Polimorfismul genetic: ce este? Polimorfismul - ce este? Polimorfismul genetic.

) două sau mai multe forme ereditare diferite care se află în echilibru dinamic pe parcursul mai multor sau chiar mai multor generații. Cel mai adesea, selecția genetică este determinată fie de diferite presiuni și vectori (direcție) de selecție în diferite condiții (de exemplu, în diferite anotimpuri), fie de viabilitatea relativă crescută a heterozigoților (vezi Heterozigot). Unul dintre tipurile de diversitate genetică — diversitatea genetică echilibrată — se caracterizează printr-un raport optim constant al formelor polimorfe, abaterea de la care se dovedește a fi nefavorabilă speciei și este reglată automat (se stabilește raportul optim al formelor). Majoritatea genelor se află într-o stare de producție echilibrată a genelor la oameni și animale. Există mai multe forme de diversitate genetică, a căror analiză face posibilă determinarea efectului selecției în populațiile naturale.

Lit.: Timofeev-Resovsky N.V., Svirezhev Yu.M., Despre polimorfismul genetic în populații, „Genetica”, 1967, nr. 10.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „polimorfismul genetic” în alte dicționare:

polimorfism genetic- Existența pe termen lung într-o populație de două sau mai multe genotipuri, ale căror frecvențe depășesc în mod sigur probabilitatea de apariție a mutațiilor repetate corespunzătoare. [Arefyev V.A., Lisovenko L.A. Dicționar explicativ englez-rus al termenilor genetici... ... Ghidul tehnic al traducătorului

Polimorfism genetic polimorfism genetic. Existența pe termen lung într-o populație de două sau mai multe genotipuri, ale căror frecvențe depășesc semnificativ probabilitatea de apariție a mutațiilor repetate corespunzătoare. (Sursa: „Inteligent anglo-rus... ...

polimorfism genetic- 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. genetic... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

polimorfism genetic- genetinis polimorfizmas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Ilgalaikis buvimas populiacijoje dviejų ar daugiau genotipų, kurių dažnumas labai viršija pasikartojančių mutacijų radimosi tikimybę. atitikmenys: engl. polimorfismul genetic rus... Žemės ūkio augalų selekcijos și sėklininkystės terminų žodynas

Polimorfismul genetic- existența pe termen lung într-o populație de două sau mai multe genotipuri, ale căror frecvențe depășesc în mod sigur probabilitatea de apariție a mutațiilor repetate corespunzătoare... Dicţionar de psihogenetică

Polimorfism în biologie, prezența într-o singură specie a indivizilor care sunt foarte diferiți ca aspect și nu au forme de tranziție. Dacă există două astfel de forme, fenomenul se numește dimorfism (un caz special este dimorfismul sexual). P. include diferențe de aspect... ...

I Polimorfismul (din grecescul polymorphos divers) în fizică, mineralogie, chimie, capacitatea unor substanțe de a exista în stări cu structuri cristaline atomice diferite. Fiecare dintre aceste stări (faze termodinamice),... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Polimorfismul unui eveniment unic, engleza. Polimorfismul evenimentului unic/UEP în genealogia ADN înseamnă un marker genetic corespunzător unei mutații extrem de rare. Se crede că toți purtătorii unei astfel de mutații o moștenesc de la... ... Wikipedia

Variația discontinuă a alelelor omoloage ale aceluiași locus genic, pe care se bazează stabilitatea unei populații. Sensibilitatea organismelor la diverși factori de mediu este diferențiată, determinată genotipic,... ... Dicționar ecologic

Polimorfism polimorfism. Existența unor indivizi genetic diferiți într-un grup de încrucișare (populație); P. poate avea o natură negenetică (modificatoare), de exemplu, în funcție de densitatea populației (vezi. ) … Biologie moleculară și genetică. Dicţionar.

Se obișnuiește să se numească genele polimorfe dacă acestea sunt reprezentate într-o populație de mai multe soiuri - alele, ceea ce determină diversitatea trăsăturilor în cadrul speciei.

Polimorfism genetic (greacă) genetikos- referitoare la naștere, origine; greacă politici- multe și morphe - tip, formă, imagine) - diversitatea frecvențelor alelelor homozigoților. Diferențele dintre alelele aceleiași gene implică de obicei variații minore ale codului său „genetic”. O mare parte a polimorfismului genetic se realizează prin substituții ale unei nucleotide cu alta și modificări ale numărului de fragmente de ADN repetate, care apar în toate elementele structurale ale genomului: exoni, introni, regiuni reglatoare etc. Scara polimorfismului genetic în oameni este de așa natură încât între secvențele de ADN Există milioane de diferențe între doi oameni, cu excepția cazului în care sunt gemeni identici. Aceste diferențe se încadrează în patru categorii principale:

a) neexprimat fenotipic (de exemplu, secțiuni de ADN polimorf utilizate pentru identificarea personală folosind metode genetice moleculare);

b) provocând diferențe fenotipice (de exemplu, în culoarea sau înălțimea părului), dar nu predispoziție la boală;

c) joacă un rol în patogeneza bolii (de exemplu, în bolile poligenice);

d) joacă un rol major în dezvoltarea bolii (de exemplu, în bolile monogenice).

Deși majoritatea polimorfismelor cunoscute sunt exprimate fie în substituții ale unei singure nucleotide, fie în modificări ale numărului de fragmente de ADN care se repetă, cu toate acestea, variațiile care afectează fragmentele codificatoare ale genelor și care afectează secvența de aminoacizi a produselor lor sunt relativ rare și nu au legătură cu problema specifică care se analizează. În primul rând, sunt importante posibilele consecințe ale polimorfismului nitronilor și ale secvențelor necodante 5"-terminale. Analiza acestui fenomen depinde în mare măsură de cât de variabile sunt funcțiile intrinseci ale proteinei codificate de diferite alele, ceea ce este valabil și pentru enzimele de formare și metabolizare a hormonilor steroizi, despre care vor urma discuții ulterioare.

Se spune că un locus este polimorf dacă două sau mai multe alele ale acelui locus există într-o populație. Cu toate acestea, dacă una dintre alele are o frecvență foarte mare, să zicem 0,99 sau mai mult, atunci există o probabilitate mare ca nicio altă alele să nu fie prezentă într-o probă prelevată din populație decât dacă proba este foarte mare. Astfel, un locus este în general definit ca polimorf dacă frecvența celei mai frecvente alele este mai mică de 0,99. Această împărțire este foarte condiționată și alte criterii pentru polimorfism pot fi găsite în literatură.

Una dintre cele mai simple moduri de a măsura gradul de polimorfism într-o populație este de a calcula raportul mediu al locilor polimorfi și de a împărți numărul lor total la numărul total de loci din eșantion. Desigur, o astfel de măsură depinde în mare măsură de numărul de indivizi studiati. O măsură mai precisă a variabilității genetice în cadrul unei populații este HETEROSIGOZITATEA ȘTEPTĂ MEDIE sau DIVERSITATEA GENELOR. Această valoare poate fi derivată direct din frecvențele genelor și este mult mai puțin susceptibilă la efecte din cauza erorii de eșantionare. Diversitatea genelor la acest locus este determinată după cum urmează:

M h = 1 - SUMA x i * i=1 unde SUMA este suma, x i este frecvența alelei i și m este numărul total de alele ale unui locus dat.

Pentru orice locus, h este probabilitatea ca două alele selectate aleatoriu într-o populație să fie diferite una de cealaltă. Media tuturor h pentru fiecare locus studiat, H, poate fi utilizată ca o estimare a cantității de variație genetică în cadrul unei populații.

Gradele de diversitate genetică h și H au fost utilizate pe scară largă pentru datele obținute din analizele electroforetice și ale enzimelor de restricție. Cu toate acestea, este posibil să nu fie întotdeauna potrivite pentru datele obținute din studiile secvenței ADN, deoarece gradul de diversitate la nivel de ADN este extrem de ridicat. În special atunci când sunt luate în considerare secvențele lungi, este probabil ca fiecare să difere de alte secvențe la una sau mai multe nucleotide. Atunci atât h, cât și H vor fi aproape de 1 și, prin urmare, nu vor diferi între loci sau populații, fiind astfel neinformative.

