Genetický polymorfizmus: čo to je? Polymorfizmus - čo to je? Genetický polymorfizmus.
) dve alebo viac rôznych dedičných foriem, ktoré sú v dynamickej rovnováhe počas niekoľkých alebo dokonca mnohých generácií. Najčastejšie je genetická selekcia determinovaná buď meniacimi sa tlakmi a vektormi (smerom) selekcie za rôznych podmienok (napríklad v rôznych ročných obdobiach), alebo zvýšenou relatívnou životaschopnosťou heterozygotov (pozri Heterozygot). Jeden z typov genetickej diverzity – vyvážená genetická diverzita – sa vyznačuje konštantným optimálnym pomerom polymorfných foriem, odchýlenie od ktorého sa ukáže ako nepriaznivé pre daný druh a je automaticky regulované (stanoví sa optimálny pomer foriem). Väčšina génov je v stave vyváženej produkcie génov u ľudí a zvierat. Existuje niekoľko foriem genetickej diverzity, ktorých analýza umožňuje určiť účinok selekcie v prirodzených populáciách.
Lit.: Timofeev-Resovsky N.V., Svirezhev Yu.M., O genetickom polymorfizme v populáciách, „Genetika“, 1967, č. 10.
Veľká sovietska encyklopédia. - M.: Sovietska encyklopédia. 1969-1978 .
Pozrite sa, čo je „Genetický polymorfizmus“ v iných slovníkoch:
genetický polymorfizmus- Dlhodobá existencia v populácii dvoch alebo viacerých genotypov, ktorých frekvencie spoľahlivo prevyšujú pravdepodobnosť výskytu zodpovedajúcich opakovaných mutácií. [Arefyev V.A., Lisovenko L.A. Anglicko-ruský vysvetľujúci slovník genetických pojmov... ... Technická príručka prekladateľa
Genetický polymorfizmus genetický polymorfizmus. Dlhodobá existencia v populácii dvoch alebo viacerých genotypov, ktorých frekvencia výrazne prevyšuje pravdepodobnosť výskytu zodpovedajúcich opakovaných mutácií. (Zdroj: „Anglo-ruský inteligentný... ...
genetický polymorfizmus- genetinis polimorfizmas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Genetiškai skirtingų dviejų ar daugiau vienos rūšies formų egzistavimas populiacijoje, kurio negalima laikyti pasikartojančimis mutacijojančimis mutaci. atitikmenys: angl. genetické... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
genetický polymorfizmus- genetinis polimorfizmas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Ilgalaikis buvimas populiacijoje dviejų ar daugiau genotipų, kurių dažnumas labai viršija pasikartojančių mutacijų radimosi tikimybę. atitikmenys: angl. genetický polymorfizmus rus... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas
Genetický polymorfizmus- dlhodobá existencia v populácii dvoch alebo viacerých genotypov, ktorých frekvencie spoľahlivo prevyšujú pravdepodobnosť výskytu zodpovedajúcich opakovaných mutácií... Slovník psychogenetiky
Polymorfizmus v biológii, prítomnosť v rámci jedného druhu jedincov, ktorí sa výrazne líšia vzhľadom a nemajú prechodné formy. Ak existujú dve takéto formy, jav sa nazýva dimorfizmus (špeciálnym prípadom je sexuálny dimorfizmus). P. zahŕňa rozdiely vo vzhľade......
I Polymorfizmus (z gr. polymorphos rozmanitý) vo fyzike, mineralógii, chémii, schopnosť niektorých látok existovať v skupenstvách s rôznymi atómovými kryštálovými štruktúrami. Každý z týchto stavov (termodynamické fázy),... ... Veľká sovietska encyklopédia
Polymorfizmus jedinečného deja, angl. jedinečný polymorfizmus/UEP v DNA genealógii znamená genetický marker zodpovedajúci jednej extrémne zriedkavej mutácii. Predpokladá sa, že všetci nositelia takejto mutácie ju zdedia z... ... Wikipédie
Nespojitá variácia v homológnych alelách rovnakého génového lokusu, na ktorých je založená stabilita populácie. Citlivosť organizmov na rôzne faktory prostredia je diferencovaná, genotypovo determinovaná,... ... Ekologický slovník
Polymorfizmus polymorfizmus. Existencia geneticky odlišných jedincov v krížiacej sa skupine (populácii); P. môže mať negenetickú (modifikujúcu) povahu, napríklad v závislosti od hustoty obyvateľstva (pozri.
