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 и дори много поколения. Най-често G. p. се причинява или от различни налягания и вектори (ориентация) на селекция при различни условия (например през различни сезони), или от повишена относителна жизнеспособност на хетерозиготите (вижте Heterozygote). Един от видовете полиморфизъм, балансиран полиморфизъм, се характеризира с постоянно оптимално съотношение на полиморфните форми, отклонението от което е неблагоприятно за вида и се регулира автоматично (установява се оптималното съотношение на формите). Повечето от гените са в състояние на балансиран G. p. при хора и животни. Има няколко форми на G. p., чийто анализ дава възможност да се определи ефектът от селекцията в естествените популации.

Лит.:Тимофеев-Ресовски 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, чиято честота значително надвишава вероятността от възникване на съответните повтарящи се мутации. [Арефиев В.А., Лисовенко Л.А. Английски руски тълковен речник на генетичните термини ... ... Наръчник за технически преводач

Генетичен полиморфизъм генетичен полиморфизъм. Дългосрочно съществуване в популация на два или повече генотипа, чиято честота значително надвишава вероятността от възникване на съответните повтарящи се мутации. (Източник: „English Russian sensible ... ...

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 aiskinamasis 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... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

Генетичен полиморфизъм- дългосрочно съществуване в популация на два или повече генотипа, честотите на които значително надвишават вероятността за възникване 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 разлика във външния вид ... ...

I Полиморфизъм (от гръцки polimorphos разнообразен) във физиката, минералогията, химията, способността на определени вещества да съществуват в състояния с различни атомни кристални структури. Всяко от тези състояния (термодинамични фази), ... ... Велика съветска енциклопедия

Уникален полиморфизъм на събитията Полиморфизъм на уникално събитие/UEP в генеалогията ДНК означава генетичен маркер, съответстващ на една изключително рядка мутация. Смята се, че всички носители на такава мутация я наследяват от ... ... Wikipedia

Прекъсната вариабилност за хомоложни алели на един и същ генен локус, на който се основава стабилността на популацията. Чувствителността на организмите към различни фактори на околната среда е диференцирана, генотипно определена, ... ... Екологичен речник

полиморфизъм полиморфизъм. Съществуване в кръстосваща се група (в популация) на генетично различни индивиди; P. може да има негенетичен (модифициран) характер, например в зависимост от гъстотата на популацията (вж. ) … Молекулярна биология и генетика. Речник.

Обичайно е да се наричат ​​полиморфни гени, които са представени в популацията от няколко разновидности - алели, които определят разнообразието от признаци в рамките на един вид.

Генетичен полиморфизъм (гр. genetikos- свързани с раждане, произход; Гръцки полис- много и морфа-външен вид, форма, изображение) - разнообразие от алелни честоти на хомозиготи. Разликите между алелите на един и същи ген, като правило, се крият в незначителни вариации в неговия "генетичен" код. Голям дял в генетичния полиморфизъм правят заместванията на един нуклеотид с друг и промените в броя на повтарящите се ДНК фрагменти, които се срещат във всички структурни елементи на генома: екзони, интрони, регулаторни региони и др. Мащабът на генетичния полиморфизъм при хората е такова, че между ДНК последователностите на двама души, освен ако не са еднояйчни близнаци, има милиони разлики. Тези разлики попадат в четири основни категории:

а) фенотипно неизразени (например полиморфни ДНК региони, използвани за идентифициране на човек чрез молекулярно-генетични методи);

б) причиняват фенотипни различия (напр. в цвета на косата или височината), но не и предразположение към заболяването;

в) играят известна роля в патогенезата на заболяването (напр. при полигенни заболявания);

г) играят основна роля в развитието на заболяването (напр. при моногенни заболявания).

Въпреки че повечето от известните полиморфизми се изразяват или в единични нуклеотидни замествания, или в промяна в броя на повтарящите 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 към конкретния анализиран проблем, за който на първо място са важни 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 са, което е вярно и за ензимите на образуване и метаболизъм на стероидни хормони, за които ще бъде обсъдено допълнително.

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 популация, освен ако тази проба 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. Такова разделение е много условно, а 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-точен индикатор за генетична променливост в рамките на една популация е СРЕДНА ОЧАКВАНА ХЕТЕРОСИГОСНОСТ или ГЕННО РАЗНООБРАЗИЕ. Тази стойност може да бъде получена директно от генните честоти и е много по-малко засегната от ефектите на грешка при вземане на проби. Генното разнообразие в даден 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 дадения локус.

