Genetski polimorfizam: što je to? Polimorfizam - što je to? Genetski polimorfizam.
) dva ili više različitih nasljednih oblika koji su u dinamičkoj ravnoteži tijekom nekoliko ili čak više generacija. Najčešće je genetska selekcija određena ili različitim pritiscima i vektorima (smjerom) selekcije pod različitim uvjetima (na primjer, u različitim godišnjim dobima), ili povećanom relativnom održivošću heterozigota (vidi Heterozigot). Jednu od vrsta genetske raznolikosti - uravnoteženu genetičku raznolikost - karakterizira stalni optimalni omjer polimorfnih oblika, odstupanje od kojeg se ispostavlja nepovoljnim za vrstu i automatski se regulira (utvrđuje se optimalni omjer oblika). Većina gena je u stanju uravnotežene proizvodnje gena kod ljudi i životinja. Postoji nekoliko oblika genetske raznolikosti čijom analizom je moguće utvrditi učinak selekcije u prirodnim populacijama.
Lit.: Timofeev-Resovski N.V., Svirezhev Yu.M., O genetičkom polimorfizmu u populacijama, “Genetika”, 1967., br. 10.
Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .
Pogledajte što je "genetski polimorfizam" u drugim rječnicima:
genetski polimorfizam- Dugotrajno postojanje u populaciji dva ili više genotipova čije učestalosti pouzdano premašuju vjerojatnost pojave odgovarajućih ponovljenih mutacija. [Arefjev V.A., Lisovenko L.A. Englesko-ruski rječnik objašnjenja genetskih pojmova... ... Vodič za tehničke prevoditelje
Genetic polymorphism genetski polimorfizam. Dugotrajno postojanje dva ili više genotipova u populaciji, čija učestalost značajno premašuje vjerojatnost pojave odgovarajućih ponovljenih mutacija. (Izvor: “Englesko-ruski inteligentni... ...
genetski polimorfizam- genetinis polimorfizmas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Genetiškai skirtingų dviejų ar daugiau vienos rūšies formų egzistavimas populiacijoje, kurio negalima laikyti pasikartojančiomis mutacijomis. atitikmenys: engl. genetski... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
genetski polimorfizam- genetinis polimorfizmas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Ilgalaikis buvimas populiacijoje dviejų ar daugiau genotipų, kurių dažnumas labai viršija pasikartojančių mutacijų radimosi tikimybę. atitikmenys: engl. genetski polimorfizam rus ... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas
Genetski polimorfizam- dugotrajno postojanje u populaciji dva ili više genotipova čije učestalosti pouzdano premašuju vjerojatnost pojave odgovarajućih ponovljenih mutacija... Rječnik psihogenetike
Polimorfizam u biologiji, prisutnost unutar jedne vrste jedinki koje se oštro razlikuju po izgledu i nemaju prijelazne oblike. Ako postoje dva takva oblika, pojava se naziva dimorfizam (poseban slučaj je spolni dimorfizam). P. uključuje razlike u izgledu... ...
I Polimorfizam (od grčkog polýmorphos raznolik) u fizici, mineralogiji, kemiji, sposobnost nekih tvari da postoje u stanjima s različitim atomskim kristalnim strukturama. Svako od ovih stanja (termodinamičke faze),... ... Velika sovjetska enciklopedija
Polimorfizam jedinstvenog događaja, engl. polimorfizam jedinstvenog događaja/UEP u DNA genealogiji označava genetski marker koji odgovara jednoj izuzetno rijetkoj mutaciji. Vjeruje se da svi nositelji takve mutacije nasljeđuju od... ... Wikipedije
Diskontinuirana varijacija homolognih alela istog genskog lokusa, na kojoj se temelji stabilnost populacije. Osjetljivost organizama na različite čimbenike okoliša je diferencirana, genotipski određena,... ... Ekološki rječnik
Polimorfizam polimorfizam. Postojanje genetski različitih jedinki u skupini (populaciji) koja se križa; P. može imati negenetičku (modificirajuću) prirodu, na primjer, ovisno o gustoći populacije (vidi.
Uobičajeno je da se geni nazivaju polimorfnim ako su u populaciji zastupljeni s nekoliko varijanti - alela, što određuje raznolikost svojstava unutar vrste.
Genetski polimorfizam (grčki) genetikos- koji se odnosi na rođenje, porijeklo; grčki politike- mnogi i morf - vrsta, oblik, slika) - raznolikost frekvencija alela homozigota. Razlike između alela istog gena obično uključuju manje varijacije u njegovom "genetskom" kodu. Velik dio genetskog polimorfizma čine supstitucije jednog nukleotida drugim i promjene u broju ponavljajućih fragmenata DNA, koji se javljaju u svim strukturnim elementima genoma: egzonima, intronima, regulatornim regijama itd. Razmjeri genetskog polimorfizma u Ljudi su takvi da između sekvenci DNK postoje milijuni razlika između dvoje ljudi, osim ako nisu jednojajčani blizanci. Te razlike spadaju u četiri glavne kategorije:
a) fenotipski nisu izraženi (na primjer, polimorfni dijelovi DNA koji se koriste za osobnu identifikaciju pomoću molekularno genetskih metoda);
b) uzrokuje fenotipske razlike (na primjer, u boji kose ili visini), ali ne i predispoziciju za bolest;
c) igranje određene uloge u patogenezi bolesti (na primjer, kod poligenskih bolesti);
d) igraju glavnu ulogu u razvoju bolesti (na primjer, kod monogenih bolesti).
Iako se većina poznatih polimorfizama izražava ili u supstituciji jednog nukleotida ili u promjenama u broju ponavljajućih fragmenata DNA, unatoč tome, varijacije koje utječu na kodirajuće fragmente gena i utječu na sekvencu aminokiselina njihovih proizvoda relativno su rijetke i nisu povezane s specifični problem koji se analizira. Prije svega, važne su moguće posljedice polimorfizma nitrona i 5"-terminalnih nekodirajućih sekvenci. Analiza ovog fenomena uvelike ovisi o tome koliko su varijabilne intrinzične funkcije proteina kodiranog različitim alelima, što vrijedi i za enzime tvorbe i metabolizma steroidnih hormona, o čemu će biti još riječi.
Za lokus se kaže da je polimorfan ako u populaciji postoje dva ili više alela tog lokusa. Međutim, ako jedan od alela ima vrlo visoku frekvenciju, recimo 0,99 ili više, tada postoji velika vjerojatnost da nijedan drugi alel neće biti prisutan u uzorku uzetom iz populacije osim ako je uzorak vrlo velik. Stoga se lokus općenito definira kao polimorfan ako je učestalost najčešćeg alela manja od 0,99. Ova je podjela vrlo uvjetna iu literaturi se mogu naći i drugi kriteriji polimorfizma.
Jedan od najjednostavnijih načina mjerenja stupnja polimorfizma u populaciji je izračunavanje prosječnog omjera polimorfnih lokusa i dijeljenje njihovog ukupnog broja s ukupnim brojem lokusa u uzorku. Naravno, takva mjera uvelike ovisi o broju proučavanih pojedinaca. Točnija mjera genetske varijabilnosti unutar populacije je PROSJEČNA OČEKIVANA HETEROZIGOTNOST ili GENSKA RAZNOLIKOST. Ta se vrijednost može izvesti izravno iz frekvencija gena i mnogo je manje osjetljiva na učinke zbog pogreške uzorkovanja. Raznolikost gena na ovom lokusu određena je na sljedeći način:
M h = 1 - SUM x i * i=1 gdje je SUM zbroj, x i je frekvencija alela i, a m je ukupan broj alela danog lokusa.
Za bilo koji lokus, h je vjerojatnost da će se dva alela nasumično odabrana u populaciji razlikovati jedan od drugog. Prosjek svih h za svaki proučavani lokus, H, može se koristiti kao procjena količine genetske varijacije unutar populacije.
Stupnjevi genetske raznolikosti h i H naširoko su korišteni za podatke dobivene elektroforetskim analizama i analizama restrikcijskih enzima. Međutim, oni možda nisu uvijek prikladni za podatke dobivene studijama sekvenci DNK, budući da je stupanj raznolikosti na razini DNK izuzetno visok. Osobito kada se uzmu u obzir dugačke sekvence, vjerojatno je da će se svaka razlikovati od drugih sekvenci na jednom ili više nukleotida. Tada će i h i H biti blizu 1 i stoga se neće razlikovati između lokusa ili populacije, stoga su neinformativni.