Când se lucrează cu ADN, o măsură mai adecvată a polimorfismului într-o populație este numărul mediu de substituții de nucleotide pe poziție între două secvențe selectate aleatoriu. Această estimare se numește diversitate de nucleotide (Nei M., Li W.-H., 1979) și se notează p:

P = SUMA (x * x * p) i,j i j ij unde x i și x j sunt frecvențele secvențelor de tipul i-lea și j-lea, iar p ij este proporția diferențelor de nucleotide dintre i-lea și j tipurile de secvențe.

În prezent, există mai multe lucrări privind studiul diversității nucleotidelor la nivelul secvențelor de ADN. Un astfel de lucru a fost realizat pentru locusul care codifică D. melanogaster alcool dehidrogenază (Adh) (Nei M., 1987).

Au fost studiate 11 secvențe cu o lungime de 2.379 de nucleotide. Ignorând delețiile și inserțiile, au fost identificate nouă alele diferite, dintre care una a fost reprezentată de trei, iar restul de opt cu o secvență. Astfel, frecvențele x 1 - x 8 au fost egale cu 1/11, iar x 9 = 3/11. Patruzeci și trei de poziții erau polimorfe. În primul rând, proporțiile diferențelor de nucleotide pentru fiecare pereche de secvențe au fost calculate și prezentate în tabel:

De exemplu, alelele 1-S și 2-S au fost diferite la trei poziții din 2,379, prin urmare n 12 = 0,13%. Valoarea n obținută folosind formula 3.20 s-a dovedit a fi egală cu 0,007.

Polimorfismul genetic și bolile ereditare.

În 1902, Garrod a propus că tulburările metabolice, cum ar fi alcaptonuria, erau o expresie extremă a individualității chimice a organismului. Adevărata amploare a diversității genetice a devenit evidentă pentru prima dată când electroforeza extractelor celulare (fără purificare prealabilă a enzimelor) a demonstrat existența mai multor izoforme structurale pentru multe proteine. Prezența izoformelor se datorează existenței mai multor variante de gene (alele) ale acestei proteine ​​în populație. Alelele au o localizare identică pe cromozomii omologi.

Cele mai multe gene din fiecare organism sunt reprezentate de două alele, una moștenită de la tată și cealaltă de la mamă. Dacă ambele alele sunt identice, atunci organismul este considerat homozigot, dacă este diferit - heterozigot.

În timpul evoluției, diferite alele au apărut ca urmare a mutațiilor de la o singură alele predecesoare; cel mai adesea ele diferă unele de altele prin înlocuirea unei nucleotide (mutație missens). De obicei, proteinele codificate de diferite alele ale aceleiași gene au aceleași proprietăți funcționale, adică substituția de aminoacizi este neutră sau aproape neutră din punct de vedere al selecției naturale.

Prezența anumitor alele este adesea apreciată pe baza analizei secvenței de aminoacizi a proteinelor corespunzătoare. Pentru multe gene (de exemplu, gena lanțului beta globinei), este posibilă izolarea unei alele normale - cea mai comună în populație, care apare mult mai des decât altele. Uneori, printre alele nu există nici una care ar putea fi considerată normală. Polimorfismul extrem de ridicat este caracteristic, de exemplu, genei apoproteinei (a) și genei lanțului alfa haptoglobinei. O genă este considerată polimorfă dacă alela sa cea mai comună apare la mai puțin de 99% dintre oameni. Această definiție reflectă doar prevalența diferitelor alele și nu diferențele lor funcționale.

Conceptul de polimorfism sa extins odată cu descoperirea variabilității extraordinare a secvențelor de ADN. În genomul diferiților oameni, 1 din 100-200 de perechi de nucleotide diferă; aceasta este în concordanță cu heterozigozitatea la 1 din 250-500 bp. Metodele moderne fac posibilă identificarea substituțiilor unice de nucleotide în regiunile codificatoare care pot fi absurde sau pot provoca modificări în secvența de aminoacizi. Polimorfismul ADN-ului este chiar mai pronunțat în regiunile necodificatoare ale genomului, care au un efect redus sau deloc asupra expresiei genelor.

Pe lângă înlocuirea nucleotidelor individuale, polimorfismul ADN se bazează pe inserții, ștergeri și modificări ale numărului de repetări în tandem. Există repetiții în tandem care variază ca număr (lung) (ADN minisatelit) și scurte (tetra-, tri-, di- sau mononucleotide) repetări în tandem (ADN microsatelit).

Amploarea polimorfismului ADN este de așa natură încât există milioane de diferențe între secvențele ADN a două persoane, cu excepția cazului în care sunt gemeni identici. Aceste diferențe se încadrează în patru mari categorii:

Fenotipic neexprimat (de exemplu, secțiuni de ADN polimorf utilizate pentru identificarea personală folosind metode genetice moleculare);

Cauzând diferențe fenotipice (de exemplu, în culoarea părului sau înălțimea), dar nu predispoziție la boală;

Jucând un anumit rol în patogeneza bolii (de exemplu, în bolile poligenice);

Jucând un rol major în dezvoltarea bolii (de exemplu, cu

Polimorfismele nu sunt o cauză directă și obligatorie a dezvoltării bolii, dar pot determina un risc mai mare sau mai mic de dezvoltare a acesteia sub influența diverșilor factori externi.

Prin urmare, în prezența polimorfismelor, ele informează despre riscul crescut de a dezvolta boala în purtarea heterozigotă sau homozigotă a polimorfismului. Riscul de a dezvolta boala este măsurat prin raportul de cote (OR).
În Europa, se efectuează oficial testarea genetică clinică a mutațiilor următoarelor gene: FV (Leiden), F2 (protrombină), PAI-1, MTHFR.

Mutație Leiden 1691 G->A factor de coagulare V (F5)

Fiziologie și genetică. Factorul de coagulare V sau factorul de coagulare a sângelui V este un cofactor proteic în formarea trombinei din protrombină. Polimorfismul G1691A Leiden (substituția de aminoacizi Arg (R) -> Gln (Q) la poziția 506, cunoscută și sub numele de „mutația Leiden” sau „Leiden”) este un indicator al riscului de apariție a trombozei venoase. Aceasta este o mutație punctiformă (cu o singură nucleotidă) a genei care codifică factorul V de coagulare, care face ca forma activă a factorului V să fie rezistentă la acțiunea de degradare a unei enzime de reglare specializate, proteina C, rezultând hipercoagulabilitate. În consecință, crește riscul apariției cheagurilor de sânge. Prevalența mutației în populațiile de tip european este de 2-6%.

Risc de tromboză venoasă profundă(TGV): de 7 ori mai mare la purtătorii heterozigoți ai mutației Leiden a genei F5 Arg506Gln și de 80 de ori mai mare la homozigoți. Factorii suplimentari care influențează dezvoltarea TVP pot fi împărțiți în 3 grupuri.

LA primul Grupul de factori include modificări ale stării hormonale:

Utilizarea contraceptivelor orale crește în plus riscul de apariție a TVP de 30 de ori la heterozigoți, de 100 de ori la purtătorii homozigoți.

Sarcina crește riscul de TVP de 16 ori.

Terapia de substituție hormonală crește riscurile de 2-4 ori.

Co. al doilea un grup de factori include afectarea vasculară:

Cateterismul venos central crește riscul de TVP de 2-3 ori

Intervenții chirurgicale - de 13 ori.

LA al treilea un grup de factori include imobilitatea: repaus la pat și zboruri lungi în aer. Aici se remarcă doar o creștere a riscului, dar statisticile ar trebui să fie mai complete:

Bolile infecțioase și cancerul cresc, de asemenea, riscul de a dezvolta TVP. Riscul de a dezvolta accident vascular cerebral ischemic la femeile cu vârsta cuprinsă între 18-49 de ani cu prezența mutației Leiden crește de 2,6 ori, iar atunci când iau contraceptive orale crește de 11,2 ori.

Date clinice. Prezența mutației Leiden crește probabilitatea de a dezvolta o serie de complicații ale sarcinii:

Avort spontan în stadiile incipiente (riscul crește de 3 ori),

Întârzierea dezvoltării fetale

Toxicoza tardiva (gestoza),

Insuficiență fetoplacentară.

O tendință crescută la formarea de trombi poate duce la tromboembolism arterial, infarct miocardic și accident vascular cerebral. Prezența mutației Leiden crește riscul de tromboză venoasă primară și recurentă de cel puțin 3-6 ori.

Exemplele de mai jos ilustrează legătura dintre mutația și diferite tipuri de tromboză și alte boli cardiovasculare.