За всеки локус h е вероятността два алела, произволно избрани в популация, да се различават един от друг. Средната стойност за всички h за всеки изследван локус, H, може да се използва като оценка на степента на генетична променливост в популацията.

Степените на генетично разнообразие h и H са широко използвани за електрофоретични и рестрикционни ензимни данни. Въпреки това, те не винаги могат да бъдат подходящи за данни, получени от изследването на ДНК последователности, тъй като степента на разнообразие на ниво ДНК е изключително висока. Особено когато се вземат предвид 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-приемлива 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 D. melanogaster алкохол дехидрогеназа (Adh) (Nei M., 1987).

Изследвани са 11 последователности с дължина 2,379 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 бяха равни на 1/11, а x 9 = 3/11. Четиридесет и три позиции бяха полиморфни. Първо бяха изчислени пропорциите на нуклеотидните разлики за всяка двойка последователности, показани в таблицата:

Например, алелите 1-S и 2-S се различават в три позиции от 2,379, следователно n 12 = 0,13%. Стойността на n, получена с помощта на формула 3.20, се оказа 0,007.

Генетичен полиморфизъм и наследствени заболявания.

През 1902 г. Garrod предполага, че метаболитните нарушения, като алкаптонурия, са екстремният израз на химическата индивидуалност на организма. Истинската широта на генетичното разнообразие стана очевидна за първи път, когато електрофореза с клетъчен екстракт (без предварително пречистване на ензими) показа съществуването на няколко 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 в 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.

В хода на еволюцията са възникнали различни алели в резултат на мутации от един алел предшественик, най-често те се различават един от друг чрез заместване на един нуклеотид (мисенс мутации). 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 съди въз основа на анализ на аминокиселинната последователност на съответните протеини. За много гени (например генът за бета веригата на глобина) е възможно да се изолира нормалният 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 изключителната променливост на ДНК последователностите. В геномите на различните хора 1 от 100-200 базови двойки се различава; това е в съответствие с хетерозиготността при 1 на 250-500 базови двойки. Съвременните методи позволяват да се идентифицират замествания на отделни нуклеотиди в кодиращи региони, които могат да бъдат безсмислени или да причинят промяна в аминокиселинната последователност. Полиморфизмът на ДНК е още по-изразен в некодиращите области на генома, чието влияние върху генната експресия е малко или изобщо не съществува.

В допълнение към замяната на отделни нуклеотиди, ДНК полиморфизмът се основава на инсерции, делеции и промени в броя на тандемните повторения. Има (дълги) тандемни повторения, вариращи по брой (минисателитна ДНК) и къси (тетра-, три-, ди- или мононуклеотидни) тандемни повторения (микросателитна ДНК).

Мащабът на ДНК полиморфизма е такъв, 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 идентифициране на човек чрез молекулярно-генетични методи);

Причиняване на фенотипни разлики (например в цвета на косата или височината), но не и предразполагащи към заболяването;

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 в случай на хетерозиготно или хомозиготно носителство на полиморфизма. Рискът от развитие на заболяване се измерва с коефициента на шансове ИЛИ (odds ratio).
В Европа официално се извършва клинично генетично изследване на мутации в гените: FV (Leiden), F2 (протромбин), PAI-1, MTHFR.

Мутация Leiden 1691 G->A коагулационен фактор V (F5)

Физиология и генетика.Коагулационен фактор V или коагулационен фактор V е протеинов кофактор при образуването на тромбин от протромбин. Полиморфизмът на G1691A Leiden (аминокиселинното 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. Тази точкова (единична нуклеотидна) мутация на гена, кодиращ фактор V на кръвосъсирването, придава устойчивост на активната форма на фактор V към разграждащото действие на специализиран регулаторен ензим, С-протеин, 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(DVT): 7 пъти по-висока при хетерозиготни носители на Leiden мутацията на F5 Arg506Gln гена и 80 пъти по-висока при хомозиготи. Допълнителните фактори, влияещи върху развитието на ДВТ, могат да бъдат разделени на 3 групи.

ДА СЕ първиГрупа фактори включва промяна в хормоналния статус:

Употребата на орални контрацептиви допълнително увеличава риска от развитие на ДВТ с 30 пъти при хетерозиготи, 100 пъти при хомозиготно носителство.

Бременност - 16 пъти по-голям риск от ДВТ.

Хормонозаместителна терапия - 2-4 пъти увеличава рисковете.