Býva zvykom nazývať gény polymorfnými, ak sú v populácii zastúpené viacerými varietami – alelami, čo určuje diverzitu znakov v rámci druhu.
Genetický polymorfizmus (grécky) genetikos- týkajúci sa narodenia, pôvodu; grécky postupy- veľa a morfe - typ, forma, obraz) - rôznorodosť alelových frekvencií homozygotov. Rozdiely medzi alelami toho istého génu zvyčajne zahŕňajú menšie variácie v jeho „genetickom“ kóde. Veľký podiel genetického polymorfizmu tvoria substitúcie jedného nukleotidu za druhý a zmeny v počte opakujúcich sa fragmentov DNA, ktoré sa vyskytujú vo všetkých štruktúrnych prvkoch genómu: exónoch, intrónoch, regulačných oblastiach a pod.. Škála genetického polymorfizmu v r. ľudí je taká, že medzi sekvenciami DNA Medzi dvoma ľuďmi sú milióny rozdielov, pokiaľ nie sú identické dvojčatá. Tieto rozdiely spadajú do štyroch hlavných kategórií:
a) fenotypicky neexprimované (napríklad polymorfné rezy DNA používané na osobnú identifikáciu pomocou molekulárno-genetických metód);
b) spôsobenie fenotypových rozdielov (napríklad vo farbe alebo výške vlasov), ale nie predispozíciu k ochoreniu;
c) hranie určitej úlohy v patogenéze choroby (napríklad pri polygénnych chorobách);
d) hrá hlavnú úlohu pri vzniku ochorenia (napríklad pri monogénnych ochoreniach).
Hoci väčšina známych polymorfizmov sa prejavuje buď substitúciami jedného nukleotidu alebo zmenami v počte opakujúcich sa fragmentov DNA, napriek tomu sú variácie ovplyvňujúce kódujúce fragmenty génov a ovplyvňujúce sekvenciu aminokyselín ich produktov relatívne zriedkavé a nesúvisia s konkrétne analyzovaný problém. V prvom rade sú dôležité možné dôsledky polymorfizmu nitrónov a 5"-koncových nekódujúcich sekvencií. Analýza tohto javu do značnej miery závisí od toho, ako variabilné sú vnútorné funkcie proteínu kódovaného rôznymi alelami, čo platí aj pre enzýmy tvorby a metabolizmu steroidných hormónov, o ktorých bude nasledovať ďalšia diskusia.
Lokus sa považuje za polymorfný, ak v populácii existujú dve alebo viac alel tohto lokusu. Ak však jedna z alel má veľmi vysokú frekvenciu, povedzme 0,99 alebo viac, potom je vysoká pravdepodobnosť, že vo vzorke odobratej z populácie nebude prítomná žiadna iná alela, pokiaľ vzorka nebude veľmi veľká. Lokus je teda všeobecne definovaný ako polymorfný, ak je frekvencia najbežnejšej alely menšia ako 0,99. Toto rozdelenie je veľmi podmienené a ďalšie kritériá polymorfizmu možno nájsť v literatúre.
Jedným z najjednoduchších spôsobov merania stupňa polymorfizmu v populácii je vypočítať priemerný pomer polymorfných lokusov a vydeliť ich celkový počet celkovým počtom lokusov vo vzorke. Samozrejme, takéto opatrenie do značnej miery závisí od počtu skúmaných jedincov. Presnejším meradlom genetickej variability v rámci populácie je PRIEMERNÁ OČAKÁVANÁ HETEROSYGOZITA alebo GÉNOVÁ DIVERZITA. Táto hodnota môže byť odvodená priamo z génových frekvencií a je oveľa menej citlivá na účinky spôsobené chybou vzorkovania. Génová diverzita v tomto lokuse je určená nasledovne:
M h = 1 - SUM x i * i=1 kde SUM je súčet, x i je frekvencia alely i a m je celkový počet alel daného lokusu.
Pre akýkoľvek lokus je h pravdepodobnosť, že dve alely náhodne vybrané v populácii sa budú navzájom líšiť. Priemer všetkých h pre každý študovaný lokus, H, možno použiť ako odhad množstva genetických variácií v rámci populácie.
Stupne genetickej diverzity h a H sa široko používajú pre údaje získané z elektroforetických a reštrikčných enzýmových analýz. Avšak nemusia byť vždy vhodné pre údaje získané zo štúdií sekvencií DNA, pretože stupeň diverzity na úrovni DNA je extrémne vysoký. Najmä keď sa berú do úvahy dlhé sekvencie, je pravdepodobné, že každá sa bude líšiť od iných sekvencií v jednom alebo viacerých nukleotidoch. Potom h aj H budú blízko 1, a preto sa nebudú líšiť medzi lokusmi alebo populáciami, takže nie sú informatívne.