Un studiu multicentric de 8 ani, pe mai mult de 300 de pacienți cu tromboembolism venos (TEV) a constatat un risc crescut de TEV de 3,7 ori în prezența mutației Leiden. Într-un alt studiu, pacienții cu tromboembolism venos au fost studiați timp de 68 de luni. În acest timp, 14% dintre pacienți au prezentat TEV recurent. Mutația factorului V Leiden duce la o creștere de patru ori a riscului de TEV recurent. Pentru pacienții cu TEV cu mutația Leiden, se recomandă un tratament anticoagulant mai lung în comparație cu pacienții cu factor V normal.
Trebuie remarcat faptul că riscul de apariție a trombozei venoase crește semnificativ (creștere de 8 ori) dacă pacientul, pe lângă mutația factorului V Leiden, are și o mutație a polimorfismului T C677T al genei metiltetrahidrofolat reductază.

Unul dintre cele mai periculoase complicații contraceptivele hormonale sunt tromboza și tromboembolismul. Multe femei cu astfel de complicații sunt purtătoare heterozigote ale mutației Leiden (genotip G/A). În timpul tratamentului cu contraceptive hormonale, riscul lor de tromboză este crescut de 6-9 ori. La femeile care utilizează contraceptive hormonale și care au o mutație Leiden homozigotă (genotip A/A), riscul de a dezvolta tromboză sinusală cerebrală (CST) este crescut de peste 30 de ori comparativ cu pacienții care nu au această mutație.

Au fost rezumate datele finale din studiul Women's Health Initiative Estrogen Plus Progestin privind incidența trombozei venoase în timpul terapiei de substituție hormonală (HRT). Studiul a inclus 16.608 femei în postmenopauză cu vârsta cuprinsă între 50 și 79 de ani, urmate din 1993 până în 1998. în termen de 5 ani. Prezența mutației Leiden a crescut riscul de tromboză în timpul terapiei de substituție hormonală estrogen-progestin de aproape 7 ori comparativ cu femeile fără această mutație. Prezența altor mutații genetice (protrombină 20210A, metilentetrahidrofolat reductază C677T, factor XIII Val34Leu, PAI-1 4G/5G, factor V HR2) nu a afectat asocierea HRT și riscul de tromboză venoasă. O analiză a mai mult de zece studii independente a arătat că printre pacienții care au avut un infarct miocardic înainte de vârsta de 55 de ani, prevalența mutației Leiden a fost semnificativ mai mare. Riscul mediu de a dezvolta infarct miocardic crește de 1,5 ori. Mai mult, mutația Leiden duce la o creștere de 2,8 ori a numărului de pacienți fără stenoză coronariană severă care dezvoltă infarct miocardic.

Polimorfism 20210 G->A protrombină

Fiziologie și genetică. Protrombina (factorul de coagulare II sau F2) este una dintre componentele principale ale sistemului de coagulare a sângelui. În timpul descompunerii enzimatice a protrombinei, se formează trombina. Această reacție este prima etapă în formarea cheagurilor de sânge. Mutația genei protrombină G20210A se caracterizează prin înlocuirea nucleotidei guaninei (G) cu nucleotidei adeninei (A) la poziția 20210. Datorită exprimării crescute a genei mutante, nivelul de protrombină poate fi de o dată și jumătate până la două ori. mai mare decât în ​​mod normal. Mutația este moștenită în mod autosomal dominant. Aceasta înseamnă că trombofilia apare chiar și la un purtător heterozigot al genei modificate (G/A).

Boli tromboembolice(TE) sunt cauzate de tulburări ale sistemului de coagulare a sângelui. Aceste tulburări duc și la boli cardiovasculare. Genotipul G/A este un indicator al riscului de a dezvolta tromboză și infarct miocardic. Când apare tromboza, mutația 20210A apare adesea în combinație cu mutația Leiden. Genotipul G/A de la poziția 20210 a genei protrombinei este un factor de risc pentru aceleași complicații care sunt asociate cu mutația Leiden.
2-3% dintre reprezentanții rasei europene sunt purtători heterozigoți ai genei.
Riscul de a dezvolta TVP la purtătorii alelei mutante (A) a genei F2 este crescut de 2,8 ori. Combinația dintre o mutație de protrombină cu o mutație Leiden crește și mai mult riscurile.
Conform ghidurilor pentru obstetricieni și ginecologi (Marea Britanie, 2000), analiza genetică clinică a FV și protrombinei 20210 este adecvată din cauza riscurilor diferite ale homozigoților și heterozigoților.

Sunt foarte mari, mari și medii gradul de risc tromboza venoasa la femeile insarcinate:

- Înalt gradul de risc la femeile cu antecedente individuale și familiale de tromboză și homozigote pentru mutația Leiden, mutația protrombină G20210A sau o combinație a acestor mutații. Astfel de pacienți sunt indicați pentru terapia de anticoagulare cu heparine cu greutate moleculară mică de la începutul până la mijlocul celui de-al doilea trimestru.

- In medie gradul de risc la femeile cu antecedente familiale de tromboză și heterozigote pentru mutația Leiden sau mutația G20210A.În acest caz, terapia anticoagulante nu este indicată.

Indicații pentru analiză. Infarct miocardic, niveluri crescute de protrombină din sânge, istoric de boli tromboembolice, vârstă înaintată a pacientului, avort spontan, insuficiență fetoplacentară, moarte fetală intrauterină, toxicoză, întârziere de creștere a fătului, dezlipire placentară, pacienți care se pregătesc pentru operații abdominale majore (fibrom uterin, operație cezariană , chisturi ovariene etc.), fumatul.

Date clinice. Un studiu pe 500 de pacienți cu infarct miocardic și 500 de donatori sănătoși a arătat o creștere de peste cinci ori a riscului de infarct miocardic la pacienții cu genotipul 20210A mai tineri de 51 de ani. Analiza genetică a unui grup de pacienți cu primul infarct miocardic (vârsta 18-44 ani) a arătat că varianta 20210A este de patru ori mai frecventă comparativ cu grupul sănătos, ceea ce corespunde unei creșteri de 4 ori a riscului de infarct. Probabilitatea unui atac de cord era deosebit de mare dacă aveai alți factori de risc cardiovascular. De exemplu, fumatul în prezența genotipului 20210A crește riscul de infarct miocardic de peste 40 de ori. Mutația 20210A este un factor de risc semnificativ pentru infarctul miocardic precoce.

Într-un studiu efectuat pe pacienți cu antecedente familiale de tromboză venoasă și un grup de control de donatori sănătoși, s-a descoperit că mutația 20210A duce la o creștere de trei ori a riscului de tromboză venoasă. Riscul de tromboză crește pentru toate vârstele și pentru ambele sexe. Acest studiu a confirmat, de asemenea, o legătură directă între prezența mutației 20210A și nivelurile crescute de protrombină în sânge.

În spitalele terapeutice, unde predomină pacienții cu boli cardiovasculare, TE sub formă de embolie pulmonară apare în 15-30% din cazuri. În multe cazuri, TE sunt cauza directă a decesului, în special la pacienții postoperatori și la pacienții cu cancer. S-a stabilit că printre bolnavii de cancer în prezența TE, mortalitatea crește de câteva ori, în timp ce numărul TE depășește media statistică. Motivele creșterii TE la pacienții cu cancer ar putea fi necesar să fie căutate în terapia administrată, ceea ce este în contradicție cu predispoziția genetică a pacientului. Acest lucru nu se aplică doar pacienților cu cancer. Conform rapoartelor post-mortem, 60% dintre pacienții care decedează în spitalele generale prezintă semne de boală tromboembolice.

Cunoașterea caracteristicilor genotipice ale pacientului va permite nu numai evaluarea riscului de apariție a unor afecțiuni care pun viața în pericol, ci și determinarea corectă a metodelor de prevenire și tratare a acestora, precum și posibilitatea utilizării anumitor medicamente.

Varianta labilă la căldură A222V (677 C->T) a metilentetrahidrofolat reductază

Fiziologie și genetică. Metilentetrahidrofolat reductază (MTHFR) joacă un rol cheie în metabolismul folaților. Enzima catalizează reducerea 5,10-metilentetrahidrofolatului la 5-metiltetrahidrofolat. Aceasta din urmă este forma activă a acidului folic necesară pentru formarea metioninei din homocisteină și apoi a S-adenosilmetioninei, care joacă un rol cheie în procesul de metilare a ADN-ului. Deficiența de MTHFR contribuie nu numai la efecte teratogene (daunătoare pentru făt), ci și mutagene (dăunătoare pentru ADN). În acest caz, multe gene celulare sunt inactivate, inclusiv oncogene. Acesta este unul dintre motivele pentru care oncologii au devenit interesați de variantele genetice ale MTHFR. Aminoacidul homocisteină este un produs intermediar al procesului de sinteză a metioninei. Tulburările enzimei MTHFR duc la acumularea excesivă de homocisteină în plasma sanguină - hiperhomocisteinemie.