Co. второгрупа фактори включват 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 и онкологичните заболявания също повишават риска от развитие на ДВТ. Рискът от исхемичен инсулт при жени на възраст 18-49 години с мутация Leiden се увеличава с 2,6 пъти и се увеличава с 11,2 пъти при приемане на орални контрацептиви.

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),

Забавяния в развитието 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.

Следните примери илюстрират връзката на мутацията с различни видове тромбоза и други сърдечно-съдови заболявания.

Проучване на повече от 300 пациенти с венозен тромбоемболизъм (ВТЕ) е проведено в продължение на 8 години в няколко центъра, по време на което е открит 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 претърпели рецидивираща ВТЕ. Мутацията на фактор V Leiden води до четирикратно увеличение на риска от рецидивираща ВТЕ. Препоръчва се по-продължителна антикоагулантна терапия при пациенти с ВТЕ с мутация на Leiden 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 Т мутация на C677T полиморфизма на гена за метилтетрахидрофолат редуктаза.

Един от най-опасните усложненияхормоналните контрацептиви са тромбоза и тромбоемболия. Много жени с тези усложнения са хетерозиготни носители на мутацията на Leiden (G/A генотип). На фона на приема на хормонални контрацептиви рискът от тромбоза се увеличава 6-9 пъти. Жените, които използват хормонални контрацептиви и имат хомозиготна Leiden мутация (генотип A/A), са повече от 30 пъти по-склонни да развият церебрална синусова тромбоза (TCS), отколкото жените, които нямат тази мутация.

Бяха обобщени окончателните данни от проучването Estrogen Plus Progestin на Women's Health Initiative за честотата на венозна тромбоза по време на хормонозаместителна терапия (ХЗТ). Проучването включва 16 608 жени след менопауза на възраст от 50 до 79 години, които са били проследявани от 1993 до 1998 г. в рамките на 5 години. Наличието на мутация Leiden повишава риска от тромбоза при естроген-прогестогенна хормонална заместителна 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 между ХЗТ и риска от венозна тромбоза. Анализ на повече от десет независими проучвания показа, че сред пациентите, прекарали миокарден инфаркт 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 на протромбина

Физиология и генетика.Протромбинът (коагулационен фактор II или F2) е един от основните компоненти на системата за кръвосъсирване. По време на ензимното разцепване на протромбина се образува тромбин. Тази реакция е първата стъпка в образуването на кръвни съсиреци. Мутацията на протромбиновия ген G20210A се характеризира с заместването на нуклеотидния гуанин (G) с нуклеотидния аденин (A) на позиция 20210. Поради повишената експресия на мутантния ген, нивото на протромбина може да бъде един и половина до два пъти по-висока от нормалната. Мутацията се унаследява по автозомно-доминантен начин. Това означава, че тромбофилията възниква дори при хетерозиготен носител на променения ген (G/A).

Тромбоемболични заболявания(TE) са причинени от нарушения в системата за кръвосъсирване. Тези нарушения водят и до сърдечно-съдови заболявания. Генотипът G/A е индикатор за риска от тромбоза и миокарден инфаркт. Когато възникне тромбоза, мутацията 20210A често се появява в комбинация с мутацията на Leiden. Генотип G/A позиция 20210 на протромбиновия ген е рисков фактор за същите усложнения, свързани с мутацията на Leiden.
Хетерозиготни носители на гена са 2-3% от представителите на европеидната раса.
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 препоръките за акушер-гинеколози (UK, 2000), клиничният генетичен анализ на FV и протромбин 20210 е подходящ поради различните рискове при хомозиготи и хетерозиготи.

Разграничете много високо, високо и средно 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, мутация на протромбин G20210A или комбинация от тези мутации. На такива пациенти е показана антикоагулантна терапия с нискомолекулни хепарини от началото до средата на втория триместър.

- Среденстепента 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 групата пациенти с първи инфаркт на миокарда (на възраст 18-44 години) показва, че вариантът 20210A се среща четири пъти по-често, отколкото в групата на здравите, което съответства на 4-кратно увеличение на риска от инфаркт на миокарда. Вероятността от инфаркт е особено висока при наличието на други рискови фактори за сърдечно-съдови заболявания. Например, пушенето при наличие на генотип 20210A увеличава риска от миокарден инфаркт с повече от 40 пъти. Мутацията 20210A е значителен рисков фактор за ранен миокарден инфаркт.