Pri práci s DNA je vhodnejšou mierou polymorfizmu v populácii priemerný počet nukleotidových substitúcií na pozíciu medzi dvoma náhodne vybranými sekvenciami. Tento odhad sa nazýva nukleotidová diverzita (Nei M., Li W.-H., 1979) a označuje sa p:
P = SUM (x * x * p) i,j i j ij kde x i a x j sú frekvencie sekvencií i-tého a j-tého typu a p ij je podiel nukleotidových rozdielov medzi i-tým a j - typy sekvencií.
V súčasnosti existuje niekoľko prác o štúdiu nukleotidovej diverzity na úrovni sekvencií DNA. Jedna taká práca bola vykonaná pre lokus kódujúci alkoholdehydrogenázu D. melanogaster (Adh) (Nei M., 1987).
Študovalo sa 11 sekvencií s dĺžkou 2 379 nukleotidov. Ignorovaním delécií a inzercií bolo identifikovaných deväť rôznych alel, z ktorých jedna bola reprezentovaná tromi a zvyšných osem jednou sekvenciou. Frekvencie x 1 - x 8 sa teda rovnali 1/11 a x 9 = 3/11. Štyridsaťtri pozícií bolo polymorfných. Najprv boli vypočítané pomery nukleotidových rozdielov pre každý pár sekvencií a uvedené v tabuľke:
Napríklad alely 1-S a 2-S sa líšili v troch polohách z 2,379, preto n 12 = 0,13 %. Ukázalo sa, že hodnota n získaná pomocou vzorca 3.20 sa rovná 0,007.
Genetický polymorfizmus a dedičné choroby.
V roku 1902 Garrod navrhol, že metabolické poruchy, ako je alkaptonúria, sú extrémnym vyjadrením chemickej individuality organizmu. Skutočná šírka genetickej diverzity sa prvýkrát ukázala, keď elektroforéza bunkových extraktov (bez predchádzajúcej enzýmovej purifikácie) preukázala existenciu viacerých štruktúrnych izoforiem pre mnohé proteíny. Prítomnosť izoforiem je spôsobená existenciou viacerých génových variantov (alel) tohto proteínu v populácii. Alely majú identickú lokalizáciu na homológnych chromozómoch.
Väčšinu génov v každom organizme predstavujú dve alely, jedna zdedená od otca a druhá od matky. Ak sú obe alely identické, potom sa organizmus považuje za homozygotný, ak je odlišný - za heterozygotný.
Počas evolúcie vznikli rôzne alely v dôsledku mutácií jednej predchodkyne, najčastejšie sa navzájom líšia nahradením jedného nukleotidu (missense mutácia). Typicky majú proteíny kódované rôznymi alelami toho istého génu rovnaké funkčné vlastnosti, to znamená, že substitúcia aminokyselín je neutrálna alebo takmer neutrálna z hľadiska prirodzeného výberu.
Prítomnosť určitých alel sa často posudzuje na základe analýzy aminokyselinovej sekvencie zodpovedajúcich proteínov. Pre mnohé gény (napríklad gén pre reťazec globínu beta) je možné izolovať normálnu alelu – najbežnejšiu v populácii, ktorá sa vyskytuje oveľa častejšie ako ostatné. Niekedy medzi alelami nie je ani jedna, ktorá by sa dala považovať za normálnu. Mimoriadne vysoký polymorfizmus je charakteristický napríklad pre gén pre apoproteín (a) a gén pre reťazec alfa haptoglobínu. Gén sa považuje za polymorfný, ak sa jeho najčastejšia alela vyskytuje u menej ako 99 % ľudí. Táto definícia odráža len prevalenciu rôznych alel a nie ich funkčné rozdiely.
Koncept polymorfizmu sa rozšíril s objavom mimoriadnej variability v sekvenciách DNA. V genómoch rôznych ľudí sa 1 zo 100-200 nukleotidových párov líši; toto je v súlade s heterozygotnosťou pri 1 z 250 – 500 bp. Moderné metódy umožňujú identifikovať jednonukleotidové substitúcie v kódujúcich oblastiach, ktoré môžu byť nezmyselné alebo môžu spôsobiť zmeny v sekvencii aminokyselín. Polymorfizmus DNA je ešte výraznejší v nekódujúcich oblastiach genómu, ktoré majú malý alebo žiadny vplyv na génovú expresiu.
