от възникване на съответните повтарящи се мутации. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Английско-руски тълковен речник на генетичните термини... ... Ръководство за технически преводач
Генетичен полиморфизъм генетичен полиморфизъм. Дългосрочното съществуване в популация на два или повече генотипа, чиято честота значително надвишава вероятността от възникване на съответните повтарящи се мутации. (Източник: „Англо-руски интелигент... ...
генетичен полиморфизъм- genetinis polimorfizmas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Genetiškai skirtingų dviejų ar daugiau vienos rūšies formų egzistavimas populiacijoje, kurio negalima laikyti pasikartojančiomis mutacijomis. атитикменис: англ. генетичен... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
генетичен полиморфизъм- genetinis polimorfizmas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Ilgalaikis buvimas populiacijoje dviejų ar daugiau genotipų, kurių dažnumas labai viršija pasikartojančių mutacijų radimosi tikimybę. атитикменис: англ. генетичен полиморфизъм рус... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas
Генетичен полиморфизъм- дългосрочно съществуване в популация на два или повече генотипа, честотата на които надеждно надвишава вероятността от поява на съответните повтарящи се мутации... Речник по психогенетика
Полиморфизъм в биологията, наличието в един вид на индивиди, които са рязко различни по външен вид и нямат преходни форми. Ако има две такива форми, явлението се нарича диморфизъм (особен случай е половият диморфизъм). P. включва разлики във външния вид... ...
I Полиморфизъм (от гръцки polimorphos разнообразен) във физиката, минералогията, химията, способността на някои вещества да съществуват в състояния с различна атомна кристална структура. Всяко от тези състояния (термодинамични фази),... ... Велика съветска енциклопедия
Полиморфизъм на уникално събитие, англ. полиморфизъм на уникално събитие/UEP в ДНК генеалогията означава генетичен маркер, съответстващ на една изключително рядка мутация. Смята се, че всички носители на такава мутация я наследяват от... ... Wikipedia
Прекъсната вариация в хомоложни алели на един и същ генен локус, на която се основава стабилността на популацията. Чувствителността на организмите към различни фактори на околната среда е диференцирана, генотипно обусловена,... ... Екологичен речник
Полиморфизъм полиморфизъм. Съществуването на генетично различни индивиди в кръстосваща се група (популация); P. може да има негенетичен (модифициращ) характер, например в зависимост от гъстотата на населението (вж.
Прието е гените да се наричат полиморфни, ако те са представени в популация от няколко разновидности - алели, което определя разнообразието от признаци в рамките на вида.
Генетичен полиморфизъм (гръцки) genetikos- отнасящ се до раждане, произход; Гръцки политики- много и морф -вид, форма, изображение) - разнообразие от алелни честоти на хомозиготи. Разликите между алелите на един и същи ген обикновено включват незначителни вариации в неговия "генетичен" код. Голяма част от генетичния полиморфизъм се осъществява чрез заместване на един нуклеотид с друг и промени в броя на повтарящите се ДНК фрагменти, които се срещат във всички структурни елементи на генома: екзони, интрони, регулаторни области и др. Мащабът на генетичния полиморфизъм в при хората е такова, че между ДНК последователностите има милиони разлики между двама души, освен ако не са еднояйчни близнаци. Тези разлики попадат в четири основни категории:
а) фенотипно неизразени (например полиморфни ДНК участъци, използвани за лична идентификация с помощта на молекулярно-генетични методи);
б) причиняване на фенотипни различия (например в цвета на косата или височината), но не и предразположение към заболяването;
в) играят известна роля в патогенезата на заболяването (например при полигенни заболявания);
г) играят основна роля в развитието на заболяването (например при моногенни заболявания).
Въпреки че повечето известни полиморфизми се изразяват или в замествания на единичен нуклеотид, или в промени в броя на повтарящи се ДНК фрагменти, въпреки това вариациите, засягащи кодиращите фрагменти на гените и засягащи аминокиселинната последователност на техните продукти, са относително редки и не са свързани с специфичния проблем, който се анализира. На първо място, важни са възможните последствия от полиморфизма на нитроните и 5"-терминалните некодиращи последователности. Анализът на това явление до голяма степен зависи от това колко променливи са присъщите функции на протеина, кодиран от различни алели, което е вярно и за ензимите на образуването и метаболизма на стероидните хормони, за които ще последва допълнителна дискусия.
Един локус се нарича полиморфен, ако два или повече алела от този локус съществуват в популация. Въпреки това, ако един от алелите има много висока честота, да речем 0,99 или повече, тогава има голяма вероятност никой друг алел да не присъства в проба, взета от популацията, освен ако пробата не е много голяма. По този начин локусът обикновено се определя като полиморфен, ако честотата на най-често срещания алел е по-малка от 0,99. Това разделение е много условно и в литературата могат да се намерят и други критерии за полиморфизъм.
Един от най-простите начини за измерване на степента на полиморфизъм в популация е да се изчисли средното съотношение на полиморфните локуси и общият им брой да се раздели на общия брой локуси в пробата. Разбира се, такава мярка до голяма степен зависи от броя на изследваните индивиди. По-точна мярка за генетична вариабилност в една популация е СРЕДНАТА ОЧАКВАНА ХЕТЕРОСИГОЗНОСТ или ГЕННО РАЗНООБРАЗИЕ. Тази стойност може да бъде получена директно от генните честоти и е много по-малко податлива на ефекти, дължащи се на грешка при вземане на проби. Генното разнообразие в този локус се определя, както следва:
M h = 1 - SUM x i * i=1 където SUM е сумата, x i е честотата на алел i и m е общият брой на алелите на даден локус.
За всеки локус h е вероятността два алела, произволно избрани в популация, да се различават един от друг. Средната стойност на всички h за всеки изследван локус, H, може да се използва като оценка на количеството генетични вариации в популацията.
Степените на генетично разнообразие h и H са широко използвани за данни, получени от електрофоретични и рестрикционни ензимни анализи. Въпреки това, те не винаги могат да бъдат подходящи за данни, получени от изследвания на ДНК последователности, тъй като степента на разнообразие на ниво ДНК е изключително висока. Особено когато се разглеждат дълги последователности, е вероятно всяка да се различава от другите последователности в един или повече нуклеотиди. Тогава и h, и H ще бъдат близки до 1 и следователно няма да се различават между локусите или популациите, като по този начин са неинформативни.
Когато работите с ДНК, по-подходяща мярка за полиморфизъм в популация е средният брой нуклеотидни замествания на позиция между две произволно избрани последователности. Тази оценка се нарича нуклеотидно разнообразие (Nei M., Li W.-H., 1979) и се обозначава с p:
P = SUM (x * x * p) i,j i j ij където x i и x j са честотите на последователностите от i-тия и j-тия тип, а p ij е пропорцията на нуклеотидните разлики между i-тия и j -ти видове последователности.
В момента има няколко работи за изследване на нуклеотидното разнообразие на ниво ДНК последователности. Една такава работа беше извършена за локуса, кодиращ алкохол дехидрогеназа (Adh) на D. melanogaster (Nei M., 1987).
Изследвани са 11 последователности с дължина 2379 нуклеотида. Пренебрегвайки делеции и вмъквания, бяха идентифицирани девет различни алела, един от които беше представен от три, а останалите осем от една последователност. Така честотите x 1 - x 8 са равни на 1/11, а x 9 = 3/11. Четиридесет и три позиции бяха полиморфни. Първо, пропорциите на нуклеотидните разлики за всяка двойка последователности бяха изчислени и показани в таблицата:
Например, алелите 1-S и 2-S се различават на три позиции от 2,379, следователно n 12 = 0,13%. Стойността n, получена с помощта на формула 3.20, се оказа равна на 0,007.