При 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 пряка причина за смъртта, особено при следоперативни и онкологични пациенти. Установено е, че сред онкоболните при наличие на ТЕ смъртността се увеличава няколко пъти, докато броят на ТЕ надвишава средните стойности. Причините за нарастването на ТЕ при онкоболните вероятно трябва да се търсят в провеждана терапия, която не е в съответствие 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 фолиевата киселина. Ензимът катализира редукцията на 5,10-метилентетрахидрофолат до 5-метилтетрахидрофолат. Последният е активната форма на фолиева киселина, необходима за образуването на метионин от хомоцистеин и по-нататък - S-аденозилметионин, който играе ключова роля в процеса на метилиране на ДНК. Дефицитът на MTHFR насърчава не само тератогенни (увреждащи плода), но и мутагенни (увреждащи ДНК) ефекти. В този случай настъпва инактивиране на много клетъчни гени, включително онкогени. Това е една от причините онколозите да се интересуват от генетичните варианти на MTHFR. Аминокиселината хомоцистеин е междинен продукт в синтеза на метионин. Нарушенията на ензима MTHFR водят до прекомерно натрупване на хомоцистеин в кръвната плазма - хиперхомоцистеинемия.

Генът MTHFR се намира на хромозома 1p36.3. Известно е, че около две дузини мутации на този ген 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 аланинов аминокиселинен остатък с валин (позиция 222) на мястото на свързване на фолат . Такъв MTHR полиморфизъм се нарича C677T мутация. При индивиди, хомозиготни за тази мутация (T/T генотип), се отбелязва термолабилност на MTHFR и намаляване на ензимната активност до около 35% от средната стойност. В цялото население на света мутацията 677T на гена MTHFR е доста разпространена сред представителите на европейската (кавказка) раса. Честотите на две основни мутации (C677T и A1298C) са изследвани сред населението на САЩ. Наличието на хомозиготен T/T е показано при 10-16% от европейците и 10% от лицата от испански произход, а хетерозиготни носители на този ген са съответно 56 и 52% от изследваните лица, т.е. наличието на варианта 677T (генотипове C/T или T/T) се наблюдава в 62-72% от случаите. Подобни резултати са получени за 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 инфаркт на миокарда), атеросклероза, атеротромбоза. антифосфолипиден синдром. Химиотерапия на рак преди или по време на бременност. Фамилна предразположеност към усложнения на бременността, водещи до вродени малформации: дефекти в нервната система на плода, аненцефалия, деформации на лицевия скелет (цепнатина на небцето, цепнатина на устната), пренатална смърт на плода. Чревна полипоза, колоректален аденом при консумация на алкохол, рак на ректума. Семейна предразположеност към рак, наличие на мутации в BRCA гените. Цервикална дисплазия, особено в комбинация с папиломавирусни инфекции.

Клинични данни. Дефектите в този ген често водят до различни заболявания с широк спектър от клинични симптоми: умствена и физическа изостаналост, пренатална смърт или дефект на плода, сърдечно-съдови и невродегенеративни заболявания, диабет, рак и др. Носителите на C/T хетерозиготи изпитват дефицит на фолиева киселина по време на бременност, което може да доведе до дефекти на невралната тръба на плода. Пушенето засилва ефекта от мутацията. Носителите на два T/T алела (хомозиготно състояние) имат особено висок 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. Нормално нивото на хомоцистеин е 5-15 µmol/l, умерено повишено ниво е 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, I278T и G307S се считат за най-чести, въпреки че честотата на тяхното проявление варира значително в различните страни, много по-рядко причините на тежка HH са MTHFR T/T генотип, 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 приема на кофактори, необходими за метаболизма на хомоцистеина (фолиева киселина, витамини B12, B1 и B6 (особености на HH терапията с витамини). При носители на T/T MTHFR генотип, с оптимален прием на фолиева киселина, нивото на хомоцистеин е умерено повишено (до 50%) Въпреки че е известно, че комбинация от 2,5 mg фолиева киселина, 25 mg витамин B6 и 250 mcg витамин B12 на ден намалява прогресията на атеросклерозата при тежка HH ( измерено чрез каротидна плака), остава да се потвърди дали хомоцистеин-понижаващата терапия предотвратява значителни съдови усложнения при индивиди с умерена HH.