Okrem nahradenia jednotlivých nukleotidov je polymorfizmus DNA založený na inzerciách, deléciách a zmenách v počte tandemových opakovaní. Existujú tandemové opakovania s rôznym počtom (dlhé) (minisatelitná DNA) a krátke (tetra-, tri-, di- alebo mononukleotidové) tandemové opakovania (mikrosatelitná DNA).
Rozsah polymorfizmu DNA je taký, že medzi sekvenciami DNA dvoch ľudí sú milióny rozdielov, pokiaľ nejde o identické dvojčatá. Tieto rozdiely spadajú do štyroch širokých kategórií:
Fenotypicky neexprimované (napríklad polymorfné rezy DNA používané na osobnú identifikáciu pomocou molekulárno-genetických metód);
Spôsobenie fenotypových rozdielov (napríklad vo farbe vlasov alebo výška), ale nie predispozícia k chorobe;
Hranie určitej úlohy v patogenéze choroby (napríklad pri polygénnych chorobách);
Zohráva významnú úlohu pri rozvoji ochorenia (napr
Polymorfizmy nie sú priamou a povinnou príčinou rozvoja ochorenia, ale môžu spôsobiť väčšie alebo menšie riziko jeho rozvoja pod vplyvom rôznych vonkajších faktorov.
Preto v prítomnosti polymorfizmov informujú o zvýšenom riziku vzniku ochorenia pri heterozygotnom alebo homozygotnom nosiči polymorfizmu. Riziko vzniku ochorenia sa meria pomerom šancí (OR).
V Európe sa oficiálne vykonáva klinické genetické testovanie mutácií v génoch: FV (Leiden), F2 (protrombín), PAI-1, MTHFR.
Mutácia Leiden 1691 G->A koagulačný faktor V (F5)
Fyziológia a genetika. Koagulačný faktor V alebo faktor zrážania krvi V je proteínový kofaktor pri tvorbe trombínu z protrombínu. G1691A Leidenský polymorfizmus (substitúcia aminokyseliny Arg (R) -> Gln (Q) na pozícii 506, známa aj ako „Leidenská mutácia“ alebo „Leiden“) je indikátorom rizika vzniku venóznej trombózy. Toto je bodová (jednonukleotidová) mutácia génu kódujúceho koagulačný faktor V, ktorá robí aktívnu formu faktora V odolnou voči degradačnému pôsobeniu špecializovaného regulačného enzýmu, proteínu C, čo vedie k hyperkoagulabilite. V súlade s tým sa zvyšuje riziko krvných zrazenín. Prevalencia mutácie v populáciách európskeho typu je 2 – 6 %.
Riziko hlbokej žilovej trombózy(TGV): 7-krát vyššia u heterozygotných nosičov Leidenskej mutácie génu F5 Arg506Gln a 80-krát vyššia u homozygotov. Ďalšie faktory ovplyvňujúce rozvoj DVT možno rozdeliť do 3 skupín.
TO najprv Skupina faktorov zahŕňa zmeny hormonálneho stavu:
Používanie perorálnych kontraceptív dodatočne zvyšuje riziko rozvoja DVT 30-krát u heterozygotov a 100-krát u homozygotných nosičov.
Tehotenstvo zvyšuje riziko DVT 16-krát.
Hormonálna substitučná liečba zvyšuje riziká 2-4 krát.
Co. druhý Skupina faktorov zahŕňa poškodenie ciev:
Centrálna venózna katetrizácia zvyšuje riziko DVT 2-3 krát
Chirurgické zákroky - 13-krát.
TO tretí skupina faktorov zahŕňa nehybnosť: odpočinok na lôžku a dlhé lety vzduchom. Tu je zaznamenané len zvýšenie rizika, ale štatistiky by mali byť úplnejšie:
Infekčné choroby a rakovina tiež zvyšujú riziko vzniku DVT. Riziko vzniku ischemickej cievnej mozgovej príhody u žien vo veku 18-49 rokov s prítomnosťou Leidenskej mutácie sa zvyšuje 2,6-krát a pri užívaní perorálnych kontraceptív sa zvyšuje 11,2-krát.
Klinické údaje. Prítomnosť Leidenskej mutácie zvyšuje pravdepodobnosť vzniku mnohých tehotenských komplikácií:
Potrat v počiatočných štádiách (riziko sa zvyšuje 3-krát),
Oneskorený vývoj plodu
Neskorá toxikóza (gestóza),
Fetoplacentárna nedostatočnosť.