Генетичен полиморфизъм и наследствени заболявания.
През 1902 г. Гаррод предполага, че метаболитните нарушения, като алкаптонурия, са екстремен израз на химическата индивидуалност на организма. Истинската широта на генетичното разнообразие за първи път стана очевидна, когато електрофореза на клетъчни екстракти (без предварително ензимно пречистване) демонстрира съществуването на множество структурни изоформи за много протеини. Наличието на изоформи се дължи на съществуването на множество генни варианти (алели) на този протеин в популацията. Алелите имат идентична локализация върху хомоложни хромозоми.
Повечето гени във всеки организъм са представени от два алела, единият наследен от бащата, а другият от майката. Ако и двата алела са идентични, тогава организмът се счита за хомозиготен, ако е различен - хетерозиготен.
По време на еволюцията различни алели са възникнали в резултат на мутации от един алел предшественик, най-често те се различават един от друг чрез заместване на един нуклеотид (мисенс мутация). Обикновено протеините, кодирани от различни алели на един и същи ген, имат едни и същи функционални свойства, т.е. аминокиселинното заместване е неутрално или почти неутрално от гледна точка на естествения подбор.
Наличието на определени алели често се преценява въз основа на анализ на аминокиселинната последователност на съответните протеини. За много гени (например генът на глобиновата бета верига) е възможно да се изолира нормален алел - най-често срещаният в популацията, който се среща много по-често от други. Понякога сред алелите няма нито един, който да се счита за нормален. Изключително висок полиморфизъм е характерен например за гена на апопротеина (а) и гена на алфа веригата на хаптоглобина. Един ген се счита за полиморфен, ако неговият най-често срещан алел се среща при по-малко от 99% от хората. Това определение отразява само разпространението на различни алели, а не техните функционални различия.
Концепцията за полиморфизъм се разшири с откриването на изключителна вариабилност в ДНК последователностите. В геномите на различните хора 1 от 100-200 нуклеотидни двойки се различава; това е в съответствие с хетерозиготността при 1 на 250–500 bp. Съвременните методи позволяват да се идентифицират единични нуклеотидни замествания в кодиращи региони, които могат да бъдат безсмислени или да причинят промени в аминокиселинната последователност. Полиморфизмът на ДНК е още по-изразен в некодиращите области на генома, които имат малък или никакъв ефект върху генната експресия.
В допълнение към замяната на отделни нуклеотиди, ДНК полиморфизмът се основава на инсерции, делеции и промени в броя на тандемните повторения. Има тандемни повторения, вариращи по брой (дълги) (минисателитна ДНК) и къси (тетра-, три-, ди- или мононуклеотидни) тандемни повторения (микросателитна ДНК).
Степента на ДНК полиморфизъм е такава, че има милиони разлики между ДНК последователностите на двама души, освен ако не са еднояйчни близнаци. Тези разлики попадат в четири големи категории:
Фенотипно неизразени (например полиморфни ДНК участъци, използвани за лична идентификация с помощта на молекулярно-генетични методи);
Причиняване на фенотипни разлики (например в цвета на косата или височината), но не и предразположение към заболяване;
Играе известна роля в патогенезата на заболяването (например при полигенни заболявания);
Играе основна роля в развитието на болестта (например, с
Полиморфизмите не са пряка и задължителна причина за развитието на заболяването, но могат да причинят по-голям или по-малък риск от неговото развитие под въздействието на различни външни фактори.
Следователно, при наличие на полиморфизми, те информират за повишен риск от развитие на заболяването при хетерозиготно или хомозиготно носителство на полиморфизма. Рискът от развитие на заболяването се измерва чрез съотношението на шансовете (OR).
В Европа официално се извършва клинично генетично изследване на мутации в следните гени: FV (Leiden), F2 (протромбин), PAI-1, MTHFR.
Мутация Leiden 1691 G->A коагулационен фактор V (F5)
Физиология и генетика.Коагулационният фактор V или факторът на кръвосъсирването V е протеинов кофактор при образуването на тромбин от протромбин. Полиморфизмът на G1691A Leiden (аминокиселинно заместване Arg (R) -> Gln (Q) на позиция 506, известно още като „мутация на Leiden“ или „Leiden“) е индикатор за риска от развитие на венозна тромбоза. Това е точкова (еднонуклеотидна) мутация на гена, кодиращ коагулационния фактор V, който прави активната форма на фактор V устойчива на разграждащото действие на специализиран регулаторен ензим, С протеина, което води до хиперкоагулация. Съответно рискът от образуване на кръвни съсиреци се увеличава. Разпространението на мутацията в популациите от европейски тип е 2-6%.
Риск от дълбока венозна тромбоза(TGV): 7 пъти по-висок при хетерозиготни носители на Leiden мутацията на F5 Arg506Gln гена и 80 пъти по-висок при хомозиготите. Допълнителните фактори, влияещи върху развитието на ДВТ, могат да бъдат разделени на 3 групи.
ДА СЕ първигрупа фактори включва промени в хормоналния статус:
Употребата на орални контрацептиви допълнително повишава риска от развитие на ДВТ с 30 пъти при хетерозиготи, 100 пъти при хомозиготни носители.
Бременността увеличава риска от ДВТ с 16 пъти.
Хормонозаместителната терапия повишава рисковете 2-4 пъти.
Co. второгрупата фактори включва съдово увреждане:
Централната венозна катетеризация повишава риска от ДВТ 2-3 пъти
Оперативни интервенции - 13 пъти.
ДА СЕ третигрупа фактори включва неподвижност: почивка на легло и дълги въздушни полети. Тук се отбелязва само увеличение на риска, но статистиката трябва да е по-пълна:
Инфекциозните заболявания и ракът също повишават риска от развитие на ДВТ. Рискът от развитие на исхемичен инсулт при жени на възраст 18-49 години с наличие на мутация на Leiden се увеличава 2,6 пъти, а при приемане на орални контрацептиви се увеличава 11,2 пъти.
Клинични данни.Наличието на мутация Leiden увеличава вероятността от развитие на редица усложнения на бременността:
Спонтанен аборт в ранните етапи (рискът се увеличава 3 пъти),
Забавено развитие на плода
Късна токсикоза (гестоза),
Фетоплацентарна недостатъчност.
Повишената склонност към образуване на тромби може да доведе до артериална тромбоемболия, миокарден инфаркт и инсулт. Наличието на мутация Leiden повишава риска от първична и рецидивираща венозна тромбоза поне 3-6 пъти.
Примерите по-долу илюстрират връзката на мутацията с различни видове тромбоза и други сърдечно-съдови заболявания.
8-годишно многоцентрово проучване на повече от 300 пациенти с венозен тромбоемболизъм (ВТЕ) установи 3,7 пъти повишен риск от ВТЕ при наличие на мутация на Leiden. В друго проучване пациенти с венозен тромбоемболизъм са изследвани в продължение на 68 месеца. През това време 14% от пациентите са имали рецидивираща ВТЕ. Мутацията във фактор V Leiden води до четирикратно увеличение на риска от рецидивираща ВТЕ. При пациенти с ВТЕ с мутация на Leiden се препоръчва по-продължителна антикоагулантна терапия в сравнение с пациенти с нормален фактор V.
Трябва да се отбележи, че рискът от развитие на венозна тромбоза се увеличава значително (8-кратно увеличение), ако пациентът, в допълнение към мутацията на фактор V Leiden, също има мутация на Т полиморфизма C677T на гена за метилтетрахидрофолат редуктаза.