Важността на проблема с HH се доказва от факта, че Министерството на здравеопазването на САЩ през 1992 г. препоръчва на жените, които могат да забременеят, да приемат 400 микрограма фолиева киселина на ден. Американската администрация по храните и лекарствата изисква обогатяване на фолиева киселина в зърнените култури на нива, които могат да осигурят допълнителни 100 микрограма на ден. Въпреки това, дневната доза фолиева киселина, необходима за максимално намаляване на нивата на хомоцистеин, е 400 mcg, така че по-високите дози добавки 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 двукратно увеличение на риска от развитие на дефекти, докато хомозиготният T/T мутант съответства на почти десетократно намаление на риска. В проучване на извадка от населението на Ирландия (395 пациенти и 848 здрави контроли) беше установено, че появата на Т варианта се увеличава при пациенти с вроден дефект на невралната тръба. Трудно е да се каже дали тези противоречиви резултати от изследвания се дължат на промени в населението 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, забавяне 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 се среща много по-често при пациенти със сърдечно-съдови заболявания, отколкото при здрави донори. При млади пациенти с артериална исхемия хомозиготната 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 11162 пациенти и 12758 здрави донори, показва повишаване на риска от развитие на коронарна артериална болест с 1,16 пъти при наличие на хомозиготен T/ T. Ниската степен на риск е свързана с хетерогенността на анализираните популационни проби. При изследването на хомогенни извадки от населението (индивидуални проучвания, не мета-анализ), оценките на риска са много по-високи. По този начин разликата в честотите 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 в колоректалната област. Изследвана е значителна група пациенти с полипоза на дебелото черво. Определят се нивата на фолат в еритроцитите, заедно с оценка на C/T MTHFR генотипа. Предишни резултати показват връзка между ниските нива на фолат и риска от развитие на аденоматоза. Многовариантният анализ показа, че тютюнопушенето, фолиевият статус и MTHFR генотипът са значими компоненти на висок риск от аденоматоза. Този риск се оказва много висок при индивиди с ниски нива на фолиева киселина и носителство на алела 677T в хомо- или хетерозиготна форма. Тези данни показват силно взаимодействие на диетични и генетични фактори при развитието на предракови състояния.

Подобни предположения бяха представени 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 MTHFR генотипа. 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 един от рисковите фактори, 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 проверка за други популации. Най-вероятно значението на неактивния мутант 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. C677T полиморфизмът влияе върху ефективността на химиотерапията при рак. Флуороурацилът се използва широко за химиотерапия при колоректален рак. Вероятността за положителна динамика в отговор на химиотерапия за колоректален аденокарцином при пациент с генотип 677T се увеличава почти три пъти. Резултатите предполагат, че генотипирането за C677T полиморфизма ще позволи разработването на по-ефективни химиотерапевтични курсове. Въпреки това, проучване на малки проби (до 50) от пациенти с рак на гърдата показа, че в присъствието на T/T хомозигот, рискът от странични ефекти при използване на метотрексат (антиметаболит, чието действие е свързано с инхибиране на ензимната активност на MTHFR) се увеличава десетократно.

Има малко проучвания на MTHFR генотипа 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 в BRCA гените. 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 С/Т генотип имат двоен онкологичен риск, а при пациенти с хомозиготен Т/Т генотип рискът е три пъти по-висок в сравнение с контролната група. В същото време намаленият хранителен прием на фолат увеличава 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 развитие 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) на 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.Рискът от инфаркт на миокарда и фатален изход при инфаркт на миокарда, нивото 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. Тези данни за клиничното значение на мутацията се потвърждават от проучвания в други европейски популации. По-специално, наличието на варианта 10976A съответства на намален риск от фатален изход при инфаркт на миокарда.

При проучване на пациенти със стеноза на коронарната артерия и миокарден инфаркт е установено, че наличието на мутация 10976A води до намаляване на нивото на фактор VII в кръвта с 30% и 2-кратно намаляване на риска от миокарден инфаркт, дори при наличие на забележима коронарна атеросклероза.

В групата на пациентите без миокарден инфаркт се наблюдава повишена честота на хетеро- и хомозиготни 10976A генотипове, съответно G/A и G/G.

Полиморфизъм -455 G->A фибриноген

Физиология и генетика.Когато кръвоносните съдове са увредени, фибриногенът преминава във фибрин, основният компонент на кръвните съсиреци (тромби). Мутацията -455A фибриноген бета (FGB) е придружена от повишено производство (експресия) на гена, което води до повишено ниво 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 плазмени нива на фибриноген, високо кръвно налягане, анамнеза за тромбоемболично заболяване, инсулт.