Gena MTHFR este localizată pe cromozomul 1p36.3. Sunt cunoscute aproximativ două duzini de mutații ale acestei gene care perturbă funcția enzimei. Cea mai studiată mutație este o variantă în care citozina nucleotidă (C) la poziția 677 este înlocuită cu timidină (T), ceea ce are ca rezultat înlocuirea reziduului de aminoacizi alaninei cu un rest valină (poziția 222) în locul de legare a folaților. . Acest polimorfism MTHR este denumit mutația C677T. Indivizii homozigoți pentru această mutație (genotip T/T) prezintă termolabilitate MTHFR și o scădere a activității enzimei la aproximativ 35% din valoarea medie. În general, în rândul populației mondiale, mutația 677T a genei MTHFR este destul de răspândită printre reprezentanții rasei europene (caucaziane). Au fost studiate frecvențele a două mutații majore (C677T și A1298C) în rândul reprezentanților populației din SUA. Prezența homozigotului T/T a fost demonstrată la 10-16% dintre europeni și 10% dintre persoanele de origine spaniolă, iar 56 și, respectiv, 52% dintre indivizii examinați au fost purtători heterozigoți ai acestei gene, i.e. prezenţa variantei 677T (genotipurile C/T sau T/T) a fost observată în 62-72% din cazuri. Rezultate similare au fost găsite în eșantioanele populației europene. Polimorfismul C677T este asociat cu cel puțin patru grupuri de boli multifactoriale: boli cardiovasculare, defecte fetale, adenom colorectal și cancer de sân și ovarian.

Indicații pentru analiză. Niveluri crescute de homocisteină din sânge (hiperhomocisteinemie), boli cardiovasculare (în special, boli coronariene (CHD) și infarct miocardic), ateroscleroză, aterotromboză. Sindromul antifosfolipidic. Chimioterapia cancerului înainte sau în timpul sarcinii. Predispoziția familiei la complicații ale sarcinii care duc la malformații congenitale: defecte ale sistemului nervos fetal, anencefalie, deformări ale scheletului facial (despicătură de palat, despicătură de buză), moarte fetală prenatală. Polipoză intestinală, adenom colorectal din cauza consumului de alcool, cancer rectal. Predispoziția familiei la cancer, prezența mutațiilor genei BRCA. Displazia cervicală, în special în combinație cu infecții cu papilovirus.

Date clinice. Defectele acestei gene duc adesea la diferite boli cu o gamă largă de simptome clinice: întârzieri de dezvoltare mentală și fizică, deces prenatală sau defect fetal, boli cardiovasculare și neurodegenerative, diabet, cancer și altele. Purtătorii de heterozigoți C/T prezintă deficiență de acid folic în timpul sarcinii, ceea ce poate duce la defecte în dezvoltarea tubului neural la făt. Fumatul crește efectul mutației. Purtătorii a două alele T/T (starea homozigotă) au un risc deosebit de mare de a dezvolta reacții adverse atunci când iau medicamente utilizate în chimioterapia cancerului.

Hiperhomocisteinemia (HH) este un factor de risc independent pentru ateroscleroză și aterotromboză (independent de hiperlipidemie, hipertensiune arterială, diabet zaharat etc.). S-a stabilit că 10% din riscul de a dezvolta ateroscleroză coronariană se datorează creșterii nivelului de homocisteină din plasma sanguină. Într-un studiu efectuat pe un grup de pacienți cu HH și un grup de donatori sănătoși, forma homozigotă 677T a fost găsită la 73% dintre pacienții cu HH și doar la 10% dintre donatorii sănătoși. Prezența formei homozigote 677T duce la o creștere de aproape 10 ori a riscului de HH. Pacienții cu HH au avut, de asemenea, niveluri mai scăzute de acid folic și vitamina B12, au consumat mai multă cafea și au fumat mai des decât donatorii sănătoși. Nivelurile normale de homocisteină sunt de 5-15 µmol/l, nivelurile moderat crescute sunt de 15-30 µmol/l. În HH severă, este posibilă o creștere de 40 de ori a nivelurilor de homocisteină. Cercetătorii atribuie cauza formelor severe de HH altor mutații și factori - mutația homozigotă a genei Cb S, cele mai frecvente sunt I278T și G307S, deși frecvența manifestării lor variază foarte mult în diferite țări, mult mai rar cauzele grave. HH sunt genotipul T/T al MTHFR, deficit de metionin sintetază și activitate afectată de metionin sintetază din cauza tulburărilor genetice ale metabolismului vitaminei B12. Corectarea HH poate fi efectuată prin furnizarea de cofactori necesari pentru metabolismul homocisteinei (acid folic, vitaminele B12, B1 și B6 (caracteristicile terapiei cu vitamine HH). La purtătorii genotipului T/T MTHFR, cu aport optim de folat , nivelurile de homocisteină sunt moderat crescute (până la 50%).Deși în HH severă, combinația de 2,5 mg acid folic, 25 mg vitamina B6 și 250 mcg vitamina B12 pe zi este cunoscută pentru a reduce progresia aterosclerozei (măsurată în placă carotidiană), dar dacă terapia de scădere a homocisteinei previne complicațiile vasculare semnificative rămâne de confirmat la persoanele cu HS moderată.

Importanța problemei GG este indicată de faptul că Departamentul de Sănătate al SUA în 1992 a recomandat femeilor care ar putea rămâne însărcinate să ia 400 mcg de acid folic pe zi. Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente cere ca cerealele să fie îmbogățite cu acid folic în concentrații care pot furniza încă 100 mcg pe zi. Cu toate acestea, doza zilnică de acid folic necesară pentru reducerea maximă a nivelurilor de homocisteină este de 400 mcg, ceea ce înseamnă că doze mai mari de suplimente alimentare cu acid folic pot fi justificate.

Patogenia malformațiilor congenitale a tubului neural include, în special, factori genetici și dietetici. Într-un studiu pe 40 de copii din sudul Italiei cu un defect congenital de tub neural și donatori sănătoși, s-a arătat că genotipul 677C în stare homozigotă (C/C) duce la o creștere de două ori a riscului de a dezvolta defecte, în timp ce mutantul homozigotul T/T corespunde unei reduceri de aproape zece ori a riscului. Într-un studiu efectuat pe un eșantion din populația irlandeză (395 de pacienți și 848 de sănătoși), s-a constatat că apariția variantei T a fost crescută la pacienții cu defect congenital de tub neural. Este dificil de spus dacă aceste rezultate contrastante ale studiului se datorează schimbărilor populației sau dacă alți factori de risc nu sunt luați în considerare. Prin urmare, nu este încă posibil să se determine dacă varianta T este un factor protector sau, dimpotrivă, un factor patogen pentru această boală. O creștere a frecvenței genotipului 677T a fost observată nu numai cu toxicoza tardivă (preeclampsie), ci și cu alte complicații ale sarcinii (desprinderea placentară, restricția creșterii fetale, moartea fetală prenatală). Combinația dintre mutația 677T cu alți factori de risc duce la o probabilitate crescută de avort spontan. La examinarea relației dintre mutația 677T și boala cardiovasculară, s-a constatat că mutația homozigotă 677T este mult mai frecventă la pacienții cu boli cardiovasculare decât la donatorii sănătoși. La pacienții tineri cu ischemie arterială, homozigotul T/T este de 1,2 ori mai frecvent.

O analiză statistică a 40 de studii independente (meta-analiză) asupra pacienților cu boală coronariană, care rezumă datele privind 11.162 de pacienți și 12.758 de donatori sănătoși, a arătat o creștere de 1,16 ori a riscului de a dezvolta boală coronariană în prezența unui T/ T homozigot. Gradul scăzut de risc este asociat cu eterogenitatea eșantioanelor populației analizate. Când se studiază eșantioane omogene de populație (studii individuale, mai degrabă decât meta-analize), estimările de risc sunt semnificativ mai mari. Astfel, diferența de frecvență de apariție a homozigoților T/T la pacienți și la donatorii sănătoși a corespuns unei creșteri de 3 ori a riscului de boli cardiovasculare la o vârstă fragedă. Prezența mutației 677T în gena MTHFR la pacienții cu sindrom antifosfolipidic se corelează cu evoluția recurentă a trombozei.