Един от най-опасните усложненияхормоналните контрацептиви са тромбоза и тромбоемболия. Много жени с такива усложнения са хетерозиготни носители на мутацията Leiden (генотип G/A). При приемане на хормонални контрацептиви рискът от тромбоза се увеличава 6-9 пъти. При жени, които използват хормонални контрацептиви и имат хомозиготна мутация на Leiden (генотип A/A), рискът от развитие на тромбоза на церебралния синус (CST) се увеличава повече от 30 пъти в сравнение с пациенти, които нямат тази мутация.
Окончателните данни от проучването Estrogen Plus Progestin на Women's Health Initiative относно честотата на венозна тромбоза по време на хормонозаместителна терапия (ХЗТ) бяха обобщени. Проучването включва 16 608 жени в постменопауза на възраст от 50 до 79 години, проследени от 1993 до 1998 г. в рамките на 5 години. Наличието на мутация Leiden повишава риска от тромбоза по време на естроген-прогестин хормонозаместителна терапия почти 7 пъти в сравнение с жени без тази мутация. Наличието на други генетични мутации (протромбин 20210A, метилентетрахидрофолат редуктаза C677T, фактор XIII Val34Leu, PAI-1 4G/5G, фактор V HR2) не повлиява връзката на ХЗТ и риска от венозна тромбоза. Анализ на повече от десет независими проучвания показа, че сред пациентите, прекарали инфаркт на миокарда преди 55-годишна възраст, разпространението на мутацията на Leiden е значително по-високо. Средният риск от развитие на миокарден инфаркт се увеличава 1,5 пъти. Освен това мутацията на Leiden води до 2,8-кратно увеличение на броя на пациентите без тежка коронарна стеноза, които развиват миокарден инфаркт.
Полиморфизъм 20210 G->A протромбин
Физиология и генетика.Протромбинът (коагулационен фактор II или F2) е един от основните компоненти на системата за кръвосъсирване. По време на ензимното разграждане на протромбина се образува тромбин. Тази реакция е първият етап от образуването на кръвни съсиреци. Мутацията на протромбиновия ген G20210A се характеризира с заместването на нуклеотида гуанин (G) с нуклеотида аденин (А) на позиция 20210. Поради повишената експресия на мутантния ген, нивото на протромбина може да бъде един и половина до два пъти по-високо от нормалното. Мутацията се унаследява по автозомно-доминантен начин. Това означава, че тромбофилията възниква дори при хетерозиготен носител на променения ген (G/A).
Тромбоемболични заболявания(ТЕ) са причинени от нарушения в системата на кръвосъсирването. Тези нарушения водят и до сърдечно-съдови заболявания. Генотипът G/A е индикатор за риска от развитие на тромбоза и миокарден инфаркт. Когато възникне тромбоза, мутацията 20210A често се появява в комбинация с мутацията на Leiden. G/A генотипът на позиция 20210 на протромбиновия ген е рисков фактор за същите усложнения, които са свързани с мутацията на Leiden.
2-3% от представителите на европейската раса са хетерозиготни носители на гена.
Рискът от развитие на ДВТ при носители на мутантния алел (А) на гена F2 се увеличава 2,8 пъти. Комбинацията от протромбинова мутация с мутация на Leiden допълнително увеличава рисковете.
Според насоките за акушер-гинеколози (UK, 2000), клиничният генетичен анализ на FV и протромбин 20210 е подходящ поради различните рискове при хомозиготи и хетерозиготи.
Има много високи, високи и средни степен на рисквенозна тромбоза при бременни жени:
- Високостепента на риск при жени с индивидуална и фамилна анамнеза за тромбоза и хомозиготни за мутацията на Leiden, протромбиновата мутация G20210A или комбинация от тези мутации. Такива пациенти са показани за антикоагулантна терапия с нискомолекулни хепарини от началото до средата на втория триместър.
- Средно аритметичностепента на риск при жени с фамилна анамнеза за тромбоза и хетерозиготни за мутацията на Leiden или мутацията G20210A.В този случай антикоагулантната терапия не е показана.
Показания за анализ.Инфаркт на миокарда, повишени нива на протромбин в кръвта, анамнеза за тромбоемболични заболявания, напреднала възраст на пациента, спонтанен аборт, фетоплацентарна недостатъчност, вътрематочна смърт на плода, токсикоза, забавяне на растежа на плода, отлепване на плацентата, пациенти, подготвящи се за големи коремни операции (маточни фиброиди, цезарово сечение) , кисти на яйчниците и др.), тютюнопушене.
Клинични данни. Проучване на 500 пациенти с инфаркт на миокарда и 500 здрави донори показва повече от петкратно увеличение на риска от инфаркт на миокарда при пациенти с генотип 20210A на възраст под 51 години. Генетичният анализ на група пациенти с първи инфаркт на миокарда (на възраст 18-44 години) показа, че вариантът 20210A е четири пъти по-често срещан в сравнение със здравата група, което съответства на 4-кратно увеличение на риска от инфаркт. Вероятността от инфаркт е особено висока, ако имате други сърдечно-съдови рискови фактори. Например, тютюнопушенето при наличие на генотип 20210А увеличава риска от инфаркт на миокарда над 40 пъти. Мутацията 20210A е значителен рисков фактор за ранен миокарден инфаркт.
В проучване на пациенти с фамилна анамнеза за венозна тромбоза и контролна група от здрави донори е установено, че мутацията 20210A води до трикратно увеличение на риска от венозна тромбоза. Рискът от тромбоза се увеличава за всички възрасти и за двата пола. Това проучване също потвърждава пряка връзка между наличието на мутация 20210A и повишените нива на протромбин в кръвта.
В терапевтичните болници, където преобладават пациенти със сърдечно-съдови заболявания, ТЕ под формата на белодробна емболия се среща в 15-30% от случаите. В много случаи ТЕ са пряката причина за смъртта, особено при следоперативни пациенти и пациенти с рак. Установено е, че сред пациентите с рак при наличие на ТЕ смъртността се увеличава няколко пъти, докато броят на ТЕ надвишава средностатистическите стойности. Причините за повишаването на ТЕ при онкоболните може би трябва да се търсят в прилаганата терапия, която не е съобразена с генетичната предразположеност на пациента. Това не се отнася само за пациенти с рак. Според аутопсии, 60% от пациентите, които умират в общите болници, показват признаци на тромбоемболично заболяване.
Познаването на генотипните характеристики на пациента ще позволи не само да се оцени рискът от развитие на животозастрашаващи състояния, но и да се определят правилно методите за тяхната профилактика и лечение, както и възможността за използване на определени лекарства.
Термолабилен вариант A222V (677 C->T) на метилентетрахидрофолат редуктаза
Физиология и генетика.Метилентетрахидрофолат редуктазата (MTHFR) играе ключова роля в метаболизма на фолат. Ензимът катализира редукцията на 5,10-метилентетрахидрофолат до 5-метилтетрахидрофолат. Последната е активната форма на фолиева киселина, необходима за образуването на метионин от хомоцистеин и след това S-аденозилметионин, който играе ключова роля в процеса на метилиране на ДНК. Дефицитът на MTHFR допринася не само за тератогенни (увреждащи плода), но и мутагенни (увреждащи ДНК) ефекти. В този случай много клетъчни гени са инактивирани, включително онкогени. Това е една от причините онколозите да се интересуват от генетичните варианти на MTHFR. Аминокиселината хомоцистеин е междинен продукт от процеса на синтез на метионин. Нарушенията на ензима MTHFR водят до прекомерно натрупване на хомоцистеин в кръвната плазма - хиперхомоцистеинемия.