Kada se radi s DNK, prikladnija mjera polimorfizma u populaciji je prosječan broj zamjena nukleotida po poziciji između dvije nasumično odabrane sekvence. Ova se procjena naziva raznolikost nukleotida (Nei M., Li W.-H., 1979.) i označava se p:
P = SUM (x * x * p) i,j i j ij gdje su x i i x j frekvencije sekvenci i-tog i j-tog tipa, a p ij je udio razlika nukleotida između i-tog i j-og tipa. -ti tipovi sekvenci.
Trenutno postoji nekoliko radova o proučavanju raznolikosti nukleotida na razini sekvenci DNA. Jedan takav rad učinjen je za lokus koji kodira alkohol dehidrogenazu D. melanogaster (Adh) (Nei M., 1987.).
Proučavano je 11 sekvenci duljine 2379 nukleotida. Ignorirajući delecije i insercije, identificirano je devet različitih alela, od kojih je jedan predstavljen s tri, a preostalih osam s jednom sekvencom. Tako su frekvencije x 1 - x 8 bile jednake 1/11, a x 9 = 3/11. Četrdeset i tri položaja bila su polimorfna. Prvo su izračunati udjeli razlika nukleotida za svaki par sekvenci i prikazani u tablici:
Na primjer, aleli 1-S i 2-S razlikovali su se na tri pozicije od 2,379, stoga je n 12 = 0,13%. Pokazalo se da je vrijednost n dobivena pomoću formule 3.20 jednaka 0,007.
Genetski polimorfizam i nasljedne bolesti.
Godine 1902. Garrod je predložio da su metabolički poremećaji, poput alkaptonurije, ekstremni izraz kemijske individualnosti organizma. Prava širina genetske raznolikosti prvi put je postala očita kada je elektroforeza staničnih ekstrakata (bez prethodnog pročišćavanja enzima) pokazala postojanje višestrukih strukturnih izoformi za mnoge proteine. Prisutnost izoformi je posljedica postojanja više varijanti gena (alela) ovog proteina u populaciji. Aleli imaju identičnu lokalizaciju na homolognim kromosomima.
Većina gena u svakom organizmu predstavljena je s dva alela, jedan naslijeđen od oca, a drugi od majke. Ako su oba alela identična, tada se organizam smatra homozigotnim, ako su različiti - heterozigotnim.
Tijekom evolucije različiti aleli nastali su kao posljedica mutacija jednog alela prethodnika, a najčešće se međusobno razlikuju zamjenom jednog nukleotida (missense mutacija). Tipično, proteini kodirani različitim alelima istog gena imaju ista funkcionalna svojstva, odnosno zamjena aminokiselina je neutralna ili gotovo neutralna sa stajališta prirodne selekcije.
Prisutnost određenih alela često se prosuđuje na temelju analize sekvence aminokiselina odgovarajućih proteina. Za mnoge gene (primjerice, gen za globinski beta lanac) moguće je izolirati normalni alel – najčešći u populaciji, koji se pojavljuje mnogo češće od ostalih. Ponekad među alelima nema niti jednog koji bi se mogao smatrati normalnim. Izrazito visok polimorfizam karakterističan je, primjerice, za gen za apoprotein (a) i gen za alfa lanac haptoglobina. Gen se smatra polimorfnim ako se njegov najčešći alel pojavljuje u manje od 99% ljudi. Ova definicija odražava samo prevalenciju različitih alela, a ne njihove funkcionalne razlike.
Koncept polimorfizma proširio se otkrićem iznimne varijabilnosti u sekvencama DNK. U genomima različitih ljudi razlikuje se 1 od 100-200 parova nukleotida; to je u skladu s heterozigotnošću na 1 od 250–500 bp. Moderne metode omogućuju identificiranje pojedinačnih nukleotidnih supstitucija u kodirajućim regijama koje mogu biti besmislene ili uzrokovati promjene u sekvenci aminokiselina. Polimorfizam DNA još je izraženiji u nekodirajućim regijama genoma, koje imaju mali ili nikakav učinak na ekspresiju gena.
Osim zamjene pojedinih nukleotida, polimorfizam DNA temelji se na insercijama, delecijama i promjenama broja tandemskih ponavljanja. Postoje tandem ponavljanja koja variraju u broju (dugi) (minisatelitna DNA) i kratka (tetra-, tri-, di- ili mononukleotidna) tandem ponavljanja (mikrosatelitna DNA).
Opseg polimorfizma DNK je takav da postoje milijuni razlika između sekvenci DNK dviju osoba, osim ako se ne radi o jednojajčanim blizancima. Te razlike spadaju u četiri široke kategorije:
Fenotipski nije izražen (na primjer, polimorfni dijelovi DNA koji se koriste za osobnu identifikaciju pomoću molekularno genetskih metoda);
Uzrokovanje fenotipskih razlika (na primjer, u boji kose ili visini), ali ne i sklonosti bolesti;
Igranje određene uloge u patogenezi bolesti (na primjer, kod poligenskih bolesti);
Igraju glavnu ulogu u razvoju bolesti (na primjer, s
Polimorfizmi nisu izravni i obvezni uzrok razvoja bolesti, ali mogu uzrokovati veći ili manji rizik od njezina razvoja pod utjecajem različitih vanjskih čimbenika.
Stoga, u prisutnosti polimorfizama, oni informiraju o povećanom riziku od razvoja bolesti kod heterozigotnih ili homozigotnih nositelja polimorfizma. Rizik od razvoja bolesti mjeri se omjerom izgleda (OR).
U Europi se službeno provodi kliničko genetsko testiranje mutacija na sljedećim genima: FV (Leiden), F2 (protrombin), PAI-1, MTHFR.
Mutacija Leiden 1691 G->A koagulacijski faktor V (F5)
Fiziologija i genetika. Faktor koagulacije V ili faktor zgrušavanja krvi V proteinski je kofaktor u stvaranju trombina iz protrombina. Leiden polimorfizam G1691A (aminokiselinska supstitucija Arg (R) -> Gln (Q) na poziciji 506, poznata i kao “Leiden mutacija” ili “Leiden”) pokazatelj je rizika od razvoja venske tromboze. Ovo je točkasta (jednonukleotidna) mutacija gena koji kodira koagulacijski faktor V koji čini aktivni oblik faktora V otpornim na degradirajuće djelovanje specijaliziranog regulatornog enzima, C proteina, što dovodi do hiperkoagulabilnosti. Sukladno tome, povećava se rizik od krvnih ugrušaka. Prevalencija mutacije u populacijama europskog tipa je 2-6%.
Rizik od duboke venske tromboze(TGV): 7 puta veći u heterozigotnih nositelja Leiden mutacije F5 Arg506Gln gena i 80 puta veći u homozigota. Dodatni čimbenici koji utječu na razvoj DVT-a mogu se podijeliti u 3 skupine.
DO prvi skupina čimbenika uključuje promjene u hormonskom statusu:
Primjena oralnih kontraceptiva dodatno povećava rizik od razvoja DVT za 30 puta u heterozigota, 100 puta u homozigotnih nositelja.
Trudnoća povećava rizik od DVT-a za 16 puta.
Hormonska nadomjesna terapija povećava rizike 2-4 puta.
Co. drugi skupina čimbenika uključuje vaskularna oštećenja:
Centralna venska kateterizacija povećava rizik od DVT za 2-3 puta
Kirurške intervencije - 13 puta.
DO treći skupina čimbenika uključuje nepokretnost: mirovanje u krevetu i dugi letovi zrakoplovom. Ovdje se bilježi samo povećanje rizika, ali bi statistika trebala biti potpunija:
Zarazne bolesti i rak također povećavaju rizik od razvoja DVT. Rizik od razvoja ishemijskog moždanog udara u žena u dobi od 18-49 godina s prisutnošću Leidenove mutacije povećava se 2,6 puta, a kod uzimanja oralnih kontraceptiva povećava se 11,2 puta.
Klinički podaci. Prisutnost Leiden mutacije povećava vjerojatnost razvoja niza komplikacija u trudnoći:
Pobačaj u ranim fazama (rizik se povećava 3 puta),
Zakašnjeli razvoj fetusa
Kasna toksikoza (gestoza),
Fetoplacentalna insuficijencija.
Povećana sklonost stvaranju tromba može dovesti do arterijske tromboembolije, infarkta miokarda i moždanog udara. Prisutnost Leiden mutacije povećava rizik od primarne i rekurentne venske tromboze za najmanje 3-6 puta.
Donji primjeri ilustriraju povezanost mutacije s raznim vrstama tromboza i drugim kardiovaskularnim bolestima.