S-a identificat o relație certă, deși complexă, între variantele MTHFR și dezvoltarea stărilor precanceroase și canceroase ale regiunii colorectale. Un studiu a fost realizat pe un grup mare de pacienți cu polipoză de colon. Au fost determinate nivelurile de folat RBC, împreună cu o evaluare a genotipului MTHFR C/T. Rezultatele anterioare au arătat o asociere între nivelurile scăzute de acid folic și riscul de a dezvolta adenomatoză. Analiza multivariată a arătat că fumatul, statutul de acid folic și genotipul MTHFR au fost componente semnificative ale riscului ridicat de adenomatoză. Acest risc sa dovedit a fi foarte mare la indivizii cu niveluri scăzute de acid folic și purtător al alelei 677T în formă homo- sau heterozigotă. Aceste date au arătat o interacțiune puternică între factorii dietetici și genetici în dezvoltarea stărilor precanceroase.

Ipoteze similare au fost făcute de oamenii de știință care au examinat o cohortă mare de pacienți cu cancer de colon și au arătat o relație semnificativă între riscul de a dezvolta cancer, vârsta pacienților, deficitul de folat legat de vârstă și genotipul T/T al MTHFR. Un studiu pe 379 de pacienți cu adenom colorectal și 726 de donatori sănătoși a arătat că purtătorii de sex masculin de genotip T/T care consumau mult alcool au un risc de 3,5 ori mai mare de a dezvolta adenom. Cu toate acestea, unii cercetători cred că fără consumul de alcool ca factor de risc, mutația 677T este un factor de protecție.

Astfel, un studiu asupra pacienților cu cancer colorectal proximal a arătat că prezența unui homozigot T/T la un pacient duce la o reducere de 2,8 ori a riscului de a dezvolta cancer colorectal. Aceste constatări necesită testare în alte populații. Cel mai probabil, semnificația unui MTHFR mutant cu activitate scăzută poate fi considerată agravantă pe fondul celorlalți factori de risc enumerați, deoarece acest defect al genei poate reduce stabilitatea genomului datorită hipometilării ADN-ului. Polimorfismul C677T afectează eficacitatea chimioterapiei pentru cancer. Fluorouracilul este utilizat pe scară largă pentru chimioterapia cancerului colorectal. Probabilitatea unei dinamici pozitive ca răspuns la chimioterapie pentru adenocarcinomul colorectal dacă pacientul avea genotipul 677T a crescut de aproape trei ori. Rezultatele sugerează că genotiparea polimorfismului C677T va permite dezvoltarea unor cursuri de chimioterapie mai eficiente. Cu toate acestea, un studiu pe eșantioane mici (până la 50) de pacienți cu cancer de sân a arătat că, în prezența unui homozigot T/T, riscul de a dezvolta reacții adverse atunci când se utilizează metotrexat (un antimetabolit, a cărui acțiune este asociată cu inhibarea activitatea enzimei MTHFR) crește de zece ori.

Există puține studii ale genotipului MTHFR în cancerele ginecologice. Polimorfismul C677T al genei MTHFR a fost studiat la un grup mare de femei evreiești cu cancer de sân și ovarian, inclusiv forme ereditare asociate cu mutațiile genei BRCA. Cu un fundal genetic atât de nefavorabil, prezența genotipului T/T la pacienți s-a dovedit a fi un factor semnificativ în agravarea bolii. Frecvența genotipului T/T a fost de 2 ori mai mare (33% versus 17%, P = 0,0026) în rândul femeilor cu cancer de sân bilateral și cancer ovarian, comparativ cu grupul principal de paciente. Femeile cu genotipul heterozigot C/T au avut un risc dublu de cancer, iar la pacienții cu genotipul homozigot T/T, riscul a fost de trei ori mai mare decât în ​​grupul de control. În același timp, aportul redus de acid folic alimentar a crescut riscul genetic de până la cinci ori în comparație cu martorii. Autorii au confirmat, de asemenea, faptul că infecția cu HPV (papilloma virus) la pacienți este cel mai important factor de risc pentru dezvoltarea displaziei cervicale. În același timp, se subliniază semnificația deosebită a combinației infecției cu HPV cu varianta T/T a MTHFR.

Polimorfism Arg353Gln (10976 G->A) factor de coagulare VII (F7)

Fiziologie și genetică.În stare activă, factorul VII interacționează cu factorul III, ceea ce duce la activarea factorilor IX și X ai sistemului de coagulare a sângelui, adică factorul VII de coagulare este implicat în formarea unui cheag de sânge. Varianta 353Gln (10976A) duce la o scădere a productivității (expresiei) genei factorului VII și este un factor protector în dezvoltarea trombozei și a infarctului miocardic. Prevalența acestei variante în populațiile europene este de 10-20%.

Indicații pentru analiză. Risc de infarct miocardic și rezultat fatal din cauza infarctului miocardic, nivelul factorului VII de coagulare în sânge, istoric de boli tromboembolice.

Date clinice. Nivelurile ridicate ale factorului VII de coagulare în sânge au fost asociate cu un risc crescut de deces prin infarct miocardic. Datele prezentate cu privire la semnificația clinică a mutației sunt confirmate de studii în alte populații europene. În special, prezența variantei 10976A a fost asociată cu un risc redus de infarct miocardic fatal.

Într-un studiu efectuat pe pacienți cu stenoză coronariană și infarct miocardic, s-a constatat că prezența mutației 10976A duce la o scădere cu 30% a nivelului de factor VII din sânge și la o scădere de 2 ori a riscului de infarct miocardic. , chiar și în prezența unei ateroscleroze coronariene semnificative.

În lotul de pacienți care nu au avut infarct miocardic, s-a observat o incidență crescută a genotipurilor hetero- și homozigote 10976A, G/A și, respectiv, G/G.

Polimorfism - -455 G->A fibrinogen

Fiziologie și genetică. Când vasele de sânge sunt deteriorate, fibrinogenul se transformă în fibrină, componenta principală a cheagurilor de sânge (trombi). Mutația -455A fibrinogen beta (FGB) este însoțită de performanță (expresie) genică crescută, ceea ce duce la creșterea nivelului de fibrinogen în sânge și crește probabilitatea apariției cheagurilor de sânge. Prevalența acestei variante în populațiile europene este de 5-10%.

Indicații pentru analiză. Niveluri crescute de fibrinogen plasmatic, hipertensiune arterială, istoric de boli tromboembolice, accident vascular cerebral.

Date clinice. O tendință crescută de a forma cheaguri de sânge poate duce la tromboză și boli cardiovasculare. Nivelul de fibrinogen din sânge este determinat de o serie de factori, inclusiv medicamente, fumat, consumul de alcool și greutatea corporală. Cu toate acestea, ambele genotipuri G și A corespund unei diferențe vizibile în nivelurile de fibrinogen din sânge (10-30% conform diferitelor studii).

Într-un studiu efectuat pe un grup de donatori sănătoși, s-a constatat că mutația -455A duce la creșterea nivelului de fibrinogen în sânge. Studiul la scară largă EUROSTROKE a constatat că riscul de accident vascular cerebral (ischemic sau hemoragic) crește de 2-3 ori odată cu creșterea nivelului de fibrinogen din sânge. Riscul crește și mai mult odată cu creșterea tensiunii arteriale sistolice (>160 mmHg). Aceste date sunt confirmate de studiile asupra populațiilor non-europene.

În cazul hipertensiunii arteriale, prezența genotipului -455A crește riscul de accident vascular cerebral ischemic.

Pacienții cu AVC cu genotipul -455A se caracterizează prin leziuni multifocale: pot avea trei sau mai multe infarcte vasculare cerebrale lacunare, în medie, riscul de accident vascular cerebral crește de 2,6 ori.

Cu tensiune arterială crescută la pacienții cu mutație, riscul de accident vascular cerebral multifocal crește de peste 4 ori (Finlanda).

Polimorfism - IIeMet (66 a-g) Mutația metionin sintetazei reductazei

Fiziologie și genetică. Gena MTRR codifică enzima metionin sintază reductază (MSR), care este implicată într-un număr mare de reacții biochimice asociate cu transferul grupării metil. Una dintre funcțiile MCP este conversia inversă a homocisteinei în metionină. Vitamina B12 (cobalamina) participă ca cofactor în această reacție.