Zvýšený sklon k tvorbe trombov môže viesť k arteriálnej tromboembólii, infarktu myokardu a mozgovej príhode. Prítomnosť Leidenskej mutácie zvyšuje riziko primárnej a rekurentnej žilovej trombózy najmenej 3-6 krát.
Nižšie uvedené príklady ilustrujú súvislosť mutácie s rôznymi typmi trombózy a inými kardiovaskulárnymi ochoreniami.
8-ročná multicentrická štúdia s viac ako 300 pacientmi s venóznym tromboembolizmom (VTE) zistila 3,7-násobne zvýšené riziko VTE v prítomnosti Leidenskej mutácie. V inej štúdii boli pacienti s venóznou tromboembóliou sledovaní počas 68 mesiacov. Počas tejto doby sa u 14 % pacientov vyskytla rekurentná VTE. Mutácia faktora V Leiden vedie k štvornásobnému zvýšeniu rizika rekurentnej VTE. U pacientov s VTE s Leidenskou mutáciou sa odporúča dlhšia antikoagulačná liečba v porovnaní s pacientmi s normálnym faktorom V.
Treba si uvedomiť, že riziko vzniku venóznej trombózy sa výrazne zvyšuje (8-násobné zvýšenie), ak má pacient okrem mutácie faktora V Leiden aj mutáciu T polymorfizmu C677T génu metyltetrahydrofolát reduktázy.
Jeden z najnebezpečnejšie komplikácie hormonálna antikoncepcia je trombóza a tromboembolizmus. Mnohé ženy s takýmito komplikáciami sú heterozygotnými prenášačkami Leidenskej mutácie (genotyp G/A). Počas užívania hormonálnej antikoncepcie sa u nich riziko trombózy zvyšuje 6-9 krát. U žien užívajúcich hormonálnu antikoncepciu s homozygotnou Leidenskou mutáciou (genotyp A/A) je riziko vzniku trombózy mozgových sínusov (CST) zvýšené viac ako 30-krát v porovnaní s pacientkami, ktoré túto mutáciu nemajú.
Boli zhrnuté konečné údaje zo štúdie Women's Health Initiative Estrogen Plus Progestin o výskyte venóznej trombózy počas hormonálnej substitučnej terapie (HRT). Štúdia zahŕňala 16 608 žien po menopauze vo veku 50 až 79 rokov, sledovaných v rokoch 1993 až 1998. do 5 rokov. Prítomnosť Leidenskej mutácie zvýšila riziko trombózy počas hormonálnej substitučnej liečby estrogén-progestín takmer 7-krát v porovnaní so ženami bez tejto mutácie. Prítomnosť iných genetických mutácií (protrombín 20210A, metyléntetrahydrofolát reduktáza C677T, faktor XIII Val34Leu, PAI-1 4G/5G, faktor V HR2) neovplyvnila asociáciu HSL a riziko venóznej trombózy. Analýza viac ako desiatich nezávislých štúdií ukázala, že medzi pacientmi, ktorí mali infarkt myokardu pred dosiahnutím veku 55 rokov, bola prevalencia Leidenskej mutácie výrazne vyššia. Priemerné riziko vzniku infarktu myokardu sa zvyšuje 1,5-krát. Navyše Leidenská mutácia vedie k 2,8-násobnému zvýšeniu počtu pacientov bez závažnej koronárnej stenózy, u ktorých sa rozvinie infarkt myokardu.
Polymorfizmus 20210 G->A protrombín
Fyziológia a genetika. Protrombín (koagulačný faktor II alebo F2) je jednou z hlavných zložiek systému zrážania krvi. Pri enzymatickom rozklade protrombínu vzniká trombín. Táto reakcia je prvou fázou tvorby krvných zrazenín. Mutácia protrombínového génu G20210A je charakterizovaná nahradením guanínového (G) nukleotidu adenínovým (A) nukleotidom na pozícii 20210. V dôsledku zvýšenej expresie mutantného génu môže byť hladina protrombínu jeden a pol až dvojnásobná vyššia ako normálne. Mutácia sa dedí autozomálne dominantným spôsobom. To znamená, že trombofília sa vyskytuje aj u heterozygotného nosiča zmeneného génu (G/A).
Tromboembolické ochorenia(TE) sú spôsobené poruchami v systéme zrážania krvi. Tieto poruchy vedú aj ku kardiovaskulárnym ochoreniam. Genotyp G/A je indikátorom rizika vzniku trombózy a infarktu myokardu. Keď dôjde k trombóze, mutácia 20210A sa často vyskytuje v kombinácii s mutáciou Leiden. Genotyp G/A v pozícii 20210 protrombínového génu je rizikovým faktorom pre rovnaké komplikácie, ktoré sú spojené s Leidenskou mutáciou.