Osmogodišnja multicentrična studija na više od 300 pacijenata s venskom tromboembolijom (VTE) otkrila je 3,7 puta veći rizik od VTE u prisutnosti Leidenove mutacije. U drugoj studiji, bolesnici s venskom tromboembolijom proučavani su 68 mjeseci. Tijekom tog vremena, 14% pacijenata doživjelo je ponovnu VTE. Mutacija faktora V Leidena dovodi do četverostrukog povećanja rizika od ponovne VTE. Bolesnicima s VTE s Leidenovom mutacijom preporučuje se duža antikoagulacijska terapija u usporedbi s bolesnicima s normalnim faktorom V.
Valja napomenuti da se rizik od razvoja venske tromboze značajno povećava (povećanje od 8 puta) ako bolesnik, osim mutacije faktora V Leiden, ima i mutaciju T polimorfizma C677T gena za metiltetrahidrofolat reduktazu.
Jedan od najopasnije komplikacije hormonska kontracepcija su tromboza i tromboembolija. Mnoge žene s takvim komplikacijama heterozigotne su nositeljice Leiden mutacije (genotip G/A). Tijekom uzimanja hormonske kontracepcije rizik od tromboze kod njih se povećava 6-9 puta. U žena koje koriste hormonsku kontracepciju i imaju homozigotnu Leidenovu mutaciju (genotip A/A), rizik od razvoja tromboze cerebralnog sinusa (CST) povećan je više od 30 puta u usporedbi s pacijenticama koje nemaju tu mutaciju.
Sažeti su konačni podaci iz studije Women's Health Initiative Estrogen Plus Progestin o incidenciji venske tromboze tijekom hormonske nadomjesne terapije (HNL). Studija je obuhvatila 16.608 žena u postmenopauzi u dobi od 50 do 79 godina, praćenih od 1993. do 1998. godine. u roku od 5 godina. Prisutnost Leiden mutacije povećala je rizik od tromboze tijekom estrogensko-progestinske hormonske nadomjesne terapije za gotovo 7 puta u usporedbi sa ženama bez ove mutacije. Prisutnost drugih genetskih mutacija (protrombin 20210A, metilentetrahidrofolat reduktaza C677T, faktor XIII Val34Leu, PAI-1 4G/5G, faktor V HR2) nije utjecala na povezanost HNL-a i rizika od venske tromboze. Analiza više od deset neovisnih studija pokazala je da je među pacijentima koji su imali infarkt miokarda prije 55. godine života, prevalencija Leiden mutacije bila znatno veća. Prosječni rizik od razvoja infarkta miokarda povećava se 1,5 puta. Štoviše, Leidenova mutacija dovodi do 2,8 puta većeg broja pacijenata bez teške koronarne stenoze kod kojih se razvije infarkt miokarda.
Polimorfizam 20210 G->A protrombin
Fiziologija i genetika. Protrombin (faktor koagulacije II ili F2) jedna je od glavnih komponenti sustava zgrušavanja krvi. Tijekom enzimske razgradnje protrombina nastaje trombin. Ova reakcija je prva faza u stvaranju krvnih ugrušaka. Mutacija protrombinskog gena G20210A karakterizirana je zamjenom gvanin (G) nukleotida s adenin (A) nukleotidom na poziciji 20210. Zbog povećane ekspresije mutantnog gena, razina protrombina može biti jedan i pol do dva puta viši od normalnog. Mutacija se nasljeđuje autosomno dominantno. To znači da se trombofilija javlja čak i kod heterozigotnog nositelja promijenjenog gena (G/A).
Tromboembolijske bolesti(TE) nastaju zbog poremećaja u sustavu zgrušavanja krvi. Ovi poremećaji također dovode do kardiovaskularnih bolesti. Genotip G/A pokazatelj je rizika od razvoja tromboze i infarkta miokarda. Kada dođe do tromboze, mutacija 20210A često se pojavljuje u kombinaciji s mutacijom Leiden. Genotip G/A na poziciji 20210 gena za protrombin faktor je rizika za iste komplikacije koje su povezane s mutacijom Leidena.
2-3% predstavnika europske rase su heterozigotni nositelji gena.
Rizik od razvoja DVT u nositelja mutantnog alela (A) gena F2 povećan je 2,8 puta. Kombinacija mutacije protrombina s mutacijom Leidena dodatno povećava rizike.
Prema smjernicama za opstetričare i ginekologe (UK, 2000), klinička genetska analiza FV i protrombina 20210 je prikladna zbog različitih rizika homozigota i heterozigota.
Postoje vrlo visoki, visoki i srednji stupanj rizika venska tromboza u trudnica:
- visoko stupanj rizika u žena s individualnom i obiteljskom anamnezom tromboze i homozigota za mutaciju Leidena, mutaciju protrombina G20210A ili kombinaciju tih mutacija. Takvim je bolesnicima indicirana antikoagulacijska terapija heparinima niske molekularne mase od ranog do sredine drugog tromjesečja.
- Prosjek stupanj rizika u žena s obiteljskom poviješću tromboze i heterozigota za mutaciju Leidena ili mutaciju G20210A.U ovom slučaju antikoagulacijska terapija nije indicirana.
Indikacije za analizu. Infarkt miokarda, povišene razine protrombina u krvi, povijest tromboembolijskih bolesti, starija dob pacijentice, spontani pobačaj, fetoplacentarna insuficijencija, intrauterina fetalna smrt, toksikoza, zastoj u rastu fetusa, abrupcija posteljice, pacijenti koji se pripremaju za veće abdominalne operacije (miomi maternice, carski rez , ciste na jajnicima itd.), pušenje.
Klinički podaci. Istraživanje na 500 bolesnika s infarktom miokarda i 500 zdravih darivatelja pokazalo je više od peterostruko povećanje rizika od infarkta miokarda u bolesnika s genotipom 20210A mlađih od 51 godine. Genetska analiza skupine bolesnika s prvim infarktom miokarda (dob 18-44 godine) pokazala je da je varijanta 20210A četiri puta češća u odnosu na zdravu skupinu, što odgovara 4 puta većem riziku od srčanog udara. Vjerojatnost srčanog udara bila je posebno velika ako ste imali druge kardiovaskularne čimbenike rizika. Na primjer, pušenje u prisutnosti genotipa 20210A povećava rizik od infarkta miokarda za više od 40 puta. Mutacija 20210A značajan je faktor rizika za rani infarkt miokarda.
U studiji pacijenata s obiteljskom poviješću venske tromboze i kontrolne skupine zdravih donora, utvrđeno je da mutacija 20210A dovodi do trostrukog povećanja rizika od venske tromboze. Rizik od tromboze povećava se za sve dobi i za oba spola. Ovo je istraživanje također potvrdilo izravnu vezu između prisutnosti mutacije 20210A i povećane razine protrombina u krvi.
U terapijskim bolnicama, gdje prevladavaju bolesnici s kardiovaskularnim bolestima, TE u obliku plućne embolije javlja se u 15-30% slučajeva. U mnogim slučajevima TE su izravan uzrok smrti, osobito u postoperativnih pacijenata i pacijenata s rakom. Utvrđeno je da se kod pacijenata oboljelih od raka u prisutnosti TE smrtnost povećava nekoliko puta, dok broj TE prelazi statistički prosjek. Uzroke povećanja TE u bolesnika s rakom možda treba tražiti u primijenjenoj terapiji koja nije u skladu s genetskom predispozicijom bolesnika. Ovo se ne odnosi samo na oboljele od raka. Prema obdukcijama, 60% pacijenata koji umru u općim bolnicama pokazuju znakove tromboembolijske bolesti.
Poznavanje genotipskih karakteristika pacijenta omogućit će ne samo procjenu rizika od razvoja stanja opasnih po život, već i pravilno određivanje metoda za njihovu prevenciju i liječenje, kao i mogućnost korištenja određenih lijekova.
Toplinski labilna varijanta A222V (677 C->T) metilentetrahidrofolat reduktaze
Fiziologija i genetika. Metilentetrahidrofolat reduktaza (MTHFR) ima ključnu ulogu u metabolizmu folata. Enzim katalizira redukciju 5,10-metilentetrahidrofolata u 5-metiltetrahidrofolat. Potonji je aktivni oblik folne kiseline neophodan za stvaranje metionina iz homocisteina, a zatim S-adenozilmetionina, koji igra ključnu ulogu u procesu metilacije DNA. Manjak MTHFR doprinosi ne samo teratogenim (oštećujući fetus), već i mutagenim (oštećujući DNK) učincima. U ovom slučaju, mnogi stanični geni su inaktivirani, uključujući onkogene. Ovo je jedan od razloga zašto su se onkolozi zainteresirali za genetske varijante MTHFR. Aminokiselina homocistein je međuprodukt procesa sinteze metionina. Poremećaji enzima MTHFR dovode do prekomjernog nakupljanja homocisteina u krvnoj plazmi – hiperhomocisteinemije.