Клинични данни. Повишената склонност към тромбоза 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, генотипите G и A също 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 повишено съдържание на фибриноген в кръвта. В мащабното проучване EUROSTROKE беше установено, че рискът от инсулт (исхемичен или хеморагичен) се увеличава 2-3 пъти с увеличаване на съдържанието на фибриноген в кръвта. Рискът допълнително се повишава при повишено систолно налягане (>160 mmHg). Тези данни са подкрепени от проучвания на неевропейски популации.

При повишено 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 инфаркта на мозъчните съдове, средно рискът от инсулт се увеличава 2,6 пъти.

При повишено кръвно налягане при пациенти с мутация рискът от мултифокален инсулт се увеличава повече от 4 пъти (Финландия).

Полиморфизъм - IIeMet (66 a-g) Мутация на метионин синтетаза редуктаза

Физиология и генетика.Генът MTRR кодира ензима метионин синтаза редуктаза (MCP), който участва в голям брой биохимични реакции, свързани с преноса на метилова група. Една от функциите на MCP е обратното превръщане на хомоцистеин в метионин. Витамин B12 (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 се намалява функционалната активност на ензима, което води до повишен риск от нарушения в развитието на плода - дефекти на невралната тръба. Ефектът на полиморфизма се изостря от дефицит на витамин В12. Когато полиморфизмът I22M A->G на гена MTRR се комбинира с полиморфизма 677C-> T в гена MTHFR, рискът се увеличава.

I22M A->G полиморфизмът на MTRR гена също изостря хиперхомоцистеинемията, причинена от 677C->T полиморфизма в MTHFR гена. Полиморфизмът A66G (Ile22Met) в гена MTRR, както в хетерозиготния (AG), така и в хомозиготния (GG) вариант, значително повишава концентрацията на хомоцистеин само когато се комбинира с генотипа MTHFR 677TT.

Полиморфизмът на 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 в предопределянето на чувствителността към сърдечно-съдови заболявания. Хомозиготният вариант на 4G 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 отличава от всички известни човешки гени по своята максимална реакция на стресови влияния. 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 при лица с фамилна анамнеза за сърдечно-съдови заболявания при наличие на алел 4G с 6 пъти. Показана е връзката на носителството на 4G полиморфизъм с повтарящ се спонтанен аборт.

Клинични аспекти. Вариантът 4G води до повишена експресия на гена и оттам до повишено ниво 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 спланхнична тромбоза. Въпреки това, не са открити статистически значими корелации за подгрупи 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 статистически 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 голямо популационно проучване средният повишен риск 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 полиморфизма 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.

Генетично разнообразие или генетичен полиморфизъм е разнообразието на популациите според признаци или маркери от генетично естество. 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 - между индивидите има разлики в 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 в популация на един стар алел с нов, който е по-полезен при дадени условия. Човек има хаптоглобинов ген - Hp1f, Hp 2fs. Старият алел е Hp1f, новият е Hp2fs. Hp образува комплекс с хемоглобина и предизвиква агрегация на еритроцитите в острата фаза на заболяванията.

Балансиран полиморфизъм - възниква, когато нито един от генотиповете не е от полза, а естественият подбор благоприятства разнообразието.

Всички форми на полиморфизъм са много широко разпространени в природата в популациите на всички организми. В популациите на полово размножаващите се организми винаги има полиморфизъм.

Безгръбначните са по-полиморфни от гръбначните. Колкото по-полиморфна е популацията, толкова по-еволюционно пластична е тя. В една популация големи запаси от алели нямат максимална годност на дадено място в даден момент. Тези запаси се срещат в малки количества и са хетерозиготни. След промени в условията на съществуване те могат да станат полезни и да започнат да се натрупват - преходен полиморфизъм. Големите генетични запаси помагат на населението да реагира 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, която намалява репродуктивния потенциал на популацията. Населението намалява. Следователно генетичната смърт е бреме за населението. Нарича се още генетичен товар.

Генетичен товар - част от наследствената изменчивост на популацията, която определя появата на по-малко адаптирани индивиди, които претърпяват селективна смърт в резултат на естествения подбор.

Има 3 вида генетичен товар.

1. Мутационни.

2. Сегрегация.

3. Заместващ.

Всеки тип генетичен товар корелира с определен тип естествен подбор.

Мутационният генетичен товар е страничен ефект от мутационния процес. Стабилизирането на естествения подбор премахва вредните мутации от популацията.

Сегрегационен генетичен товар - характерен за популации, които използват предимството на хетерозиготите. По-слабо 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-важното, индивидуални различия в геномите както в тяхната семантична част (екзони), така и в техните некодиращи последователности (междугенни пропуски, интрони и др.) се дължат на 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 HP е основната цел на бързо развиващата се програма „Човешко генетично разнообразие“ (виж таблица 1.1).