2-3% zástupcov európskej rasy sú heterozygotnými nositeľmi génu.
Riziko vzniku DVT u nosičov mutantnej alely (A) génu F2 sa zvyšuje 2,8-krát. Kombinácia protrombínovej mutácie s leidenskou mutáciou ďalej zvyšuje riziká.
Podľa smerníc pre pôrodníkov a gynekológov (UK, 2000) je klinická genetická analýza FV a protrombínu 20210 vhodná vzhľadom na rôzne riziká homozygotov a heterozygotov.
Existujú veľmi vysoké, vysoké a stredné stupeň rizika Venózna trombóza u tehotných žien:
- Vysoká stupeň rizika u žien s individuálnou a rodinnou anamnézou trombózy a homozygotných pre Leidenskú mutáciu, G20210A protrombínovú mutáciu alebo kombináciu týchto mutácií. Takíto pacienti sú indikovaní na antikoagulačnú liečbu heparínmi s nízkou molekulovou hmotnosťou od začiatku do polovice druhého trimestra.
- Priemerná stupeň rizika u žien s rodinnou anamnézou trombózy a heterozygotných pre Leidenskú mutáciu alebo mutáciu G20210A.V tomto prípade nie je antikoagulačná liečba indikovaná.
Indikácie pre analýzu. Infarkt myokardu, zvýšené hladiny protrombínu v krvi, tromboembolické ochorenia v anamnéze, pokročilý vek pacientky, potrat, fetoplacentárna insuficiencia, vnútromaternicové odumretie plodu, toxikóza, spomalenie rastu plodu, abrupcia placenty, pacienti pripravujúci sa na veľké brušné operácie (myómy maternice, cisársky rez , cysty na vaječníkoch atď.), fajčenie.
Klinické údaje. Štúdia s 500 pacientmi s infarktom myokardu a 500 zdravými darcami preukázala viac ako päťnásobné zvýšenie rizika infarktu myokardu u pacientov s genotypom 20210A mladších ako 51 rokov. Genetická analýza skupiny pacientov s prvým infarktom myokardu (vek 18-44 rokov) ukázala, že variant 20210A je štyrikrát bežnejší v porovnaní so zdravou skupinou, čo zodpovedá 4-násobnému zvýšeniu rizika srdcového infarktu. Pravdepodobnosť srdcového infarktu bola obzvlášť vysoká, ak ste mali iné kardiovaskulárne rizikové faktory. Napríklad fajčenie v prítomnosti genotypu 20210A zvyšuje riziko infarktu myokardu viac ako 40-krát. Mutácia 20210A je významným rizikovým faktorom pre skorý infarkt myokardu.
V štúdii pacientov s rodinnou anamnézou venóznej trombózy a kontrolnej skupiny zdravých darcov sa zistilo, že mutácia 20210A vedie k trojnásobnému zvýšeniu rizika žilovej trombózy. Riziko trombózy sa zvyšuje pre všetky vekové kategórie a pre obe pohlavia. Táto štúdia tiež potvrdila priamu súvislosť medzi prítomnosťou mutácie 20210A a zvýšenými hladinami protrombínu v krvi.
V terapeutických nemocniciach, kde prevažujú pacienti s kardiovaskulárnymi ochoreniami, sa TE vo forme pľúcnej embólie vyskytuje v 15 – 30 % prípadov. V mnohých prípadoch sú TE priamou príčinou smrti, najmä u pooperačných pacientov a pacientov s rakovinou. Zistilo sa, že medzi pacientmi s rakovinou v prítomnosti TE sa úmrtnosť niekoľkokrát zvyšuje, zatiaľ čo počet TE prevyšuje štatistický priemer. Príčiny zvýšenia TE u pacientov s rakovinou možno bude potrebné hľadať v podávanej terapii, ktorá nie je v súlade s genetickou predispozíciou pacienta. Netýka sa to len pacientov s rakovinou. Podľa posmrtných správ má 60 % pacientov, ktorí zomrú vo všeobecných nemocniciach, príznaky tromboembolickej choroby.
Znalosť genotypových charakteristík pacienta umožní nielen posúdiť riziko vzniku život ohrozujúcich stavov, ale aj správne určiť metódy ich prevencie a liečby, ako aj možnosť užívania určitých liekov.