Gen MTHFR lokaliziran je na kromosomu 1p36.3. Poznato je dvadesetak mutacija ovog gena koje remete funkciju enzima. Najviše proučavana mutacija je varijanta u kojoj je nukleotid citozin (C) na poziciji 677 zamijenjen timidinom (T), što rezultira zamjenom aminokiselinskog ostatka alanina ostatkom valina (pozicija 222) na mjestu vezanja folata. . Ovaj MTHR polimorfizam je označen kao C677T mutacija. Pojedinci homozigotni za ovu mutaciju (genotip T/T) pokazuju MTHFR termolabilnost i smanjenje aktivnosti enzima na približno 35% prosječne vrijednosti. Općenito, među svjetskom populacijom, mutacija 677T gena MTHFR prilično je raširena među predstavnicima europske (bijelce) rase. Proučavane su učestalosti dviju glavnih mutacija (C677T i A1298C) među predstavnicima američke populacije. Prisutnost T/T homozigota pokazala se kod 10-16% Europljana i 10% osoba španjolskog podrijetla, a 56 odnosno 52% ispitanih bili su heterozigotni nositelji ovog gena, tj. prisutnost varijante 677T (genotipovi C/T ili T/T) uočena je u 62-72% slučajeva. Slični rezultati pronađeni su iu uzorcima europske populacije. Polimorfizam C677T povezan je s najmanje četiri skupine multifaktorijalnih bolesti: kardiovaskularne bolesti, fetalni defekti, kolorektalni adenom te rak dojke i jajnika.
Indikacije za analizu. Povećane razine homocisteina u krvi (hiperhomocisteinemija), kardiovaskularne bolesti (osobito koronarna bolest srca (CHD) i infarkt miokarda), ateroskleroza, aterotromboza. Antifosfolipidni sindrom. Kemoterapija raka prije ili tijekom trudnoće. Obiteljska sklonost komplikacijama u trudnoći koje dovode do kongenitalnih malformacija: defekti fetalnog živčanog sustava, anencefalija, deformiteti kostura lica (rascjep nepca, rascjep usne), prenatalna fetalna smrt. Polipoza crijeva, kolorektalni adenom zbog konzumiranja alkohola, rak rektuma. Obiteljska predispozicija za rak, prisutnost mutacija BRCA gena. Cervikalna displazija, osobito u kombinaciji s papilovirusnim infekcijama.
Klinički podaci. Defekti u ovom genu često dovode do raznih bolesti sa širokim spektrom kliničkih simptoma: zaostajanje u mentalnom i fizičkom razvoju, prenatalna smrt ili fetalna mana, kardiovaskularne i neurodegenerativne bolesti, dijabetes, rak i druge. Nositelji C/T heterozigota tijekom trudnoće doživljavaju nedostatak folne kiseline, što može dovesti do defekata u razvoju neuralne cijevi u fetusa. Pušenje pojačava učinak mutacije. Nositelji dva T/T alela (homozigotno stanje) imaju posebno visok rizik od razvoja nuspojava pri uzimanju lijekova koji se koriste u kemoterapiji raka.
Hiperhomocisteinemija (HH) je neovisni čimbenik rizika za aterosklerozu i aterotrombozu (neovisno o hiperlipidemiji, hipertenziji, šećernoj bolesti itd.). Utvrđeno je da je 10% rizika od razvoja koronarne ateroskleroze uzrokovano povećanjem razine homocisteina u krvnoj plazmi. U istraživanju skupine bolesnika s HH i skupine zdravih darivatelja homozigotni oblik 677T nađen je u 73% bolesnika s HH i samo u 10% zdravih darivatelja. Prisutnost homozigotnog oblika 677T dovodi do gotovo 10-strukog povećanja rizika od HH. Pacijenti s HH također su imali niže razine folne kiseline i vitamina B12, konzumirali su više kave i pušili češće od zdravih donora. Normalne razine homocisteina su 5-15 µmol/l, umjereno povišene razine su 15-30 µmol/l. Kod teške HH moguće je 40-struko povećanje razine homocisteina. Uzrok teških oblika HH znanstvenici pripisuju drugim mutacijama i čimbenicima – homozigotnoj mutaciji gena Cb S, najčešće su I278T i G307S, iako učestalost njihove manifestacije uvelike varira u različitim zemljama, a mnogo su rjeđi uzroci teških oblika HH. HH su T/T genotip MTHFR, nedostatak metionin sintetaze i oslabljena aktivnost metionin sintetaze zbog genetskih poremećaja metabolizma vitamina B12. Korekcija HH može se provesti opskrbom kofaktorima potrebnim za metabolizam homocisteina (folna kiselina, vitamini B12, B1 i B6 (osobine HH vitaminske terapije). U nositelja T/T genotipa MTHFR, uz optimalan unos folata , razine homocisteina su umjereno povećane (do 50%). Iako je kod teške HH poznato da kombinacija 2,5 mg folne kiseline, 25 mg vitamina B6 i 250 mcg vitamina B12 dnevno smanjuje napredovanje ateroskleroze (mjereno u karotidni plak), ali ostaje da se potvrdi kod osoba s umjerenim HS-om sprječava li terapija za snižavanje homocisteina značajne vaskularne komplikacije.
O važnosti problema GG-a govori činjenica da je Ministarstvo zdravlja SAD-a 1992. godine preporučilo ženama koje bi mogle zatrudnjeti 400 mcg folne kiseline dnevno. Američka agencija za hranu i lijekove zahtijeva da žitarice budu obogaćene folnom kiselinom u koncentracijama koje mogu osigurati dodatnih 100 mcg dnevno. Međutim, dnevna doza folne kiseline potrebna za maksimalno smanjenje razine homocisteina je 400 mcg, što znači da veće doze dodataka folne kiseline u prehrani mogu biti opravdane.
Patogeneza urođenih defekata neuralne cijevi posebno uključuje genetske i prehrambene čimbenike. U istraživanju na 40 djece iz južne Italije s kongenitalnim defektom neuralne cijevi i zdravim donorima, pokazalo se da genotip 677C u homozigotnom stanju (C/C) dovodi do dvostrukog povećanja rizika od razvoja defekata, dok mutant homozigot T/T odgovara gotovo deseterostrukom smanjenju rizika . Istraživanjem uzorka irske populacije (395 pacijenata i 848 zdravih) utvrđeno je da je pojavnost T varijante povećana kod pacijenata s kongenitalnim defektom neuralne cijevi. Teško je reći jesu li ovi kontrastni rezultati studije posljedica promjena populacije ili nisu uzeti u obzir drugi čimbenici rizika. Stoga još nije moguće utvrditi je li T varijanta zaštitni ili, obrnuto, patogeni čimbenik za ovu bolest. Povećanje učestalosti genotipa 677T zabilježeno je ne samo s kasnom toksikozom (preeklampsijom), već i s drugim komplikacijama trudnoće (abrupcija placente, ograničenje rasta fetusa, prenatalna fetalna smrt). Kombinacija mutacije 677T s drugim čimbenicima rizika dovodi do povećane vjerojatnosti ranog pobačaja. Pri ispitivanju povezanosti mutacije 677T i kardiovaskularnih bolesti, utvrđeno je da je homozigotna mutacija 677T puno češća u bolesnika s kardiovaskularnim bolestima nego u zdravih darivatelja. U mladih bolesnika s arterijskom ishemijom homozigotni T/T je 1,2 puta češći.
Statistička analiza 40 neovisnih studija (meta-analiza) bolesnika s koronarnom bolešću, sažimajući podatke o 11 162 bolesnika i 12 758 zdravih darivatelja, pokazala je 1,16 puta povećanje rizika od razvoja koronarne bolesti u prisutnosti T/ T homozigot. Nizak stupanj rizika povezan je s heterogenošću analiziranih uzoraka populacije. Kada se proučavaju uzorci homogene populacije (pojedinačne studije, a ne meta-analize), procjene rizika znatno su veće. Dakle, razlika u učestalosti pojavljivanja T/T homozigota u bolesnika i zdravih darivatelja odgovarala je trostrukom povećanju rizika od kardiovaskularnih bolesti u ranoj dobi. Prisutnost mutacije 677T u genu MTHFR u bolesnika s antifosfolipidnim sindromom korelira s rekurentnim tijekom tromboze.