Генът MTHFR е локализиран на хромозома 1p36.3. Известни са около две дузини мутации на този ген, които нарушават функцията на ензима. Най-изследваната мутация е вариант, при който нуклеотидът цитозин (С) на позиция 677 е заменен с тимидин (Т), което води до заместване на аминокиселинния остатък аланин с остатък на валин (позиция 222) в мястото на свързване на фолат . Този полиморфизъм на MTHR е обозначен като C677T мутация. Индивиди, хомозиготни за тази мутация (T/T генотип), проявяват MTHFR термолабилност и намаляване на ензимната активност до приблизително 35% от средната стойност. Като цяло сред световното население мутацията 677T на гена MTHFR е доста разпространена сред представителите на европейската (кавказка) раса. Изследвани са честотите на две основни мутации (C677T и A1298C) сред представители на населението на САЩ. Наличието на T/T хомозигота е показано при 10-16% от европейците и 10% от хората от испански произход, а съответно 56 и 52% от изследваните лица са хетерозиготни носители на този ген, т.е. наличието на варианта 677T (генотипове C/T или T/T) се наблюдава в 62-72% от случаите. Подобни резултати са открити в проби от европейско население. Полиморфизмът C677T е свързан с най-малко четири групи многофакторни заболявания: сърдечно-съдови заболявания, фетални дефекти, колоректален аденом и рак на гърдата и яйчниците.
Показания за анализ.Повишени нива на хомоцистеин в кръвта (хиперхомоцистеинемия), сърдечно-съдови заболявания (по-специално коронарна болест на сърцето (ИБС) и миокарден инфаркт), атеросклероза, атеротромбоза. Антифосфолипиден синдром. Химиотерапия на рак преди или по време на бременност. Фамилна предразположеност към усложнения на бременността, водещи до вродени малформации: дефекти на феталната нервна система, аненцефалия, деформации на лицевия скелет (цепнатина на небцето, цепнатина на устната), пренатална смърт на плода. Чревна полипоза, колоректален аденом поради консумация на алкохол, рак на ректума. Фамилна предразположеност към рак, наличие на BRCA генни мутации. Цервикална дисплазия, особено в комбинация с папиловирусни инфекции.
Клинични данни. Дефектите в този ген често водят до различни заболявания с широк спектър от клинични симптоми: забавяне на умственото и физическото развитие, пренатална смърт или дефект на плода, сърдечно-съдови и невродегенеративни заболявания, диабет, рак и други. Носителите на C/T хетерозиготи изпитват дефицит на фолиева киселина по време на бременност, което може да доведе до дефекти в развитието на невралната тръба на плода. Пушенето засилва ефекта от мутацията. Носителите на два T/T алела (хомозиготно състояние) са особено изложени на риск от развитие на странични ефекти, когато приемат лекарства, използвани при химиотерапия на рак.
Хиперхомоцистеинемията (ХХ) е независим рисков фактор за атеросклероза и атеротромбоза (независим от хиперлипидемия, хипертония, захарен диабет и др.). Установено е, че 10% от риска от развитие на коронарна атеросклероза се дължи на повишаване на нивото на хомоцистеин в кръвната плазма. При изследване на група пациенти с ХХ и група здрави донори, хомозиготната форма 677Т е открита при 73% от пациентите с ХХ и само при 10% от здравите донори. Наличието на хомозиготна форма 677T води до почти 10-кратно увеличение на риска от HH. Пациентите с HH също имат по-ниски нива на фолиева киселина и витамин B12, консумират повече кафе и пушат по-често от здравите донори. Нормалните нива на хомоцистеин са 5-15 µmol/l, умерено повишените нива са 15-30 µmol/l. При тежка HH е възможно 40-кратно повишаване на нивата на хомоцистеин. Изследователите приписват причината за тежките форми на HH на други мутации и фактори - хомозиготна мутация на гена Cb S, най-често срещаните са I278T и G307S, въпреки че честотата на тяхното проявление варира значително в различните страни, много по-рядко причините за тежки HH са T/T генотип на MTHFR, дефицит на метионин синтетаза и нарушена активност на метионин синтетаза поради генетични нарушения на метаболизма на витамин В12. Корекцията на HH може да се извърши чрез доставяне на кофактори, необходими за метаболизма на хомоцистеина (фолиева киселина, витамини B12, B1 и B6 (характеристики на HH витаминната терапия). При носители на T/T генотип MTHFR, с оптимален прием на фолат , нивата на хомоцистеин са умерено повишени (до 50%).Въпреки че при тежка HH е известно, че комбинацията от 2,5 mg фолиева киселина, 25 mg витамин B6 и 250 mcg витамин B12 на ден намалява прогресията на атеросклерозата (измерена в каротидна плака), но дали хомоцистеин-понижаващата терапия предотвратява значителни съдови усложнения, остава да бъде потвърдено при хора с умерен HS.
Важността на проблема с GG се посочва от факта, че Министерството на здравеопазването на САЩ през 1992 г. препоръчва на жените, които могат да забременеят, да приемат 400 mcg фолиева киселина на ден. Американската администрация по храните и лекарствата изисква зърнените храни да бъдат обогатени с фолиева киселина в концентрации, които могат да осигурят допълнителни 100 mcg на ден. Въпреки това, дневната доза фолиева киселина, необходима за максимално намаляване на нивата на хомоцистеин, е 400 mcg, което означава, че по-високите дози хранителна добавка на фолиева киселина могат да бъдат оправдани.
Патогенезата на вродените дефекти на невралната тръба включва по-специално генетични и диетични фактори. В проучване на 40 деца от Южна Италия с вроден дефект на невралната тръба и здрави донори е показано, че генотипът 677C в хомозиготно състояние (C/C) води до двойно увеличение на риска от развитие на дефекти, докато мутантният хомозигота T/T съответства на почти десетократно намаление на риска. При изследване на извадка от ирландското население (395 пациенти и 848 здрави) е установено, че появата на Т варианта е повишена при пациенти с вроден дефект на невралната тръба. Трудно е да се каже дали тези контрастиращи резултати от проучването се дължат на промени в популацията или други рискови фактори не са взети под внимание. Следователно все още не е възможно да се определи дали Т вариантът е защитен или, обратно, патогенен фактор за това заболяване. Увеличаване на честотата на генотипа 677T се наблюдава не само при късна токсикоза (прееклампсия), но и при други усложнения на бременността (отлепване на плацентата, ограничаване на растежа на плода, пренатална смърт на плода). Комбинацията от 677T мутация с други рискови фактори води до повишена вероятност от ранен спонтанен аборт. При изследване на връзката между мутацията 677T и сърдечно-съдовите заболявания беше установено, че хомозиготната мутация 677T е много по-честа при пациенти със сърдечно-съдови заболявания, отколкото при здрави донори. При млади пациенти с артериална исхемия хомозиготният Т/Т се среща 1,2 пъти по-често.
Статистически анализ на 40 независими проучвания (мета-анализ) на пациенти с коронарна артериална болест, обобщаващ данни за 11 162 пациенти и 12 758 здрави донори, показва 1,16-кратно увеличение на риска от развитие на коронарна артериална болест при наличие на T/ Т хомозигота. Ниската степен на риск е свързана с хетерогенността на анализираните популационни проби. Когато се изучават хомогенни извадки от населението (индивидуални проучвания, а не мета-анализи), оценките на риска са значително по-високи. По този начин разликата в честотата на поява на T/T хомозиготи при пациенти и здрави донори съответства на 3-кратно увеличение на риска от сърдечно-съдови заболявания в ранна възраст. Наличието на мутация 677T в гена MTHFR при пациенти с антифосфолипиден синдром корелира с рецидивиращия ход на тромбозата.