Tepelne labilný variant A222V (677 C->T) metyléntetrahydrofolátreduktázy
Fyziológia a genetika. Metyléntetrahydrofolát reduktáza (MTHFR) hrá kľúčovú úlohu v metabolizme folátu. Enzým katalyzuje redukciu 5,10-metyléntetrahydrofolátu na 5-metyltetrahydrofolát. Posledne menovaný je aktívnou formou kyseliny listovej potrebnej na tvorbu metionínu z homocysteínu a následne S-adenosylmetionínu, ktorý hrá kľúčovú úlohu v procese metylácie DNA. Nedostatok MTHFR prispieva nielen k teratogénnym (poškodzujúcim plod), ale aj mutagénnym (poškodzujúcim DNA) účinkom. V tomto prípade sú mnohé bunkové gény inaktivované, vrátane onkogénov. To je jeden z dôvodov, prečo sa onkológovia začali zaujímať o genetické varianty MTHFR. Aminokyselina homocysteín je medziproduktom procesu syntézy metionínu. Poruchy enzýmu MTHFR vedú k nadmernej akumulácii homocysteínu v krvnej plazme - hyperhomocysteinémii.
Gén MTHFR je lokalizovaný na chromozóme 1p36.3. Známe sú asi dve desiatky mutácií tohto génu, ktoré narušujú funkciu enzýmu. Najviac študovanou mutáciou je variant, v ktorom je nukleotidový cytozín (C) na pozícii 677 nahradený tymidínom (T), čo vedie k nahradeniu aminokyselinového zvyšku alanínu valínovým zvyškom (pozícia 222) vo väzbovom mieste pre folát . Tento polymorfizmus MTHR sa označuje ako mutácia C677T. Jedinci homozygotní pre túto mutáciu (genotyp T/T) vykazujú termolabilitu MTHFR a zníženie aktivity enzýmu na približne 35 % priemernej hodnoty. Vo všeobecnosti je medzi svetovou populáciou mutácia 677T génu MTHFR pomerne rozšírená medzi zástupcami európskej (kaukazskej) rasy. Študovali sa frekvencie dvoch hlavných mutácií (C677T a A1298C) medzi zástupcami populácie USA. Prítomnosť T/T homozygota bola preukázaná u 10-16 % Európanov a 10 % ľudí španielskeho pôvodu a 56 a 52 % skúmaných jedincov boli heterozygotní nositelia tohto génu, t.j. prítomnosť variantu 677T (genotypy C/T alebo T/T) bola pozorovaná v 62 – 72 % prípadov. Podobné výsledky boli zistené vo vzorkách európskej populácie. Polymorfizmus C677T je spojený s najmenej štyrmi skupinami multifaktoriálnych ochorení: kardiovaskulárne ochorenia, defekty plodu, kolorektálny adenóm a rakovina prsníka a vaječníkov.
Indikácie pre analýzu. Zvýšené hladiny homocysteínu v krvi (hyperhomocysteinémia), kardiovaskulárne ochorenia (najmä ischemická choroba srdca (ICHS) a infarkt myokardu), ateroskleróza, aterotrombóza. Antifosfolipidový syndróm. Chemoterapia rakoviny pred alebo počas tehotenstva. Rodinná predispozícia k tehotenským komplikáciám vedúcim k vrodeným vývojovým chybám: defekty nervového systému plodu, anencefália, deformity tvárového skeletu (rázštep podnebia, rázštep pery), prenatálna smrť plodu. Črevná polypóza, kolorektálny adenóm v dôsledku konzumácie alkoholu, rakovina konečníka. Rodinná predispozícia k rakovine, prítomnosť mutácií génu BRCA. Cervikálna dysplázia, najmä v kombinácii s papilovírusovými infekciami.
Klinické údaje. Poruchy tohto génu často vedú k rôznym ochoreniam so širokým spektrom klinických príznakov: oneskorenie duševného a fyzického vývoja, prenatálna smrť alebo defekt plodu, kardiovaskulárne a neurodegeneratívne ochorenia, cukrovka, rakovina a iné. Nositelia C/T heterozygotov majú počas tehotenstva nedostatok kyseliny listovej, čo môže viesť k poruchám vo vývoji nervovej trubice u plodu. Fajčenie zvyšuje účinok mutácie. Nosiči dvoch alel T/T (homozygotný stav) majú obzvlášť vysoké riziko vzniku vedľajších účinkov pri užívaní liekov používaných pri chemoterapii rakoviny.