Utvrđen je određeni, iako složen, odnos između varijanti MTHFR i razvoja prekanceroznih i kancerogenih stanja kolorektalne regije. Provedeno je istraživanje na velikoj skupini bolesnika s polipozom debelog crijeva. Određene su razine folata u eritrocitima, zajedno s procjenom genotipa MTHFR C/T. Prethodni rezultati pokazali su povezanost između niske razine folata i rizika od razvoja adenomatoze. Multivarijantna analiza pokazala je da su pušenje, status folata i genotip MTHFR značajne komponente visokog rizika od adenomatoze. Pokazalo se da je ovaj rizik vrlo visok kod pojedinaca s niskom razinom folata i nosiocima alela 677T u homo- ili heterozigotnom obliku. Ovi podaci pokazali su jaku interakciju između prehrambenih i genetskih čimbenika u razvoju prekanceroznih stanja.
Slične pretpostavke iznijeli su znanstvenici koji su ispitivali veliku kohortu pacijenata s rakom debelog crijeva i pokazali značajnu povezanost između rizika od razvoja raka, dobi pacijenata, nedostatka folata povezanog s dobi i T/T genotipa MTHFR. Istraživanje na 379 bolesnika s kolorektalnim adenomom i 726 zdravih donora pokazalo je da muški nositelji T/T genotipa koji su konzumirali puno alkohola imaju 3,5 puta veći rizik od razvoja adenoma. Međutim, neki istraživači vjeruju da bez konzumacije alkohola kao faktora rizika, mutacija 677T predstavlja zaštitni faktor.
Tako je studija pacijenata s proksimalnim kolorektalnim karcinomom pokazala da prisutnost T/T homozigota kod bolesnika dovodi do 2,8 puta smanjenog rizika od razvoja kolorektalnog karcinoma. Ovi nalazi zahtijevaju testiranje u drugim populacijama. Najvjerojatnije se značaj niskoaktivnog mutantnog MTHFR može smatrati otežavajućim u odnosu na ostale navedene čimbenike rizika, budući da ovaj defekt gena može smanjiti stabilnost genoma zbog hipometilacije DNA. Polimorfizam C677T utječe na učinkovitost kemoterapije raka. Fluorouracil se široko koristi za kemoterapiju kolorektalnog karcinoma. Vjerojatnost pozitivne dinamike kao odgovor na kemoterapiju za kolorektalni adenokarcinom ako je pacijent imao genotip 677T povećao se gotovo tri puta. Rezultati sugeriraju da će genotipizacija polimorfizma C677T omogućiti razvoj učinkovitijih tečajeva kemoterapije. Međutim, studija na malim uzorcima (do 50) pacijenata s rakom dojke pokazala je da u prisutnosti T/T homozigota rizik od razvoja nuspojava pri primjeni metotreksata (antimetabolita čije je djelovanje povezano s inhibicijom aktivnost enzima MTHFR) se udeseterostruči.
Malo je studija genotipa MTHFR kod ginekoloških karcinoma. Polimorfizam C677T gena MTHFR proučavan je u velikoj skupini Židovki s rakom dojke i jajnika, uključujući nasljedne oblike povezane s mutacijama gena BRCA. Uz tako nepovoljnu genetsku pozadinu, prisutnost T/T genotipa u bolesnika pokazala se značajnim čimbenikom pogoršanja bolesti. Učestalost genotipa T/T bila je 2 puta veća (33% naspram 17%, P = 0,0026) među ženama s bilateralnim rakom dojke i rakom jajnika, u usporedbi s glavnom skupinom bolesnica. Žene s heterozigotnim genotipom C/T imale su dvostruko veći rizik od raka, a kod bolesnica s homozigotnim genotipom T/T rizik je bio tri puta veći nego u kontrolnoj skupini. U isto vrijeme, smanjeni unos folata u prehrani povećao je genetski rizik do pet puta u usporedbi s kontrolnom skupinom. Autori su potvrdili i činjenicu da je infekcija HPV-om (papiloma virusom) kod pacijenata najvažniji čimbenik rizika za razvoj cervikalne displazije. Pritom se ističe posebno značenje kombinacije HPV infekcije s T/T varijantom MTHFR.
Polimorfizam Arg353Gln (10976 G->A) faktor koagulacije VII (F7)
Fiziologija i genetika. U aktivnom stanju faktor VII stupa u interakciju s faktorom III što dovodi do aktivacije faktora IX i X sustava zgrušavanja krvi, odnosno faktor VII sudjeluje u stvaranju krvnog ugruška. Varijanta 353Gln (10976A) dovodi do smanjenja produktivnosti (ekspresije) gena za faktor VII i zaštitni je faktor u razvoju tromboze i infarkta miokarda. Prevalencija ove varijante u europskim populacijama je 10-20%.
Indikacije za analizu. Rizik od infarkta miokarda i smrtnog ishoda zbog infarkta miokarda, razina faktora koagulacije VII u krvi, povijest tromboembolijskih bolesti.
Klinički podaci. Visoke razine koagulacijskog faktora VII u krvi povezane su s povećanim rizikom smrti od infarkta miokarda. Iznesene podatke o kliničkom značaju mutacije potvrđuju istraživanja u drugim europskim populacijama. Konkretno, prisutnost varijante 10976A bila je povezana sa smanjenim rizikom od fatalnog infarkta miokarda.
U istraživanju pacijenata sa stenozom koronarne arterije i infarktom miokarda, utvrđeno je da prisutnost mutacije 10976A dovodi do 30% smanjenja razine faktora VII u krvi i dvostrukog smanjenja rizika od infarkta miokarda. , čak i u prisutnosti značajne koronarne ateroskleroze.
U skupini bolesnika koji nisu preboljeli infarkt miokarda uočena je povećana incidencija hetero- i homozigotnih genotipova 10976A, G/A odnosno G/G.
Polimorfizam - -455 G->A fibrinogen
Fiziologija i genetika. Kada su krvne žile oštećene, fibrinogen se pretvara u fibrin, glavnu komponentu krvnih ugrušaka (tromba). Mutacija -455A fibrinogen beta (FGB) praćena je povećanom izvedbom (ekspresijom) gena, što dovodi do povećanja razine fibrinogena u krvi i povećava vjerojatnost krvnih ugrušaka. Prevalencija ove varijante u europskim populacijama je 5-10%.
Indikacije za analizu. Povišene razine fibrinogena u plazmi, visoki krvni tlak, povijest tromboembolijskih bolesti, moždani udar.
Klinički podaci. Povećana sklonost stvaranju krvnih ugrušaka može dovesti do tromboze i kardiovaskularnih bolesti. Razinu fibrinogena u krvi određuju brojni čimbenici, uključujući lijekove, pušenje, unos alkohola i tjelesnu težinu. Međutim, oba genotipa G i A odgovaraju primjetnoj razlici u razinama fibrinogena u krvi (10-30% prema različitim studijama).
U istraživanju skupine zdravih darivatelja, utvrđeno je da mutacija -455A dovodi do povećanja razine fibrinogena u krvi. Opsežno istraživanje EUROSTROKE pokazalo je da se rizik od moždanog udara (ishemijskog ili hemoragijskog) povećava 2-3 puta s povećanjem razine fibrinogena u krvi. Rizik se dodatno povećava s povišenim sistoličkim krvnim tlakom (>160 mmHg). Ove podatke potvrđuju istraživanja neeuropskih populacija.
Uz visoki krvni tlak, prisutnost genotipa -455A povećava rizik od ishemijskog moždanog udara.
Bolesnike s moždanim udarom s genotipom -455A karakteriziraju multifokalne lezije: mogu imati tri ili više lakunarnih cerebralnih vaskularnih infarkta, u prosjeku se rizik od moždanog udara povećava 2,6 puta.
S povišenim krvnim tlakom u bolesnika s mutacijom rizik od multifokalnog moždanog udara povećava se više od 4 puta (Finska).
Polimorfizam - IIeMet (66 a-g) Mutacija metionin sintetaze reduktaze
Fiziologija i genetika. Gen MTRR kodira enzim metionin sintaza reduktazu (MSR), koji je uključen u veliki broj biokemijskih reakcija povezanih s prijenosom metilne skupine. Jedna od funkcija MCP-a je reverzna konverzija homocisteina u metionin. Vitamin B12 (kobalamin) sudjeluje kao kofaktor u ovoj reakciji.