Polimorfismul I22M A->G este asociat cu o substituție de aminoacizi în molecula de enzimă MCP. Ca urmare a acestei înlocuiri, activitatea funcțională a enzimei scade, ceea ce duce la un risc crescut de tulburări de dezvoltare fetală - defecte ale tubului neural. Efectul polimorfismului este agravat de deficitul de vitamina B12. Când polimorfismul I22M A->G din gena MTRR este combinat cu polimorfismul 677C->T din gena MTHFR, riscul crește.

Polimorfismul I22M A->G din gena MTRR sporește și hiperhomocisteinemia cauzată de polimorfismul 677C->T din gena MTHFR. Polimorfismul A66G (Ile22Met) în gena MTRR atât în ​​variantele heterozigote (AG) cât și în cele homozigote (GG) crește semnificativ concentrațiile de homocisteină numai atunci când este combinat cu genotipul MTHFR 677TT.

Polimorfismul MTRR 66 A-G crește riscul de a avea un copil cu sindrom Down de 2,57 ori. Combinația de polimorfisme în genele MTHFR și MTRR crește acest risc la 4,08%.

Polimorfism - 675 5G/4G mutația 1 a inhibitorului activatorului de plasminogen (PAI)

Fiziologie și genetică. Această proteină (cunoscută și ca SERPINE1 și PAI-1) este una dintre componentele principale ale sistemului trombolitic plasminogen-plasmină. PAI-1 inhibă activatorii plasminogenului de țesut și urokinaze. În consecință, PAI-1 joacă un rol important în determinarea susceptibilității la bolile cardiovasculare. Varianta homozigotă 4G a polimorfismului -675 4G/5G este un factor de risc pentru dezvoltarea trombozei și a infarctului miocardic. Prevalența formei homozigote a acestei variante la populațiile caucaziene este de 5-8%. Gena PAI-1 diferă de toate genele umane cunoscute în răspunsul său maxim la stres. Asocierea alelei mutante 4G cu un risc crescut de TVP a fost analizată în multe studii, dar rezultatele lor sunt inconsistente.

Potrivit cercetătorilor ruși (Sankt Petersburg), riscul de a dezvolta tromboză cerebrală a crescut de 6 ori la persoanele cu antecedente familiale de boli cardiovasculare în prezența alelei 4G. S-a demonstrat o asociere a purtării polimorfismului 4G cu avortul spontan recurent.

Aspecte clinice. Varianta 4G are ca rezultat creșterea expresiei genelor și, prin urmare, niveluri crescute de PAI-1 în sânge. În consecință, sistemul trombolitic este inhibat și riscul de tromboză crește.

Într-un studiu pe eșantioane mari de populație (357 de pacienți și 281 de donatori sănătoși), s-a constatat că varianta 4G/4G crește riscul de tromboză în medie de 1,7 ori. Riscul crescut a fost mult mai mare pentru subgrupele de pacienți cu tromboză venoasă portă și tromboză viscerală. Cu toate acestea, nu au fost găsite corelații semnificative statistic pentru subgrupele de pacienți cu tromboză venoasă profundă, tromboză cerebrală sau retiniană. Varianta 4G a fost asociată cu un risc crescut de infarct miocardic. În prezența variantei 4G în PAI-1 și L33P în gena ITGB3, riscul mediu de a dezvolta infarct miocardic a crescut de 4,5 ori; la bărbați, riscul a crescut de 6 ori în prezența acestor două variante.

Un studiu pe 1179 de donatori sănătoși și rudele lor apropiate a arătat că varianta 4G este asociată cu un istoric familial de boală coronariană și/sau cardiacă. În acest studiu al unui eșantion mare de populație, creșterea medie a riscului în prezența homozigoților a fost de 1,6 ori. Variantele polimorfismului 4G/5G se corelează deosebit de puternic cu nivelurile medii ale PAI-1 în sânge în prezența obezității. S-a sugerat că efectul variantei 4G este legat de obezitatea centrală, mai degrabă decât periferică. Deoarece pacienții cu obezitate centrală prezintă un risc deosebit de a dezvolta boli cardiovasculare, efectul polimorfismelor asupra nivelurilor sanguine de PAI-1 poate duce la o creștere suplimentară a riscului.

Indicații pentru analiză polimorfism. Tromboză de venă portă, tromboză viscerală, infarct miocardic, antecedente familiale de infarct miocardic, boală coronariană/inimă, nivel sanguin PAI-1, obezitate.

Diversitatea genetică sau polimorfismul genetic este diversitatea populațiilor în funcție de trăsături sau markeri de natură genetică. Unul dintre tipurile de biodiversitate. Diversitatea genetică este o componentă importantă a caracteristicilor genetice ale unei populații, grup de populații sau specii. Diversitatea genetică, în funcție de alegerea markerilor genetici luați în considerare, este caracterizată de mai mulți parametri măsurabili:

1. Heterozigositate medie.

2. Numărul de alele per locus.

3. Distanța genetică (pentru a evalua diversitatea genetică a interpopulațiilor).

Polimorfismul are loc:

Cromozomiale;

Tranziție;

Echilibrat.

Polimorfismul genetic apare atunci când o genă este reprezentată de mai multe alele. Un exemplu sunt sistemele grupelor de sânge.

Polimorfismul cromozomal - există diferențe între indivizi pe cromozomi individuali. Acesta este rezultatul aberațiilor cromozomiale. Există diferențe în regiunile heterocromatice. Dacă modificările nu au consecințe patologice - polimorfism cromozomial, natura mutațiilor este neutră.

Polimorfismul tranzițional este înlocuirea unei alele vechi dintr-o populație cu una nouă, care este mai utilă în condiții date. Oamenii au o genă a haptoglobinei - Hp1f, Hp 2fs. Vechea alela este Hp1f, noua alela este Hp2fs. HP formează un complex cu hemoglobina și provoacă aderența globulelor roșii în faza acută a bolilor.

Polimorfismul echilibrat apare atunci când niciunul dintre genotipuri nu primește un avantaj, iar selecția naturală favorizează diversitatea.

Toate formele de polimorfism sunt foarte răspândite în natură în populațiile tuturor organismelor. În populațiile de organisme care se reproduc sexual, există întotdeauna polimorfism.

Animalele nevertebrate sunt mai polimorfe decât vertebratele. Cu cât o populație este mai polimorfă, cu atât este mai plastică din punct de vedere evolutiv. Într-o populație, bazine mari de alele nu au fitness maxim într-o locație dată la un moment dat. Aceste rezerve apar în cantități mici și în stare heterozigotă. După schimbări în condițiile de viață, ele pot deveni utile și pot începe să se acumuleze - polimorfism tranzițional. Rezervele genetice mari ajută populațiile să răspundă la mediul lor. Unul dintre mecanismele care mențin diversitatea este superioritatea heterozigoților. Cu dominanță completă, nu există nicio manifestare; cu dominanță incompletă se observă heteroza. Într-o populație, selecția menține o structură heterozigotă instabilă genetic și o astfel de populație conține 3 tipuri de indivizi (AA, Aa, aa). Ca urmare a selecției naturale, apare moartea genetică, reducând potențialul de reproducere al populației. Populația scade. Prin urmare, moartea genetică este o povară pentru populație. Se mai numește și încărcătură genetică.

Încărcătura genetică face parte din variabilitatea ereditară a unei populații, care determină apariția unor indivizi mai puțin apți care sunt supuși morții selective ca urmare a selecției naturale.

Există 3 tipuri de încărcătură genetică.

1. Mutație.

2. Segregarea.

3. Substituțional.

Fiecare tip de încărcătură genetică se corelează cu un anumit tip de selecție naturală.

Încărcarea genetică a mutației este un efect secundar al procesului de mutație. Stabilizarea selecției naturale îndepărtează mutațiile dăunătoare dintr-o populație.

Încărcătura genetică de segregare este caracteristică populațiilor care profită de heterozigoți. Indivizii homozigoți mai puțin adaptați sunt îndepărtați. Dacă ambii homozigoți sunt letali, jumătate din urmași mor.

Încărcătura genetică substituțională - vechea alela este înlocuită cu una nouă. Corespunde formei conducătoare a selecției naturale și polimorfismului tranzițional.

polimorfismul genetic creează toate condițiile pentru evoluția continuă. Când un nou factor apare în mediu, populația este capabilă să se adapteze la noile condiții. De exemplu, rezistența insectelor la diferite tipuri de insecticide.