Установена е определена, макар и сложна връзка между вариантите на MTHFR и развитието на предракови и ракови състояния на колоректалния регион. Проведено е проучване върху голяма група пациенти с полипоза на дебелото черво. Определят се нивата на фолат в червените кръвни клетки, заедно с оценка на MTHFR C/T генотипа. Предишни резултати показаха връзка между ниските нива на фолат и риска от развитие на аденоматоза. Многовариантният анализ показа, че тютюнопушенето, фолиевият статус и MTHFR генотипът са значителни компоненти на висок риск от аденоматоза. Този риск се оказа много висок при индивиди с ниски нива на фолат и носителство на алела 677T в хомо- или хетерозиготна форма. Тези данни показват силно взаимодействие между хранителни и генетични фактори при развитието на предракови състояния.
Подобни предположения бяха направени от учени, които изследваха голяма група пациенти с рак на дебелото черво и показаха значителна връзка между риска от развитие на рак, възрастта на пациентите, свързания с възрастта дефицит на фолат и T/T генотипа на MTHFR. Проучване на 379 пациенти с колоректален аденом и 726 здрави донори показва, че мъжете носители на Т/Т генотип, които консумират много алкохол, имат 3,5 пъти по-висок риск от развитие на аденом. Някои изследователи обаче смятат, че без консумацията на алкохол като рисков фактор, мутацията 677T е защитен фактор.
По този начин, проучване на пациенти с проксимален колоректален рак показа, че наличието на T/T хомозигот при пациент води до 2,8-кратно намаляване на риска от развитие на колоректален рак. Тези констатации изискват тестване в други популации. Най-вероятно значението на нискоактивния мутантен MTHFR може да се счита за утежняващо на фона на другите изброени рискови фактори, тъй като този генен дефект може да намали стабилността на генома поради хипометилиране на ДНК. Полиморфизмът C677T влияе върху ефективността на химиотерапията при рак. Флуороурацилът се използва широко за химиотерапия на колоректален рак. Вероятността за положителна динамика в отговор на химиотерапия за колоректален аденокарцином, ако пациентът има генотип 677T, се увеличава почти три пъти. Резултатите предполагат, че генотипирането за C677T полиморфизма ще позволи разработването на по-ефективни химиотерапевтични курсове. Проучване на малки проби (до 50) от пациенти с рак на гърдата обаче показа, че при наличие на T/T хомозигот, рискът от развитие на нежелани реакции при използване на метотрексат (антиметаболит, чието действие е свързано с инхибиране на активността на ензима MTHFR) нараства десетократно.
Има малко проучвания на MTHFR генотип при гинекологични ракови заболявания. Полиморфизмът C677T на гена MTHFR е изследван при голяма група еврейски жени с рак на гърдата и рак на яйчниците, включително наследствени форми, свързани с мутации на BRCA ген. При такъв неблагоприятен генетичен фон наличието на Т/Т генотип при пациентите се оказва значим фактор за влошаване на заболяването. Честотата на T/T генотипа е 2 пъти по-висока (33% срещу 17%, P = 0,0026) сред жените с двустранен рак на гърдата и рак на яйчниците, в сравнение с основната група пациенти. Жените с хетерозиготен C/T генотип са имали двоен риск от рак, а при пациентите с хомозиготен T/T генотип рискът е бил три пъти по-висок, отколкото в контролната група. В същото време намаленият хранителен прием на фолат повишава генетичния риск до пет пъти в сравнение с контролите. Авторите потвърждават и факта, че инфекцията с HPV (папиломен вирус) при пациенти е най-важният рисков фактор за развитието на цервикална дисплазия. В същото време се подчертава особеното значение на комбинацията от HPV инфекция с T/T варианта на MTHFR.
Полиморфизъм Arg353Gln (10976 G->A) коагулационен фактор VII (F7)
Физиология и генетика.В активно състояние фактор VII взаимодейства с фактор III, което води до активиране на фактори IX и X на системата за кръвосъсирване, т.е. коагулационен фактор VII участва в образуването на кръвен съсирек. Вариантът 353Gln (10976A) води до намаляване на продуктивността (експресията) на гена на фактор VII и е защитен фактор при развитието на тромбоза и миокарден инфаркт. Разпространението на този вариант сред европейските популации е 10-20%.
Показания за анализ.Риск от инфаркт на миокарда и фатален изход поради инфаркт на миокарда, ниво на коагулационен фактор VII в кръвта, анамнеза за тромбоемболични заболявания.
Клинични данни.Високите нива на коагулационен фактор VII в кръвта са свързани с повишен риск от смърт от инфаркт на миокарда. Представените данни за клиничното значение на мутацията се потвърждават от проучвания в други европейски популации. По-специално, наличието на варианта 10976A се свързва с намален риск от фатален миокарден инфаркт.
При проучване на пациенти със стеноза на коронарната артерия и миокарден инфаркт е установено, че наличието на мутация 10976A води до 30% понижение на нивото на фактор VII в кръвта и 2-кратно намаляване на риска от миокарден инфаркт. , дори при наличие на значителна коронарна атеросклероза.
В групата на пациентите без миокарден инфаркт се наблюдава повишена честота на хетеро- и хомозиготни генотипове 10976A, съответно G/A и G/G.
Полиморфизъм - -455 G->A фибриноген
Физиология и генетика.Когато кръвоносните съдове са увредени, фибриногенът се превръща във фибрин, основният компонент на кръвните съсиреци (тромби). Мутацията -455A фибриноген бета (FGB) е придружена от повишена генна производителност (експресия), което води до повишени нива на фибриноген в кръвта и увеличава вероятността от образуване на кръвни съсиреци. Разпространението на този вариант сред европейските популации е 5-10%.
Показания за анализ. Повишени нива на плазмен фибриноген, високо кръвно налягане, анамнеза за тромбоемболични заболявания, инсулт.
Клинични данни. Повишената склонност към образуване на кръвни съсиреци може да доведе до тромбоза и сърдечно-съдови заболявания. Нивото на фибриноген в кръвта се определя от редица фактори, включително лекарства, тютюнопушене, прием на алкохол и телесно тегло. Въпреки това, и двата генотипа G и A съответстват на забележима разлика в нивата на фибриноген в кръвта (10-30% според различни изследвания).
При изследване на група здрави донори е установено, че мутацията -455A води до повишени нива на фибриноген в кръвта. Мащабното проучване EUROSTROKE установи, че рискът от инсулт (исхемичен или хеморагичен) нараства 2-3 пъти с повишаване на нивата на фибриноген в кръвта. Рискът допълнително се повишава при повишено систолно кръвно налягане (>160 mmHg). Тези данни се потвърждават от проучвания на неевропейски популации.
При високо кръвно налягане наличието на генотип -455A повишава риска от исхемичен инсулт.
Пациентите с инсулт с генотип -455A се характеризират с мултифокални лезии: те могат да имат три или повече лакунарни мозъчни съдови инфаркта, средно рискът от инсулт се увеличава 2,6 пъти.
При повишено кръвно налягане при пациенти с мутация рискът от мултифокален инсулт се увеличава над 4 пъти (Финландия).
Полиморфизъм - IIeMet (66 a-g) Мутация на метионин синтетаза редуктаза
Физиология и генетика.Генът MTRR кодира ензима метионин синтаза редуктаза (MSR), който участва в голям брой биохимични реакции, свързани с трансфера на метилова група. Една от функциите на MCP е обратното превръщане на хомоцистеин в метионин. Витамин В12 (кобаламин) участва като кофактор в тази реакция.