Polimorfizam I22M A->G povezan je sa supstitucijom aminokiselina u molekuli enzima MCP. Uslijed ove zamjene smanjuje se funkcionalna aktivnost enzima, što dovodi do povećanog rizika od poremećaja razvoja fetusa – defekata neuralne cijevi. Učinak polimorfizma je pogoršan nedostatkom vitamina B12. Kada se polimorfizam I22M A->G u genu MTRR kombinira s polimorfizmom 677C->T u genu MTHFR, rizik se povećava.
Polimorfizam I22M A->G u genu MTRR također pojačava hiperhomocisteinemiju uzrokovanu polimorfizmom 677C->T u genu MTHFR. Polimorfizam A66G (Ile22Met) u genu MTRR u heterozigotnoj (AG) i homozigotnoj (GG) varijanti značajno povećava koncentraciju homocisteina samo u kombinaciji s genotipom MTHFR 677TT.
Polimorfizam MTRR 66 A-G povećava rizik od rođenja djeteta s Downovim sindromom za 2,57 puta. Kombinacija polimorfizama u genima MTHFR i MTRR povećava ovaj rizik na 4,08%.
Polimorfizam - 675 5G/4G mutacija inhibitora aktivatora plazminogena (PAI) 1
Fiziologija i genetika. Ovaj protein (također poznat kao SERPINE1 i PAI-1) jedna je od glavnih komponenti trombolitičkog plazminogen-plazmin sustava. PAI-1 inhibira tkivne i urokinazne aktivatore plazminogena. Sukladno tome, PAI-1 ima važnu ulogu u određivanju osjetljivosti na kardiovaskularne bolesti. Homozigotna varijanta 4G polimorfizma -675 4G/5G faktor je rizika za razvoj tromboze i infarkta miokarda. Prevalencija homozigotnog oblika ove varijante u populacijama bijele rase je 5-8%. Gen PAI-1 razlikuje se od svih poznatih ljudskih gena po svom maksimalnom odgovoru na stres. Povezanost 4G mutantnog alela s povećanim rizikom od DVT-a analizirana je u mnogim studijama, ali njihovi rezultati nisu dosljedni.
Prema ruskim istraživačima (St. Petersburg), rizik od razvoja cerebralne tromboze povećan je 6 puta kod osoba s obiteljskom poviješću kardiovaskularnih bolesti uz prisustvo 4G alela. Pokazana je povezanost nošenja 4G polimorfizma s ponovnim pobačajem.
Klinički aspekti. 4G varijanta rezultira povećanom ekspresijom gena i stoga povećanom razinom PAI-1 u krvi. Posljedično, trombolitički sustav je inhibiran i rizik od tromboze se povećava.
U istraživanju velikih populacijskih uzoraka (357 pacijenata i 281 zdravih darivatelja) utvrđeno je da 4G/4G varijanta povećava rizik od tromboze u prosjeku 1,7 puta. Povećani rizik bio je puno veći za podskupine bolesnika s trombozom portalne vene i visceralnom trombozom. Međutim, nisu pronađene statistički značajne korelacije za podskupine bolesnika s dubokom venskom trombozom, cerebralnom trombozom ili trombozom mrežnice. 4G varijanta povezana je s povećanim rizikom od infarkta miokarda. Uz prisutnost 4G varijante u PAI-1 i L33P u ITGB3 genu, prosječni rizik od razvoja infarkta miokarda porastao je 4,5 puta, a kod muškaraca se rizik povećao 6 puta u prisutnosti ove dvije varijante.
Studija na 1179 zdravih donora i njihovih bliskih rođaka pokazala je da je 4G varijanta povezana s obiteljskom poviješću bolesti koronarnih arterija i/ili srca. U ovoj studiji velikog uzorka populacije, prosječno povećanje rizika u prisutnosti homozigota bilo je 1,6 puta. Varijante polimorfizma 4G/5G posebno snažno koreliraju sa srednjim razinama PAI-1 u krvi u prisutnosti pretilosti. Pretpostavlja se da je učinak 4G varijante povezan sa središnjom, a ne perifernom pretilošću. Budući da su pacijenti sa središnjom pretilošću posebno izloženi riziku od kardiovaskularnih bolesti, učinak polimorfizama na razine PAI-1 u krvi može dovesti do dodatnog povećanja rizika.
Indikacije za analizu polimorfizam. Tromboza portalne vene, visceralna tromboza, infarkt miokarda, obiteljska povijest infarkta miokarda, bolest koronarne arterije/srca, razina PAI-1 u krvi, pretilost.
Genetska raznolikost ili genetski polimorfizam je raznolikost populacija prema svojstvima ili markerima genetske prirode. Jedna od vrsta bioraznolikosti. Genetska raznolikost je važna komponenta genetskih karakteristika populacije, skupine populacija ili vrsta. Genetsku raznolikost, ovisno o izboru genetskih markera koji se razmatraju, karakterizira nekoliko mjerljivih parametara:
1. Prosječna heterozigotnost.
2. Broj alela po lokusu.
3. Genetska udaljenost (za procjenu međupopulacijske genetičke raznolikosti).
Polimorfizam se događa:
kromosomski;
Tranzicija;
Uravnotežen.
Genetski polimorfizam nastaje kada je gen predstavljen s više od jednog alela. Primjer su sustavi krvnih grupa.
Kromosomski polimorfizam – postoje razlike među jedinkama na pojedinim kromosomima. To je rezultat kromosomskih aberacija. Postoje razlike u heterokromatskim regijama. Ako promjene nemaju patološke posljedice - kromosomski polimorfizam, priroda mutacija je neutralna.
Prijelazni polimorfizam je zamjena jednog starog alela u populaciji novim, koji je u danim uvjetima korisniji. Ljudi imaju gen za haptoglobin - Hp1f, Hp 2fs. Stari alel je Hp1f, novi alel je Hp2fs. HP stvara kompleks s hemoglobinom i uzrokuje lijepljenje crvenih krvnih stanica u akutnoj fazi bolesti.
Uravnoteženi polimorfizam događa se kada niti jedan od genotipova nema prednost, a prirodna selekcija favorizira raznolikost.
Svi oblici polimorfizma vrlo su rašireni u prirodi u populacijama svih organizama. U populacijama organizama koji se spolno razmnožavaju uvijek postoji polimorfizam.
Beskralješnjaci su više polimorfni od kralježnjaka. Što je populacija više polimorfna, to je evolucijski plastičnija. U populaciji, veliki skupovi alela nemaju maksimalnu sposobnost na određenom mjestu u određeno vrijeme. Te se rezerve javljaju u malim količinama i u heterozigotnom stanju. Nakon promjena životnih uvjeta mogu postati korisni i početi se gomilati – prijelazni polimorfizam. Velike genetske rezerve pomažu populaciji da reagira na svoj okoliš. Jedan od mehanizama koji održavaju raznolikost je superiornost heterozigota. S potpunom dominacijom nema manifestacije, s nepotpunom dominacijom uočava se heterozis. U populaciji se selekcijom održava genetski nestabilna heterozigotna struktura, a takva populacija sadrži 3 tipa jedinki (AA, Aa, aa). Kao rezultat prirodne selekcije dolazi do genetske smrti, smanjujući reproduktivni potencijal populacije. Broj stanovnika opada. Dakle, genetska smrt je teret za stanovništvo. Također se naziva i genetsko opterećenje.
Genetski teret je dio nasljedne varijabilnosti populacije, koji određuje pojavu manje sposobnih jedinki koje su podložne selektivnoj smrti kao rezultat prirodne selekcije.
Postoje 3 vrste genetskog opterećenja.
1. Mutacija.
2. Segregacija.
3. Supstitucijski.
Svaki tip genetskog opterećenja korelira s određenim tipom prirodne selekcije.
Mutacijsko genetsko opterećenje nuspojava je procesa mutacije. Stabilizacija prirodne selekcije uklanja štetne mutacije iz populacije.
Segregacijsko genetsko opterećenje karakteristično je za populacije koje iskorištavaju heterozigote. Manje dobro prilagođene homozigotne jedinke se uklanjaju. Ako su oba homozigota smrtonosna, polovica potomaka umire.
Supstitucijsko genetsko opterećenje – stari alel se zamjenjuje novim. Odgovara pokretačkom obliku prirodne selekcije i prijelaznog polimorfizma.
genetski polimorfizam stvara sve uvjete za kontinuiranu evoluciju. Pojavom novog čimbenika u okolišu populacija se može prilagoditi novim uvjetima. Na primjer, otpornost insekata na razne vrste insekticida.