Variabilitatea genetică limitată la o singură specie (Homo sapiens în cazul nostru) se numește polimorfism genetic (GP).

Genomul tuturor oamenilor, cu excepția gemenilor identici, este diferit.

Diferențele pronunțate populaționale, etnice și, cel mai important, individuale ale genomilor, atât în ​​partea lor semantică (exoni), cât și în secvențele lor necodante (spații intergenice, introni etc.) sunt cauzate de diferite mutații care duc la HP. Acesta din urmă este de obicei definit ca o trăsătură mendeliană care apare într-o populație în cel puțin 2 variante cu o frecvență de cel puțin 1% pentru fiecare. Studiul GP este sarcina principală a programului în creștere rapidă „Diversitatea genetică umană” (vezi Tabelul 1.1).

GP poate fi calitativ, atunci când au loc substituții de nucleotide, sau cantitativ, când numărul de repetări de nucleotide de lungimi diferite variază în ADN. Ambele tipuri de GP se găsesc atât în ​​sensul (codificarea proteinelor) cât și în secvențele extragenice ale moleculei de ADN.

GP de înaltă calitate este reprezentat predominant de substituții cu o singură nucleotidă, așa-numitul polimorfism de un singur nucleotide (SNP). Acesta este cel mai frecvent medic de familie. Deja primul studiu comparativ al genomului la reprezentanți ai diferitelor rase și grupuri etnice a arătat nu numai relația genetică profundă a tuturor oamenilor (asemănarea genomică - 99,9%), dar a făcut posibilă obținerea de informații valoroase despre originea omului, rutele. a aşezării sale pe planetă şi căile etnogenezei. Rezolvarea multor probleme de genogeografie, origini umane, evoluția genomului în filogeneză și etnogeneză - aceasta este gama de probleme fundamentale cu care se confruntă acest domeniu în dezvoltare rapidă.

GP cantitativ este reprezentat de variațiile numărului de repetări în tandem (STR - Short Tandem Repeats) sub formă de 1-2 nucleotide (ADN microsatelit) sau 3-4 sau mai multe nucleotide per unitate de miez (repetă). Acesta este așa-numitul ADN minisatelit. În cele din urmă, repetițiile ADN pot avea o lungime mare și o structură internă variabilă în compoziția nucleotidelor - așa-numita VNTR (Variable Number Tandem Repeats).

De regulă, GP cantitativ se referă la regiuni non-sens non-coding (coding) ale genomului. Singurele excepții sunt repetele trinucleotide. Cel mai adesea acesta este CAG (citozină-adenină-guanină) - un triplet care codifică acidul glutamic. Ele pot apărea și în secvențele de codificare ale unui număr de gene structurale. În special, astfel de GP sunt caracteristice genelor „boală de expansiune” (vezi capitolul 3). În aceste cazuri, la atingerea unui anumit număr de copii ale trinucleotidei (polinucleotide) repetate, GP-urile încetează să fie neutre din punct de vedere funcțional și se manifestă ca un tip special de așa-numitele „mutații dinamice”. Acestea din urmă sunt caracteristice în special unui grup mare de boli neurodegenerative (corea Huntington, boala Kennedy, ataxie spinocerebeloasă etc.). Trăsăturile clinice caracteristice unor astfel de boli sunt: ​​manifestarea tardivă, efectul de anticipare (creșterea severității bolii în generațiile ulterioare), lipsa metodelor de tratament eficiente (vezi capitolul 3).

Toți oamenii care locuiesc astăzi pe planeta noastră sunt cu adevărat frați și surori genetic. Mai mult, variabilitatea interindividuală, chiar și la secvențierea genelor reprezentanților raselor alb, galben și negre, nu a depășit 0,1% și se datorează în principal substituțiilor de un singur nucleotide, SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Astfel de substituții sunt foarte numeroase și apar la fiecare 250-400 pb. Numărul lor total în genom este estimat la 10-13 milioane (Tabelul 1.2). Se presupune că aproximativ jumătate din toate SNP-urile (5 milioane) sunt localizate în sensul (exprimat) parte a genomului. Aceste substituții se dovedesc a fi deosebit de importante pentru diagnosticul molecular al bolilor ereditare. Ele joacă un rol major în GP uman.

Astăzi este bine cunoscut faptul că polimorfismul este caracteristic aproape tuturor genelor umane. Mai mult, s-a stabilit că are un pronunțat specific etnic și populațional. Această caracteristică permite utilizarea pe scară largă a markerilor de gene polimorfe în studiile etnice și populaționale. Polimorfismul care afectează părțile semantice ale genelor duce adesea la înlocuirea aminoacizilor și la apariția proteinelor cu noi proprietăți funcționale. Substituțiile sau repetarea nucleotidelor în regiunile reglatoare (promotoare) ale genelor pot avea un impact semnificativ asupra activității de expresie a genelor. Modificările genetice polimorfe moștenite joacă un rol decisiv în determinarea profilului biochimic unic al fiecărei persoane, în aprecierea predispoziției sale ereditare la diferite boli comune multifactoriale (multifactoriale). Studiul aspectelor medicale ale HP constituie baza conceptuală și metodologică a medicinei predictive (vezi 1.2.5).

După cum au arătat studiile în ultimii ani, substituțiile unice de nucleotide (SNP) și repetele scurte de mono-, di- și trinucleotide sunt cele dominante, dar în niciun caz singurele variante de polimorfism din genomul uman. S-a raportat recent că aproximativ 12% din toate genele umane sunt prezente în mai mult de două copii. Prin urmare, este posibil ca diferențele reale dintre genomurile diferitelor persoane să depășească semnificativ 0,1% postulat anterior. Pe baza acestui fapt, se crede în prezent că proximitatea genomurilor neînrudite nu este de 99,9%, așa cum se credea anterior, ci aproximativ egală cu aproximativ 99 0%. Deosebit de surprinzător a fost faptul că nu numai numărul de copii ale genelor individuale, ci chiar și fragmente întregi de cromozomi cu dimensiuni de 0,65-1,3 Megabaze (1 Mgb = 106 bp) pot varia în genom. În ultimii ani, folosind metoda hibridizării genomice comparative pe cipuri care conțin sonde ADN corespunzătoare întregului genom uman, s-au obținut date uimitoare care demonstrează polimorfismul genomului individual în fragmente de ADN mari (5-20 Mgb). Acest polimorfism se numește Copy Number Variation; contribuția sa la patologia umană este în prezent studiată activ.

Conform datelor moderne, polimorfismul cantitativ în genomul uman este mult mai răspândit decât se credea anterior; Principala variantă calitativă a polimorfismului este substituțiile unice de nucleotide - SNP.

1.2.З.1. Proiectul internațional „Genom haploid” (HapMar)

Un rol decisiv în studiul polimorfismului genomic revine proiectului internațional pentru studiul genomului haploid uman - „Haploid Map” - HapMap.

Proiectul a fost lansat la inițiativa Institutului de Cercetare a Genomului Uman (SUA) în 2002. Proiectul a fost implementat de 200 de cercetători din 6 țări (SUA, Marea Britanie, Canada, Japonia, China, Nigeria), care au format Consorțiul Științific. Scopul proiectului este de a obține o hartă genetică a următoarei generații, care ar trebui să se bazeze pe distribuția substituțiilor unice de nucleotide (SNP) în setul haploid al tuturor celor 23 de cromozomi umani.

Esența proiectului este că atunci când se analizează distribuția SNP-urilor (SNP) deja cunoscute la indivizi de mai multe generații, SNP-urile învecinate sau situate aproape în ADN-ul unui cromozom sunt moștenite în blocuri. Un astfel de bloc SNP este un haplotip - un set alelic de mai multe loci situate pe același cromozom (de unde și numele proiectului HapMar). În acest caz, fiecare dintre SNP-urile mapate acționează ca un marker molecular independent. Cu toate acestea, pentru a crea o hartă a SNP-urilor la nivelul genomului, este important ca legătura genetică dintre două SNP-uri vecine să fie foarte fiabilă. Pe baza legăturii unor astfel de markeri SNP cu trăsătura studiată (boală, simptom), sunt determinate cele mai probabile locuri de localizare ale genelor candidate, ale căror mutații (polimorfism) sunt asociate cu o anumită boală multifactorială. De obicei, mai multe SNP care sunt strâns legate de o trăsătură mendeliană deja cunoscută sunt selectate pentru cartografiere. Astfel de SNP-uri bine caracterizate cu o frecvență de alele rare de cel puțin 5% sunt numite SNP-uri marker (tagSNPs). Este de așteptat ca, în cele din urmă, din cele aproximativ 10 milioane de SNP prezente în genomul fiecărei persoane, doar aproximativ 500.000 de tagSNP vor fi selectate în timpul proiectului.