Полиморфизмът I22M A->G е свързан с аминокиселинно заместване в молекулата на ензима MCP. В резултат на това заместване функционалната активност на ензима намалява, което води до повишен риск от нарушения в развитието на плода - дефекти на невралната тръба. Ефектът на полиморфизма се влошава от дефицит на витамин В12. Когато полиморфизмът I22M A->G в гена MTRR се комбинира с полиморфизма 677C->T в гена MTHFR, рискът се увеличава.
I22M A->G полиморфизмът в MTRR гена също засилва хиперхомоцистеинемията, причинена от 677C->T полиморфизма в MTHFR гена. Полиморфизмът A66G (Ile22Met) в гена MTRR както в хетерозиготни (AG), така и в хомозиготни (GG) варианти значително повишава концентрациите на хомоцистеин само когато се комбинира с генотипа MTHFR 677TT.
Полиморфизмът MTRR 66 A-G увеличава риска от раждане на дете със синдром на Даун с 2,57 пъти. Комбинацията от полиморфизми в гените MTHFR и MTRR повишава този риск до 4,08%.
Полиморфизъм - мутация 1 на 5G/4G инхибитор на плазминогенен активатор (PAI) 675
Физиология и генетика. Този протеин (известен също като SERPINE1 и PAI-1) е един от основните компоненти на тромболитичната плазминоген-плазминова система. PAI-1 инхибира тъканните и урокиназните плазминогенни активатори. Съответно, PAI-1 играе важна роля при определяне на чувствителността към сърдечно-съдови заболявания. Хомозиготният вариант 4G на полиморфизма -675 4G/5G е рисков фактор за развитие на тромбоза и миокарден инфаркт. Разпространението на хомозиготната форма на този вариант в кавказките популации е 5-8%. Генът PAI-1 се различава от всички известни човешки гени по своята максимална реакция на стрес. Асоциацията на 4G мутантния алел с повишен риск от ДВТ е анализирана в много проучвания, но техните резултати са противоречиви.
Според руски изследователи (Санкт Петербург) рискът от развитие на церебрална тромбоза се увеличава 6 пъти при лица с фамилна анамнеза за сърдечно-съдови заболявания при наличие на алел 4G. Доказана е връзка между носителството на 4G полиморфизма и повтарящ се спонтанен аборт.
Клинични аспекти. Вариантът 4G води до повишена генна експресия и следователно повишени нива на PAI-1 в кръвта. Следователно, тромболитичната система се инхибира и рискът от тромбоза се увеличава.
При проучване на големи популационни проби (357 пациенти и 281 здрави донори) е установено, че 4G/4G вариантът повишава риска от тромбоза средно 1,7 пъти. Повишеният риск е много по-висок за подгрупите пациенти с тромбоза на порталната вена и висцерална тромбоза. Въпреки това, не са открити статистически значими корелации за подгрупите пациенти с дълбока венозна тромбоза, церебрална или ретинална тромбоза. Вариантът 4G се свързва с повишен риск от миокарден инфаркт. При наличието на 4G вариант в PAI-1 и L33P в гена ITGB3 средният риск от развитие на миокарден инфаркт се увеличава 4,5 пъти, а при мъжете рискът се увеличава 6 пъти при наличието на тези два варианта.
Проучване на 1179 здрави донори и техните близки роднини показа, че 4G вариантът е свързан с фамилна анамнеза за коронарна артерия и/или сърдечно заболяване. В това изследване на голяма популационна проба, средното увеличение на риска в присъствието на хомозиготи е 1,6 пъти. Вариантите на 4G/5G полиморфизма корелират особено силно със средните кръвни нива на PAI-1 при наличие на затлъстяване. Предполага се, че ефектът от 4G варианта е свързан с централното, а не с периферното затлъстяване. Тъй като пациентите с централно затлъстяване са особено изложени на риск от сърдечно-съдови заболявания, ефектът на полиморфизмите върху нивата на PAI-1 в кръвта може да доведе до допълнително повишаване на риска.
Показания за анализполиморфизъм. Тромбоза на порталната вена, висцерална тромбоза, миокарден инфаркт, фамилна анамнеза за миокарден инфаркт, коронарна артерия/сърдечно заболяване, ниво на PAI-1 в кръвта, затлъстяване.
Генетичното разнообразие или генетичният полиморфизъм е разнообразието на популациите според признаци или маркери от генетична природа. Един от видовете биоразнообразие. Генетичното разнообразие е важен компонент от генетичните характеристики на популация, група от популации или видове. Генетичното разнообразие, в зависимост от избора на разглежданите генетични маркери, се характеризира с няколко измерими параметъра:
1. Средна хетерозиготност.
2. Брой алели на локус.
3. Генетично разстояние (за оценка на междупопулационното генетично разнообразие).
Полиморфизмът се случва:
хромозомни;
преход;
Балансиран.
Генетичен полиморфизъм възниква, когато един ген е представен от повече от един алел. Пример са кръвногруповите системи.
Хромозомен полиморфизъм - има различия между индивидите по отделните хромозоми. Това е резултат от хромозомни аберации. Има разлики в хетерохроматичните области. Ако промените нямат патологични последици - хромозомен полиморфизъм, характерът на мутациите е неутрален.
Преходният полиморфизъм е замяната на един стар алел в популация с нов, който е по-полезен при дадени условия. Хората имат хаптоглобинов ген - Hp1f, Hp 2fs. Старият алел е Hp1f, новият алел е Hp2fs. HP образува комплекс с хемоглобина и причинява адхезията на червените кръвни клетки в острата фаза на заболяванията.
Балансиран полиморфизъм възниква, когато нито един от генотиповете не получава предимство и естественият подбор благоприятства разнообразието.
Всички форми на полиморфизъм са много широко разпространени в природата в популациите на всички организми. В популациите от организми, които се размножават полово, винаги има полиморфизъм.
Безгръбначните животни са по-полиморфни от гръбначните. Колкото по-полиморфна е една популация, толкова по-еволюционно пластична е тя. В една популация големите набори от алели нямат максимална годност на дадено място в даден момент. Тези резерви се срещат в малки количества и в хетерозиготно състояние. След промени в условията на живот те могат да станат полезни и да започнат да се натрупват - преходен полиморфизъм. Големите генетични резерви помагат на популациите да реагират на околната среда. Един от механизмите, които поддържат разнообразието, е превъзходството на хетерозиготите. При пълно доминиране няма проява, при непълно доминиране се наблюдава хетерозис. В една популация селекцията поддържа генетично нестабилна хетерозиготна структура и такава популация съдържа 3 типа индивиди (AA, Aa, aa). В резултат на естествения подбор настъпва генетична смърт, намаляваща репродуктивния потенциал на популацията. Населението намалява. Следователно генетичната смърт е бреме за населението. Нарича се още генетичен товар.
Генетичният товар е част от наследствената изменчивост на популацията, която обуславя появата на по-малко годни индивиди, които са обект на селективна смърт в резултат на естествен подбор.
Има 3 вида генетичен товар.
1. Мутация.
2. Сегрегация.
3. Заместващ.
Всеки тип генетичен товар корелира с определен тип естествен подбор.
Мутационният генетичен товар е страничен ефект от процеса на мутация. Стабилизирането на естествения подбор премахва вредните мутации от популацията.
Сегрегационният генетичен товар е характерен за популациите, които се възползват от хетерозиготите. По-малко адаптираните хомозиготни индивиди се отстраняват. Ако и двете хомозиготи са летални, половината от потомството умира.
Заместващо генетично натоварване - старият алел се заменя с нов. Съответства на движещата форма на естествен подбор и преходен полиморфизъм.