Genetska varijabilnost ograničena na jednu vrstu (u našem slučaju Homo sapiens) naziva se genetički polimorfizam (GP).
Genomi svih ljudi, s izuzetkom jednojajčanih blizanaca, različiti su.
Izražene populacijske, etničke i, što je najvažnije, individualne razlike u genomima kako u njihovom semantičkom dijelu (egzoni), tako iu nekodirajućim sekvencama (međugenski prostori, introni itd.) uzrokovane su raznim mutacijama koje dovode do HP. Potonje se obično definira kao mendelsko svojstvo koje se pojavljuje u populaciji u najmanje 2 varijante s učestalošću od najmanje 1% za svaku. Proučavanje GP-a glavna je zadaća brzo rastućeg programa “Ljudska genetička raznolikost” (vidi tablicu 1.1).
GP može biti kvalitativan, kada dolazi do zamjene nukleotida, ili kvantitativan, kada broj ponavljanja nukleotida različitih duljina varira u DNA. Obje vrste GP nalaze se iu smislenim (kodiranje proteina) i ekstragenim sekvencama molekule DNA.
Visokokvalitetni GP predstavljen je pretežno jednonukleotidnim supstitucijama, tzv. jednonukleotidnim polimorfizmom (SNP). Ovo je najčešći liječnik opće prakse. Već prva komparativna studija genoma u predstavnika različitih rasa i etničkih skupina pokazala je ne samo duboku genetsku srodnost svih ljudi (genomska sličnost - 99,9%), već je također omogućila dobivanje vrijednih informacija o podrijetlu čovjeka, putovima njegovog naseljavanja na planeti i putova etnogeneze. Rješavanje mnogih problema genogeografije, podrijetla čovjeka, evolucije genoma u filogeniji i etnogenezi - niz je temeljnih problema s kojima se suočava ovo područje koje se brzo razvija.
Kvantitativni GP predstavljen je varijacijama u broju tandemskih ponavljanja (STR - Short Tandem Repeats) u obliku 1-2 nukleotida (mikrosatelitna DNA) ili 3-4 ili više nukleotida po jezgri (ponavljajućoj) jedinici. Ovo je takozvana minisatelitna DNK. Konačno, ponavljanja DNA mogu imati veliku duljinu i varijabilnu unutarnju strukturu u sastavu nukleotida - takozvani VNTR (Variable Number Tandem Repeats).
U pravilu, kvantitativni GP odnosi se na besmislene nekodirajuće (kodirajuće) regije genoma. Jedina iznimka su ponavljanja trinukleotida. Najčešće je to CAG (citozin-adenin-guanin) - triplet koji kodira glutaminsku kiselinu. Također se mogu pojaviti u kodirajućim sekvencama niza strukturnih gena. Konkretno, takvi GP-ovi su karakteristični za gene "bolesti ekspanzije" (vidi Poglavlje 3). U tim slučajevima, nakon postizanja određenog broja kopija trinukleotidnog (polinukleotidnog) ponavljanja, GP prestaju biti funkcionalno neutralni i manifestiraju se kao posebna vrsta tzv. „dinamičkih mutacija“. Potonji su posebno karakteristični za veliku skupinu neurodegenerativnih bolesti (Huntingtonova koreja, Kennedyjeva bolest, spinocerebelarna ataksija itd.). Karakteristične kliničke značajke takvih bolesti su: kasna manifestacija, učinak anticipacije (povećanje ozbiljnosti bolesti u sljedećim generacijama), nedostatak učinkovitih metoda liječenja (vidi Poglavlje 3).
Svi ljudi koji danas nastanjuju našu planetu uistinu su genetski braća i sestre. Štoviše, interindividualna varijabilnost, čak i kod sekvenciranja gena predstavnika bijele, žute i crne rase, nije premašila 0,1% i uglavnom je posljedica jednonukleotidnih supstitucija, SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Takve su supstitucije vrlo brojne i javljaju se svakih 250-400 bp. Njihov ukupan broj u genomu procjenjuje se na 10-13 milijuna (tablica 1.2). Pretpostavlja se da se oko polovica svih SNP-ova (5 milijuna) nalazi u osjetilnom (ekspresiranom) dijelu genoma. Upravo se te zamjene pokazuju posebno važnima za molekularnu dijagnostiku nasljednih bolesti. Oni igraju glavnu ulogu u ljudskom GP-u.
Danas je dobro poznato da je polimorfizam karakterističan za gotovo sve ljudske gene. Štoviše, utvrđeno je da ima izraženu etničku i populacijsku specifičnost. Ova značajka omogućuje široku upotrebu polimorfnih genskih markera u etničkim i populacijskim studijama. Polimorfizam koji utječe na semantičke dijelove gena često dovodi do zamjene aminokiselina i do pojave proteina s novim funkcionalnim svojstvima. Supstitucije ili ponavljanja nukleotida u regulatornim (promotorskim) regijama gena mogu imati značajan utjecaj na aktivnost ekspresije gena. Naslijeđene polimorfne promjene gena imaju odlučujuću ulogu u određivanju jedinstvenog biokemijskog profila svake osobe, u procjeni njegove nasljedne predispozicije za različite zajedničke multifaktorijalne (multifaktorijalne) bolesti. Proučavanje medicinskih aspekata HP-a čini konceptualnu i metodološku osnovu prediktivne medicine (vidi 1.2.5).
Kao što su istraživanja posljednjih godina pokazala, jednonukleotidne supstitucije (SNP) i kratka tandemska mono-, di- i trinukleotidna ponavljanja dominantne su, ali nikako jedine varijante polimorfizma u ljudskom genomu. Nedavno je objavljeno da je oko 12% svih ljudskih gena prisutno u više od dvije kopije. Stoga će stvarne razlike između genoma različitih ljudi vjerojatno značajno premašiti prethodno pretpostavljenih 0,1%. Na temelju toga, trenutno se vjeruje da blizina nepovezanih genoma nije 99,9%, kao što se ranije mislilo, već približno jednaka oko 99 0%. Posebno je iznenađujuća bila činjenica da ne samo broj kopija pojedinačnih gena, nego čak i cijeli fragmenti kromosoma veličine 0,65-1,3 megabaza (1 Mgb = 10 6 bp) mogu varirati u genomu. Posljednjih godina metodom komparativne genomske hibridizacije na čipovima koji sadrže DNA sonde koje odgovaraju cijelom ljudskom genomu, dobiveni su nevjerojatni podaci koji dokazuju polimorfizam pojedinih genoma u velikim (5-20 Mgb) fragmentima DNA. Taj se polimorfizam naziva varijacija broja kopija; njegov se doprinos ljudskoj patologiji trenutno aktivno proučava.
Prema suvremenim podacima, kvantitativni polimorfizam u ljudskom genomu mnogo je rašireniji nego što se dosad mislilo; Glavna kvalitativna varijanta polimorfizma su jednonukleotidne supstitucije - SNP.
1.2.Z.1. Međunarodni projekt “Haploidni genom” (HapMar)
Odlučujuću ulogu u proučavanju genomskog polimorfizma ima međunarodni projekt proučavanja ljudskog haploidnog genoma - "Haploidna karta" - HapMap.
Projekt je pokrenut na inicijativu Human Genome Research Institute (SAD) 2002. godine. Projekt je provodilo 200 istraživača iz 6 zemalja (SAD, UK, Kanada, Japan, Kina, Nigerija), koji su činili Znanstveni konzorcij. Cilj projekta je dobiti genetsku kartu sljedeće generacije koja bi se trebala temeljiti na distribuciji pojedinačnih nukleotidnih supstitucija (SNP) u haploidnom setu svih 23 ljudska kromosoma.
Bit projekta je da se pri analizi distribucije već poznatih SNP-ova (SNP-ova) kod jedinki nekoliko generacija, susjedni ili blisko smješteni SNP-ovi u DNK jednog kromosoma nasljeđuju u blokovima. Takav SNP blok je haplotip – alelni skup od nekoliko lokusa koji se nalaze na istom kromosomu (odatle i naziv HapMar projekta). U ovom slučaju, svaki od mapiranih SNP-ova djeluje kao neovisni molekularni marker. Međutim, da bi se stvorila mapa SNP-ova za cijeli genom, važno je da genetska veza između dva susjedna SNP-a bude vrlo pouzdana. Na temelju povezivanja takvih SNP markera s proučavanim svojstvom (bolešću, simptomom) određuju se najvjerojatnija mjesta lokalizacije gena kandidata čije su mutacije (polimorfizam) povezane s određenom multifaktorijalnom bolešću. Obično se za mapiranje odabire nekoliko SNP-ova koji su usko povezani s već poznatim Mendelovim svojstvom. Takvi dobro karakterizirani SNP-ovi s učestalošću rijetkih alela od najmanje 5% nazivaju se markerski SNP-ovi (tagSNP-ovi). Očekuje se da će u konačnici, od približno 10 milijuna SNP-ova prisutnih u genomu svake osobe, samo oko 500.000 tagSNP-ova biti odabrano tijekom projekta.