Dar acest număr este suficient pentru a acoperi întregul genom uman cu harta OZ. Desigur, saturarea treptată a genomului cu astfel de markeri moleculari punctiali, convenabil pentru analiza la nivel de genom, deschide perspective mari pentru cartografierea multor gene încă necunoscute, ale căror variante alelice sunt asociate (legate) cu diferite boli grave.

Prima etapă a proiectului NarMar, în valoare de 138 de milioane de dolari, a fost finalizată în octombrie 2005. Peste un milion de BNT (1.007.329) au fost genotipizate la 270 de reprezentanți ai 4 populații (90 de europeni americani, 90 de nigerieni, 45 de chinezi și 45 de japonezi). Rezultatul lucrării a fost o hartă SNP haploidă care conține informații despre distribuția și frecvențele SNP-urilor marker în populațiile studiate.

Ca urmare a celei de-a doua etape a proiectului HapMap, care s-a încheiat în decembrie 2006, același eșantion de indivizi (269 de persoane) a fost genotipizat pentru încă 4.600.000 de SNP. Până în prezent, harta genetică de generație următoare (NaM) conține deja informații despre mai mult de 5,5 milioane de BNT. În versiunea sa finală, care, având în vedere viteza din ce în ce mai mare a cartografierii SNP, va deveni disponibilă în viitorul apropiat, vor exista informații despre 9.000.000 de SNP-uri ale setului haploid. Datorită HapMar, care include nu numai SNP-uri ale genelor deja cartografiate cu fenotipuri cunoscute, ci și SNP-uri ale genelor încă neidentificate, oamenii de știință au în mâinile lor un navigator universal puternic necesar pentru o analiză aprofundată a genomului fiecărui individ, pt. cartografierea rapidă și eficientă a genelor ale căror variante alelice predispun la diferite boli multifactoriale, pentru a efectua studii la scară largă privind genetica populației umane, farmacogenetica și medicina individuală.

Potrivit lui Francis Collins, director al Institutului Național de Cercetare a Genomului Uman (SUA): „Deja, când discutam despre Programul Genomului Uman în urmă cu 20 de ani, am visat la o perioadă în care abordarea genomică va deveni un instrument de diagnosticare, tratare și prevenire a comunelor severe. bolile care afectează persoanele bolnave copleșesc spitalele, clinicile și cabinetele noastre medicale. Succes

Proiectul NarMar ne permite să facem astăzi un pas serios spre acest vis” (http://www.the-scientist.com/2006/2/1/46/1/).

Într-adevăr, folosind tehnica HapMar, a fost posibilă cartografierea rapidă a genei responsabile de degenerescenta maculară, identificarea genei principale și a mai multor markeri genetici ai bolilor de inimă, identificarea regiunilor cromozomiale și găsirea genelor asociate cu osteoporoza, astmul bronșic, tipul 1 și tipul 2. diabet zaharat, precum și cu cancer de prostată. Folosind tehnologia HapMar, este posibil nu numai să se efectueze screening-ul la nivelul întregului genom, ci și să se studieze părți individuale ale genomului (fragmente de cromozomi) și chiar gene candidate. Combinația dintre tehnologia Nar-Mar cu capacitățile cipurilor ADN de hibridizare de înaltă rezoluție și un program special de calculator a făcut disponibil screening-ul asocierii la nivelul întregului genom și a făcut o adevărată revoluție în medicina predictivă în ceea ce privește identificarea eficientă a genelor de susceptibilitate la diferite MD (vezi Capitolele 8 și 9).

Având în vedere că polimorfismul genetic nu se limitează în niciun caz la TOC, iar variațiile moleculare ale genomului sunt mult mai diverse, oamenii de știință și editorii revistei științifice Human Mutation Richard Cotton (Australia) și Haig Kazazian (SUA) au inițiat Proiectul Human Variom, al cărui scop este crearea unei bănci universale de date, care să includă informații nu numai despre mutațiile care duc la diferite boli monogenice, ci și despre polimorfismele care predispun la boli multifactoriale - http://www.humanvariomeproject.org/index.php?p = News . Având în vedere granițele destul de convenționale dintre „polimorfism” și „mutații”, crearea unei astfel de biblioteci universale de variații ale genomului poate fi doar salutată.

Din păcate, trebuie să recunoaștem că, dacă în cazul proiectului Genom uman din Rusia s-au făcut încă unele încercări de a participa la cercetări comune, atunci în implementarea proiectului internațional NarMar, oamenii de știință autohtoni practic nu au fost implicați. În consecință, utilizarea tehnologiei de screening SNP la nivelul genomului în Rusia în absența hardware-ului și software-ului necesar este foarte problematică.Între timp, ținând cont de caracteristicile populației ale polimorfismului genetic, introducerea tehnologiei GWAS în Rusia este absolut necesară (a se vedea capitolul 9). ).

Cu regret profund, trebuie să afirmăm că decalajul colosal deja existent între știința autohtonă și cea avansată a lumii în domeniul studierii genomului uman va crește rapid doar după finalizarea programului NarMar.

1.2.З.2. Noi proiecte pentru a studia genomul uman

Proiectul NarMar este departe de a fi singurul, deși este cel mai avansat în cercetarea organizării structurale și funcționale a genomului uman din vremea noastră. Un alt proiect internațional este ENCODE „Encyclopedia of DNA Elements”, inițiat de Institutul Național de Cercetare a Genomului Uman (NIHGR). Scopul său este de a identifica și de a mapa cu exactitate toate genele de sinteză a proteinelor și elementele semnificative funcțional ale genomului uman. Ca studiu pilot, proiectul intenționează să secvențeze în mod repetat și să studieze în detaliu un fragment de genom care măsoară până la 1% din lungimea totală a ADN-ului. Candidatul cel mai probabil este o regiune genomică de aproximativ 30 de megabaze (milioane bp) în brațul scurt al cromozomului 6. Acolo este locusul HLA, care este foarte complex din punct de vedere structural și funcțional și este responsabil pentru sinteza antigenelor de histocompatibilitate. , este localizat. Se planifică secvenționarea regiunii HLA la 100 de pacienți cu boli autoimune (lupus eritematos sistemic, diabet de tip 1, scleroză multiplă, astm bronșic etc.) și la 100 de donatori sănătoși somatic pentru a înțelege natura moleculară a caracteristicilor genelor la acestea. patologii. Într-un mod similar, este de așteptat să se identifice gene candidate în loci care prezintă o asociere non-aleatorie cu boli severe frecvente de natură multifactorială. Rezultatele proiectului ENCODE au fost deja parțial publicate, cu toate acestea, locusul HLA nu este inclus în acesta.

Un alt proiect – NIHGR „Chemical Genomics” – își propune să creeze o bibliotecă accesibilă publicului de substanțe chimice, în principal compuși organici, convenabilă pentru studierea principalelor căi metabolice ale organismului, interacționând direct cu genomul și promițătoare pentru crearea de noi medicamente.

Proiectul Genome to Life se concentrează pe caracteristicile metabolice și organizarea genomurilor organismelor unicelulare care sunt patogene pentru oameni. Se presupune că rezultatul implementării sale va fi modele computerizate de reacție a microbilor la influențele externe. Cercetările se vor concentra pe patru domenii principale: proteinele bacteriene, mecanismele de reglare a funcției genelor, asocierile microbiene (simbioză), interacțiunea cu corpul uman (www.genomestolife.org).

În cele din urmă, principala organizație pentru finanțarea proiectelor științifice din Marea Britanie, Wellcome Trust, a creat Structural Genomic Consortium. Scopul său este de a utiliza datele din studiul genomului uman pentru a crește eficiența căutării și sintezei de noi medicamente vizate.

Proiectul genomului de mediu, care este dezvoltat în SUA și Europa de Vest, este, de asemenea, direct legat de medicina predictivă și farmacogenetică. Câteva detalii ale acestui proiect vor fi discutate în capitolul următor.