HP 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 HP се намират както в смисъл (протеинов код), така и в екстрагенни последователности на ДНК молекулата.

Качественият HP е представен главно от единични нуклеотидни 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 връзка на всички хора (приликата на геномите е 99,9%), но също така даде възможност да се получи ценна информация за произхода на човека , пътищата на неговото разселване по планетата и пътищата на етногенезата. Решаването на много проблеми на геногеографията, произхода на човека, еволюцията на генома във филогенезата и етногенезата - това е кръгът от фундаментални проблеми, пред които е изправена тази бързо развиваща се посока.

Количествен GP - 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 сърцевина (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 несмислени некодиращи (кодиращи) региони на генома. Единственото изключение са тринуклеотидните повторения. По-често това е CAG (цитозин-аденин-гуанин) - триплет, кодиращ глутаминовата киселина. Те могат да бъдат намерени и в кодиращите последователности на редица структурни гени. По-специално, такива общопрактикуващи лекари са характерни за гени за "разрастващи болести" (виж 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, ефект на очакване (увеличаване на тежестта на заболяването в следващите поколения), липса на ефективни методи за лечение (виж Глава 3).

Всички хора, които населяват нашата планета днес, наистина са 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, SNPs (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 в сенс (експресирана) част от генома. Тези замествания, както се оказа, са особено важни за молекулярната диагностика на наследствени заболявания. Те играят основна роля в човешкото HP.

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 характеристика прави възможно широкото използване на полиморфни генни маркери в етнически и популационни изследвания. Полиморфизмът, засягащ семантичните части на гените, често води до замяна на аминокиселини и появата на протеини с нови функционални свойства. Заместванията или повторенията на нуклеотиди в регулаторните (промоторни) области на гените могат да имат значителен ефект върху експресионната активност на гените. Наследствените полиморфни промени в гените играят решаваща роля при определянето на уникалния биохимичен профил на всеки човек, при оценката на неговата наследствена предразположеност към различни чести многофакторни (мултифакторни) заболявания. Изследването на медицинските аспекти на HP е концептуалната и методологична основа на предсказуемата (прогностична) медицина (виж 1.2.5).

Последните проучвания показват, че единичните нуклеотидни замествания (SNP) и късите тандемни моно-, ди- и тринуклеотидни повторения са доминиращи, но в никакъв случай не са единствените варианти на полиморфизъм в човешкия геном. Наскоро беше съобщено, че около 12% от всички човешки гени присъстват в повече от две копия. Следователно реалните разлики между геномите на различните хора вероятно значително ще надхвърлят постулираните по-рано 0,1%. Въз основа на това в момента се смята, че близостта на несвързаните геноми не е 99,9%, както се смяташе преди, а приблизително равна на около 990%. Особено изненадващ беше фактът, че не само броят на копията на отделните гени, но дори цели фрагменти от хромозоми 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 и неговият принос към човешката патология в момента се изследва активно.

Според съвременните данни количественият полиморфизъм в човешкия геном е много по-широк, отколкото се смяташе досега; основният качествен вариант на полиморфизма са единичните нуклеотидни замествания - SNP.

1.2.З.1. Международен проект "Хаплоиден геном" (NarMar)

Решаващата роля в изследването на геномния полиморфизъм принадлежи на международния проект за изследване на хаплоидния човешки геном - "Хаплоидна карта" - HapMap.

Проектът е иницииран от Института за изследване на човешкия геном (САЩ) през 2002 г. Проектът е реализиран от 200 изследователи от 6 страни (САЩ, Великобритания, Канада, Япония, Китай, Нигерия), които сформират Научен консорциум . Целта на проекта е да се получи генетична карта на следващото поколение, чиято основа трябва да бъде разпределението на единичните нуклеотидни замествания (SNP) в хаплоидния набор от всичките 23 човешки хромозоми.

Същността на проекта е, че когато се анализира разпространението на вече известни SNPs (ONZ) 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 NarMar). Всеки от картографираните SNPs действа като независим молекулярен маркер. За да се създаде карта на SNP за целия геном, важно е обаче генетичната връзка между два съседни SNP да бъде много надеждна. Чрез свързване 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 едно или друго мултифакторно заболяване. Обикновено за картографиране се избират няколко SNP, които са тясно свързани с вече известна менделска черта. Такива добре характеризирани ONZ с честота на редки алели от най-малко 5% се наричат ​​маркерни SNP (tagSNP). Очаква се, че само около 500 000 tagSNP в крайна сметка ще бъдат избрани от приблизително 10 милиона DHC, присъстващи в генома на всеки индивид по време на проекта.