Ali ovaj broj je sasvim dovoljan da pokrije cijeli ljudski genom OZ mapom. Naravno, postupno zasićenje genoma takvim točkastim molekularnim markerima, pogodnim za analizu cijelog genoma, otvara velike izglede za mapiranje mnogih još nepoznatih gena, čije su alelne varijante povezane (povezane) s raznim ozbiljnim bolestima.
Prva faza projekta NarMar, vrijedna 138 milijuna dolara, dovršena je u listopadu 2005. godine. Više od milijun NCD-a (1.007.329) genotipizirano je u 270 predstavnika 4 populacije (90 Europljana Amerikanaca, 90 Nigerijaca, 45 Kineza i 45 Japanaca). Rezultat rada bila je haploidna SNP karta koja sadrži informacije o distribuciji i učestalosti markerskih SNP u proučavanim populacijama.
Kao rezultat druge faze projekta HapMap, koja je završila u prosincu 2006., isti uzorak jedinki (269 osoba) genotipiziran je za još 4.600.000 SNP-ova. Do danas, sljedeća generacija genetske karte (NaM) već sadrži informacije o više od 5,5 milijuna nezaraznih bolesti. U svojoj konačnoj verziji, koja će, s obzirom na sve bržu brzinu mapiranja SNP-a, postati dostupna u skoroj budućnosti, nalazit će se podaci o 9.000.000 SNP-ova haploidnog skupa. Zahvaljujući HapMaru, koji uključuje ne samo SNP-ove već mapiranih gena s poznatim fenotipovima, već i SNP-ove još neidentificiranih gena, znanstvenici u svojim rukama imaju moćan univerzalni navigator neophodan za dubinsku analizu genoma svakog pojedinca, za brzo i učinkovito mapiranje gena čije alelne varijante stvaraju predispoziciju za razne multifaktorijalne bolesti, za provođenje opsežnih studija genetike ljudske populacije, farmakogenetike i individualne medicine.
Prema Francisu Collinsu, ravnatelju Nacionalnog instituta za istraživanje ljudskog genoma (SAD): „Već kad sam prije 20 godina razgovarao o Programu ljudskog genoma, sanjao sam o vremenu kada će genomski pristup postati alat za dijagnosticiranje, liječenje i prevenciju teških uobičajenih bolesti. bolesti koje pogađaju bolesne ljude preplavljuju naše bolnice, klinike i liječničke ordinacije. Uspjeh
Projekt NarMar omogućuje nam da danas napravimo ozbiljan korak prema ovom snu” (http://www.the-scientist.com/2006/2/1/46/1/).
Doista, korištenjem HapMar tehnike bilo je moguće brzo mapirati gen odgovoran za makularnu degeneraciju, identificirati glavni gen i nekoliko genskih markera bolesti srca, identificirati regije kromosoma i pronaći gene povezane s osteoporozom, bronhijalnom astmom, tipom 1 i tipom 2. dijabetes , kao i s rakom prostate. Pomoću tehnologije HapMar moguće je ne samo provoditi skrining cijelog genoma, već i proučavati pojedinačne dijelove genoma (fragmente kromosoma), pa čak i gene kandidate. Kombinacija Nar-Mar tehnologije sa mogućnostima hibridizacijskih DNK čipova visoke rezolucije i posebnim računalnim programom učinila je dostupnim probir asocijacija na cijelom genomu i napravila pravu revoluciju u prediktivnoj medicini u smislu učinkovite identifikacije gena osjetljivosti na različite MD (vidi poglavlja 8 i 9).
S obzirom na to da genetski polimorfizam nipošto nije ograničen na OKP, a molekularne varijacije genoma mnogo su raznolikije, znanstvenici i izdavači znanstvenog časopisa Human Mutation Richard Cotton (Australija) i Haig Kazazian (SAD) pokrenuli su Human Variom Project, čiji je cilj stvoriti univerzalnu banku podataka koja uključuje informacije ne samo o mutacijama koje dovode do raznih monogenih bolesti, već i o polimorfizmima koji predisponiraju multifaktorijalne bolesti - http://www.humanvariomeproject.org/index.php?p = Vijesti . Uzimajući u obzir prilično konvencionalne granice između "polimorfizma" i "mutacija", stvaranje takve univerzalne biblioteke varijacija genoma može se samo pozdraviti.
Nažalost, moramo priznati da, ako je u slučaju projekta Ljudski genom u Rusiji još bilo pokušaja sudjelovanja u zajedničkim istraživanjima, onda u provedbi međunarodnog projekta NarMar domaći znanstvenici praktički nisu bili uključeni. Sukladno tome, korištenje tehnologije skrininga SNP-a na cijelom genomu u Rusiji u nedostatku potrebnog hardvera i softvera vrlo je problematično. U međuvremenu, uzimajući u obzir karakteristike populacije genetskog polimorfizma, uvođenje GWAS tehnologije u Rusiji je apsolutno neophodno (vidi Poglavlje 9 ).
S dubokim žaljenjem moramo konstatirati da će se već postojeći kolosalan jaz između domaće i napredne svjetske znanosti u području proučavanja ljudskog genoma nakon završetka programa NarMar samo ubrzano povećavati.
1.2.Z.2. Novi projekti proučavanja ljudskog genoma
Projekt NarMar daleko je od jedinog, iako je najnapredniji u istraživanju strukturne i funkcionalne organizacije ljudskog genoma u našem vremenu. Još jedan međunarodni projekt je ENCODE “Enciklopedija elemenata DNK”, koji je pokrenuo Nacionalni institut za istraživanje ljudskog genoma (NIHGR). Njegov cilj je točno identificirati i mapirati sve gene koji sintetiziraju proteine i funkcionalno značajne elemente ljudskog genoma. Kao pilot studija, projekt namjerava opetovano sekvencirati i detaljno proučavati fragment genoma veličine do 1% ukupne duljine DNK. Najvjerojatniji kandidat je genomska regija od oko 30 megabaza (milijuna bp) u kratkom kraku kromosoma 6. Ondje se nalazi HLA lokus, koji je vrlo složen u strukturnom i funkcionalnom smislu i odgovoran je za sintezu antigena histokompatibilnosti. , Nalazi se. Planira se sekvenciranje HLA regije u 100 bolesnika s autoimunim bolestima (sistemski eritematozni lupus, dijabetes tipa 1, multipla skleroza, bronhijalna astma itd.) i u 100 somatski zdravih darivatelja kako bi se razumjela molekularna priroda genskih značajki u tim patologije. Na sličan način, očekuje se identificiranje gena kandidata u lokusima koji pokazuju neslučajnu povezanost s čestim teškim bolestima multifaktorijalne prirode. Rezultati ENCODE projekta već su djelomično objavljeni, ali HLA lokus nije uključen u njega.
Drugi projekt - NIHGR "Chemical Genomics" - ima za cilj stvoriti javno dostupnu biblioteku kemijskih tvari, uglavnom organskih spojeva, pogodnih za proučavanje glavnih metaboličkih putova tijela, u izravnoj interakciji s genomom i obećavajućih za stvaranje novih lijekova.
Projekt Genome to Life fokusiran je na metaboličke značajke i organizaciju genoma jednostaničnih organizama koji su patogeni za ljude. Pretpostavlja se da će rezultat njegove provedbe biti kompjuterizirani modeli reakcije mikroba na vanjske utjecaje. Istraživanje će se fokusirati na četiri glavna područja: bakterijske proteine, regulacijske mehanizme funkcije gena, asocijacije mikroba (simbioza), interakciju s ljudskim tijelom (www.genomestolife.org).
Konačno, glavna organizacija za financiranje znanstvenih projekata u Velikoj Britaniji, Wellcome Trust, stvorila je Structural Genomic Consortium. Cilj mu je korištenje podataka iz proučavanja ljudskog genoma za povećanje učinkovitosti traženja i sinteze novih ciljanih lijekova.
Projekt Environmental Genome, koji se razvija u SAD-u i zapadnoj Europi, također je izravno povezan s prediktivnom medicinom i farmakogenetikom. O nekim detaljima ovog projekta bit će riječi u sljedećem poglavlju.