генетичният полиморфизъм създава всички условия за продължаваща еволюция. Когато в средата се появи нов фактор, популацията може да се адаптира към новите условия. Например устойчивост на насекоми към различни видове инсектициди.
Генетичната променливост, ограничена до един вид (Homo sapiens в нашия случай), се нарича генетичен полиморфизъм (GP).
Геномите на всички хора, с изключение на еднояйчните близнаци, са различни.
Изразените популационни, етнически и най-вече индивидуални различия в геномите както в тяхната семантична част (екзони), така и в техните некодиращи последователности (междугенни пространства, интрони и др.) са причинени от различни мутации, водещи до HP. Последният обикновено се определя като менделски признак, който се среща в популация в поне 2 варианта с честота най-малко 1% за всеки. Изследването на GP е основната задача на бързо развиващата се програма „Човешко генетично разнообразие“ (виж Таблица 1.1).
GP може да бъде качествен, когато се появят нуклеотидни замествания, или количествен, когато броят на нуклеотидните повторения с различна дължина варира в ДНК. И двата типа GP се срещат както в сенс (кодиращи протеини), така и в екстрагенни последователности на ДНК молекулата.
Висококачественият GP е представен предимно от еднонуклеотидни замествания, така нареченият единичен нуклеотиден полиморфизъм (SNP). Това е най-обикновеният личен лекар. Още първото сравнително изследване на геномите на представители на различни раси и етнически групи показа не само дълбоката генетична родство на всички хора (геномно сходство - 99,9%), но също така даде възможност да се получи ценна информация за произхода на човека, пътищата на заселването му на планетата и пътищата на етногенезата. Решаването на много проблеми на геногеографията, човешкия произход, еволюцията на генома във филогенезата и етногенезата - това е наборът от фундаментални проблеми, пред които е изправена тази бързо развиваща се област.
Количественият GP е представен от вариации в броя на тандемните повторения (STR - Short Tandem Repeats) под формата на 1-2 нуклеотида (микросателитна ДНК) или 3-4 или повече нуклеотида на основна (повтаряща се) единица. Това е така наречената минисателитна ДНК. И накрая, ДНК повторенията могат да имат голяма дължина и вътрешна структура, променлива в нуклеотидния състав - така наречените VNTR (Variable Number Tandem Repeats).
Като правило, количественият GP се отнася до безсмислени некодиращи (кодиращи) региони на генома. Единствените изключения са тринуклеотидните повторения. Най-често това е CAG (цитозин-аденин-гуанин) – триплет, кодиращ глутаминовата киселина. Те могат да се появят и в кодиращите последователности на редица структурни гени. По-специално, такива общопрактикуващи лекари са характерни за гените на „разширителната болест“ (вижте Глава 3). В тези случаи, при достигане на определен брой копия на тринуклеотидния (полинуклеотидния) повтор, ГП престават да бъдат функционално неутрални и се проявяват като специален тип т. нар. „динамични мутации“. Последните са особено характерни за голяма група невродегенеративни заболявания (хорея на Хънтингтън, болест на Кенеди, спиноцеребеларна атаксия и др.). Характерните клинични характеристики на такива заболявания са: късно проявление, антиципационен ефект (увеличаване на тежестта на заболяването в следващите поколения), липса на ефективни методи за лечение (виж Глава 3).
Всички хора, населяващи нашата планета днес, са наистина генетично братя и сестри. Освен това, междуиндивидуалната вариабилност, дори при секвениране на гените на представители на бялата, жълтата и черната раса, не надвишава 0,1% и се дължи главно на единични нуклеотидни замествания, SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Такива замествания са многобройни и се случват на всеки 250-400 bp. Общият им брой в генома се оценява на 10-13 милиона (Таблица 1.2). Предполага се, че около половината от всички SNP (5 милиона) са разположени в сенсовата (експресирана) част на генома. Именно тези замествания се оказват особено важни за молекулярната диагностика на наследствените заболявания. Те играят основна роля в човешкия GP.
Днес е добре известно, че полиморфизмът е характерен за почти всички човешки гени. Освен това е установено, че има изразена етническа и популационна специфика. Тази функция позволява широкото използване на полиморфни генни маркери в етнически и популационни изследвания. Полиморфизмът, засягащ семантичните части на гените, често води до замяна на аминокиселини и до появата на протеини с нови функционални свойства. Заместванията или повторенията на нуклеотиди в регулаторните (промоторни) области на гените могат да имат значително влияние върху експресионната активност на гените. Наследствените полиморфни генни изменения играят решаваща роля при определянето на уникалния биохимичен профил на всеки човек, при оценката на неговата наследствена предразположеност към различни често срещани мултифакторни (мултифакторни) заболявания. Изследването на медицинските аспекти на HP представлява концептуалната и методологична основа на предсказуемата медицина (вижте 1.2.5).
Както показват проучванията през последните години, единичните нуклеотидни замествания (SNP) и късите тандемни моно-, ди- и тринуклеотидни повторения са доминиращите, но в никакъв случай не единствените варианти на полиморфизъм в човешкия геном. Наскоро беше съобщено, че около 12% от всички човешки гени присъстват в повече от две копия. Следователно действителните разлики между геномите на различните хора вероятно значително ще надхвърлят постулираните по-рано 0,1%. Въз основа на това понастоящем се смята, че близостта на несвързаните геноми не е 99,9%, както се смяташе преди, а приблизително равна на около 99 0%. Особено изненадващ беше фактът, че не само броят на копията на отделните гени, но дори и цели хромозомни фрагменти с размери от 0,65-1,3 мегабази (1 Mgb = 10 6 bp) може да варира в генома. През последните години с помощта на метода на сравнителна геномна хибридизация върху чипове, съдържащи ДНК сонди, съответстващи на целия човешки геном, бяха получени удивителни данни, доказващи полиморфизма на отделните геноми в големи (5-20 Mgb) ДНК фрагменти. Този полиморфизъм се нарича Вариация на броя на копията; неговият принос към човешката патология в момента се изучава активно.
Според съвременните данни количественият полиморфизъм в човешкия геном е много по-разпространен, отколкото се смяташе досега; Основният качествен вариант на полиморфизма са единични нуклеотидни замествания - SNP.
1.2.З.1. Международен проект „Хаплоиден геном” (HapMar)
Решаваща роля в изследването на геномния полиморфизъм принадлежи на международния проект за изследване на човешкия хаплоиден геном - „Хаплоидна карта“ - HapMap.
Проектът стартира по инициатива на Института за изследване на човешкия геном (САЩ) през 2002 г. Проектът се изпълнява от 200 изследователи от 6 страни (САЩ, Великобритания, Канада, Япония, Китай, Нигерия), които сформираха Научен консорциум. Целта на проекта е да се получи генетична карта на следващото поколение, която трябва да се основава на разпределението на единични нуклеотидни замествания (SNP) в хаплоидния набор от всичките 23 човешки хромозоми.
Същността на проекта е, че когато се анализира разпространението на вече известни SNPs (SNPs) в индивиди от няколко поколения, съседни или близко разположени SNPs в ДНК на една хромозома се наследяват на блокове. Такъв SNP блок е хаплотип - алелен набор от няколко локуса, разположени на една и съща хромозома (оттук и името на проекта HapMar). В този случай всеки от картографираните SNPs действа като независим молекулярен маркер. За да се създаде карта на SNP за целия геном обаче, важно е генетичната връзка между два съседни SNP да бъде много надеждна. Въз основа на връзката на такива SNP маркери с изследваната черта (заболяване, симптом) се определят най-вероятните места за локализация на кандидат-гени, чиито мутации (полиморфизъм) са свързани с конкретно мултифакторно заболяване. Обикновено за картографиране се избират няколко SNP, които са тясно свързани с вече известна менделска черта. Такива добре характеризирани SNP с честота на редки алели от най-малко 5% се наричат маркерни SNP (tagSNP). Очаква се в крайна сметка от приблизително 10 милиона SNPs, присъстващи в генома на всеки човек, само около 500 000 tagSNPs да бъдат избрани по време на проекта.