Но дори това число е напълно достатъчно, за да покрие целия човешки геном с ONZ картата. 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 тежки заболявания.

Първата фаза на проекта NarMar на стойност 138 милиона долара беше завършена през октомври 2005 г. Генотипирането на над един милион DHC (1 007 329) е извършено 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 (NarMar) вече съдържа информация за повече от 5,5 милиона NHC. 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 NarMar, който включва не само SNP на вече картирани гени с известни фенотипове, но и SNP на гени, които все още не са идентифицирани, учените получават в ръцете си мощен универсален навигатор, който е необходим за задълбочен анализ на генома на всеки индивид. , за бързо и ефикасно картографиране на гени, чиито алелни варианти предразполагат към различни мултифакторни заболявания, за провеждане на широкомащабни проучвания върху генетиката на човешката популация, фармакогенетиката и индивидуалната медицина.

Според Франсис Колинс, директор на Националния институт за изследване на човешкия геном (САЩ): „Дори когато обсъждах Програмата за човешкия геном преди 20 години, мечтаех за време, когато геномният подход ще се превърне в инструмент за диагностициране, лечение на и предотвратяване на тежки общи заболявания, които страдат от болни хора, изпълват нашите болници, клиники и лекарски кабинети. успехи

Проектът NarMar ни позволява да направим сериозна крачка към тази мечта днес” (http://www.the-scientist.com/2006/2/1/46/1/).

Наистина, с помощта на техниката NarMar 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 определят хромозомни региони и да се намерят гени, свързани с остеопороза, бронхиална астма, тип 1 и диабет тип 2. а също и с рак на простатата. С помощта на технологията NarMar е възможно не само да се извърши скрининг на целия геном, но и да се изследват отделни части от генома (хромозомни фрагменти) 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, предразполагащи към различни MDs ( вижте глави 8 и 9).

Като се има предвид, че генетичният полиморфизъм по никакъв начин не се ограничава до ONZ 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 да създаде 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 произволните граници между "полиморфизъм" и "мутации", създаването на такава универсална библиотека от вариации на генома може само да бъде приветствано.

За съжаление трябва да кажем, че докато в случая с проекта за човешкия геном в Русия все още бяха направени някои опити за участие в съвместни изследвания, в изпълнението на международния проект NarMar местните учени практически не бяха включени. Съответно е много проблематично да се използва технологията за скрининг на SNP в целия геном в Русия при липса на необходимия хардуер и софтуер.Междувременно, като се вземат предвид популационните характеристики на генетичния полиморфизъм, въвеждането на технологията GWAS в Русия е абсолютно необходимо (вижте 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 след завършването на програмата NarMar бързо ще се увеличи.

1.2.З.2. Нови проекти за изследване на човешкия геном

Проектът NarMar съвсем не е единственият, въпреки че е най-напредналият в изследването на структурната и функционална организация на човешкия геном в наше време. Друг международен проект – ENCODE „Енциклопедия на елементите на ДНК“, иницииран от Националния институт за изследване на човешкия геном, САЩ (NIHGR) (National Institute of Human Genome Research – NIHGR). Неговата цел е точната идентификация и картографиране на всички протеин-синтезиращи гени и функционално значими елементи от човешкия геном. Като пилотно проучване проектът включва многократно секвениране и подробно изучаване на фрагмент от генома 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 HLA локусът, който е много сложен в структурно и функционално отношение, е отговорен за синтеза на антигени на хистосъвместимост. . 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 предлага 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 публична библиотека от химикали, 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 "Genome for Life" се фокусира върху особеностите на метаболизма и организацията на геномите на едноклетъчни организми, патогенни за човека. 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 гени, микробни асоциации (симбиоза), взаимодействие с човешкото тяло (www.genomestolife.org).

И накрая, Wellcome Trust, основната организация за финансиране на научни проекти в Обединеното кралство, създаде Structural Genomic Consortium. Целта му е да повиши ефективността на търсенето и синтеза на нови таргетни лекарства въз основа на данни от изследването на човешкия геном.

Пряко свързан с предсказуемата медицина и фармакогенетиката е проектът Environmental Genome, който се разработва в Съединените щати и Западна Европа. Някои подробности за този проект ще бъдат обсъдени в следващата глава.