Но това число е напълно достатъчно, за да покрие целия човешки геном с картата на OZ. Естествено, постепенното насищане на генома с такива точкови молекулярни маркери, удобни за общогеномен анализ, отваря големи перспективи за картографиране на много все още неизвестни гени, алелните варианти на които са свързани (свързани) с различни сериозни заболявания.
Първият етап от проекта NarMar на стойност 138 милиона долара беше завършен през октомври 2005 г. Повече от един милион неинфекциозни заболявания (1 007 329) са генотипизирани в 270 представители на 4 популации (90 европейски американци, 90 нигерийци, 45 китайци и 45 японци). Резултатът от работата беше хаплоидна SNP карта, съдържаща информация за разпределението и честотите на маркерните SNP в изследваните популации.
В резултат на втория етап на проекта HapMap, който приключи през декември 2006 г., същата извадка от индивиди (269 души) беше генотипирана за още 4 600 000 SNP. Към днешна дата генетичната карта от следващо поколение (NaM) вече съдържа информация за повече от 5,5 милиона незаразни заболявания. В окончателната му версия, която, като се има предвид непрекъснато нарастващата скорост на картографиране на SNP, ще стане достъпна в близко бъдеще, ще има информация за 9 000 000 SNP от хаплоидния набор. Благодарение на HapMar, който включва не само SNP на вече картирани гени с известни фенотипове, но и SNP на все още неидентифицирани гени, учените имат в ръцете си мощен универсален навигатор, необходим за задълбочен анализ на генома на всеки индивид, за бързо и ефикасно картографиране на гени, чиито алелни варианти предразполагат към различни многофакторни заболявания, за провеждане на широкомащабни изследвания върху човешката популационна генетика, фармакогенетика и индивидуална медицина.
Според Франсис Колинс, директор на Националния институт за изследване на човешкия геном (САЩ): „Още когато обсъждах Програмата за човешкия геном преди 20 години, мечтаех за време, когато геномният подход ще се превърне в инструмент за диагностициране, лечение и предотвратяване на тежки общи болестите, които засягат болни хора, завладяват нашите болници, клиники и лекарски кабинети. Успех
Проектът NarMar ни позволява да направим сериозна крачка към тази мечта днес” (http://www.the-scientist.com/2006/2/1/46/1/).
Наистина, използвайки техниката HapMar, беше възможно бързо да се картографира генът, отговорен за дегенерацията на макулата, да се идентифицира основният ген и няколко генни маркера на сърдечно заболяване, да се идентифицират хромозомни региони и да се намерят гени, свързани с остеопороза, бронхиална астма, тип 1 и тип 2 диабет , както и с рак на простатата. С помощта на технологията HapMar е възможно не само да се проведе скрининг на целия геном, но и да се изследват отделни части от генома (фрагменти от хромозоми) и дори кандидат-гени. Комбинацията от технологията Nar-Mar с възможностите на ДНК чипове за хибридизация с висока разделителна способност и специална компютърна програма направи достъпен скрининг на асоциации в целия геном и направи истинска революция в предсказуемата медицина по отношение на ефективната идентификация на гени за чувствителност към различни МД (вж. Глави 8 и 9).
Като се има предвид, че генетичният полиморфизъм по никакъв начин не се ограничава до OCD и молекулярните вариации на генома са много по-разнообразни, учени и издатели на научното списание Human Mutation Ричард Котън (Австралия) и Хейг Казазиан (САЩ) инициираха проекта Human Variom, чиято цел е създаване на универсална банка данни, която включва информация не само за мутации, водещи до различни моногенни заболявания, но и за полиморфизми, предразполагащи към мултифакторни заболявания - http://www.humanvariomeproject.org/index.php?p = Новини . Като се имат предвид доста конвенционалните граници между „полиморфизъм“ и „мутации“, създаването на такава универсална библиотека от вариации на генома може само да бъде приветствано.
За съжаление, трябва да признаем, че ако в случая с проекта за човешкия геном в Русия все още бяха направени някои опити за участие в съвместни изследвания, тогава в изпълнението на международния проект NarMar местните учени практически не участваха. Съответно, използването на технология за скрининг на SNP в целия геном в Русия при липса на необходимия хардуер и софтуер е много проблематично.Междувременно, като се вземат предвид популационните характеристики на генетичния полиморфизъм, въвеждането на технологията GWAS в Русия е абсолютно необходимо (виж Глава 9 ).
С дълбоко съжаление трябва да констатираме, че вече съществуващата колосална пропаст между местната и напредналата световна наука в областта на изучаването на човешкия геном ще се увеличи бързо след завършването на програмата NarMar.
1.2.З.2. Нови проекти за изследване на човешкия геном
Проектът NarMar далеч не е единственият, въпреки че е най-напредналият в изследването на структурната и функционална организация на човешкия геном в наше време. Друг международен проект е ENCODE “Encyclopedia of DNA Elements”, иницииран от Националния институт за изследване на човешкия геном (NIHGR). Неговата цел е точно да идентифицира и картографира всички протеин-синтезиращи гени и функционално значими елементи от човешкия геном. Като пилотно проучване, проектът възнамерява многократно да секвенира и подробно да изследва фрагмент от генома с размери до 1% от общата дължина на ДНК. Най-вероятният кандидат е геномна област от около 30 мегабази (милиона bp) в късото рамо на хромозома 6. Именно там се намира HLA локусът, който е много сложен в структурно и функционално отношение и е отговорен за синтеза на антигени на хистосъвместимост , се намира. Предвижда се да се секвенира HLA региона при 100 пациенти с автоимунни заболявания (системен лупус еритематозус, диабет тип 1, множествена склероза, бронхиална астма и др.) и при 100 соматично здрави донори, за да се разбере молекулярната природа на генните характеристики в тези патологии. По подобен начин се очаква да се идентифицират кандидат-гени в локуси, които показват неслучайна връзка с чести тежки заболявания от многофакторен характер. Резултатите от проекта ENCODE вече са частично публикувани, но HLA локусът не е включен в него.
Друг проект - NIHGR "Chemical Genomics" - има за цел да създаде обществено достъпна библиотека от химически вещества, предимно органични съединения, удобни за изучаване на основните метаболитни пътища на тялото, директно взаимодействащи с генома и обещаващи за създаването на нови лекарства.
Проектът Genome to Life се фокусира върху метаболитните характеристики и организацията на геномите на едноклетъчни организми, които са патогенни за хората. Предполага се, че резултатът от внедряването му ще бъдат компютъризирани модели на реакцията на микробите към външни влияния. Изследванията ще се фокусират върху четири основни области: бактериални протеини, регулаторни механизми на генната функция, микробни асоциации (симбиоза), взаимодействие с човешкото тяло (www.genomestolife.org).
И накрая, основната организация за финансиране на научни проекти в Обединеното кралство, Wellcome Trust, създаде Structural Genomic Consortium. Целта му е да използва данни от изследването на човешкия геном, за да повиши ефективността на търсенето и синтеза на нови таргетни лекарства.
Проектът Environmental Genome, който се развива в САЩ и Западна Европа, също е пряко свързан с предсказуемата медицина и фармакогенетиката. Някои подробности за този проект ще бъдат обсъдени в следващата глава.