Hyperhomocysteinémia (HH) je nezávislý rizikový faktor aterosklerózy a aterotrombózy (nezávislý od hyperlipidémie, hypertenzie, diabetes mellitus atď.). Zistilo sa, že 10% rizika rozvoja koronárnej aterosklerózy je spôsobených zvýšením hladiny homocysteínu v krvnej plazme. V štúdii skupiny pacientov s HH a skupiny zdravých darcov bola homozygotná forma 677T zistená u 73 % pacientov s HH a len u 10 % zdravých darcov. Prítomnosť homozygotnej formy 677T vedie k takmer 10-násobnému zvýšeniu rizika HH. Pacienti s HH mali tiež nižšie hladiny kyseliny listovej a vitamínu B12, konzumovali viac kávy a fajčili častejšie ako zdraví darcovia. Normálne hladiny homocysteínu sú 5-15 µmol/l, mierne zvýšené hladiny sú 15-30 µmol/l. Pri ťažkej HH je možné 40-násobné zvýšenie hladín homocysteínu. Vedci pripisujú príčinu ťažkých foriem HH iným mutáciám a faktorom – homozygotná mutácia génu Cb S, najčastejšie sú I278T a G307S, aj keď frekvencia ich prejavov sa v rôznych krajinách značne líši, oveľa menej často sú príčiny ťažkých HH sú T/T genotyp MTHFR, deficit metionínsyntetázy a narušená aktivita metionínsyntetázy v dôsledku genetických porúch metabolizmu vitamínu B12. Korekciu HH je možné uskutočniť dodaním kofaktorov nevyhnutných pre metabolizmus homocysteínu (kyselina listová, vitamíny B12, B1 a B6 (vlastnosti terapie vitamínmi HH). U nosičov genotypu T/T MTHFR s optimálnym príjmom folátu hladiny homocysteínu sú mierne zvýšené (až o 50 %). Hoci pri ťažkej HH je známe, že kombinácia 2,5 mg kyseliny listovej, 25 mg vitamínu B6 a 250 mcg vitamínu B12 denne znižuje progresiu aterosklerózy (merané v karotický plak), ale či terapia znižujúca hladinu homocysteínu zabraňuje významným vaskulárnym komplikáciám, je potrebné potvrdiť u osôb so stredne ťažkou HS.
Na dôležitosť problému GG poukazuje fakt, že Ministerstvo zdravotníctva USA v roku 1992 odporučilo ženám, ktoré môžu otehotnieť, aby užívali 400 mcg kyseliny listovej denne. Americký úrad pre potraviny a liečivá vyžaduje, aby obilniny boli obohatené o kyselinu listovú v koncentráciách, ktoré môžu poskytnúť ďalších 100 mcg denne. Denná dávka kyseliny listovej potrebná na maximálne zníženie hladín homocysteínu je však 400 mcg, čo znamená, že vyššie dávky doplnkovej kyseliny listovej v potrave môžu byť opodstatnené.
Patogenéza vrodených chýb neurálnej trubice zahŕňa najmä genetické a dietetické faktory. V štúdii 40 detí z južného Talianska s vrodeným defektom neurálnej trubice a zdravých darcov sa ukázalo, že genotyp 677C v homozygotnom stave (C/C) vedie k dvojnásobnému zvýšeniu rizika vzniku defektov, zatiaľ čo mutant homozygotný T/T zodpovedá takmer desaťnásobnému zníženiu rizika. V štúdii na vzorke írskej populácie (395 pacientov a 848 zdravých) sa zistilo, že výskyt T variantu bol zvýšený u pacientov s vrodeným defektom neurálnej trubice. Ťažko povedať, či sú tieto protichodné výsledky štúdií spôsobené zmenami populácie alebo sa neberú do úvahy iné rizikové faktory. Preto zatiaľ nie je možné určiť, či je T variant protektívny alebo naopak patogénny faktor pre toto ochorenie. Zvýšenie frekvencie genotypu 677T bolo zaznamenané nielen pri neskorej toxikóze (preeklampsia), ale aj pri iných komplikáciách tehotenstva (odtrhnutie placenty, obmedzenie rastu plodu, prenatálna smrť plodu). Kombinácia mutácie 677T s inými rizikovými faktormi vedie k zvýšenej pravdepodobnosti skorého potratu. Pri skúmaní vzťahu medzi mutáciou 677T a kardiovaskulárnym ochorením sa zistilo, že homozygotná mutácia 677T je oveľa bežnejšia u pacientov s kardiovaskulárnym ochorením ako u zdravých darcov. U mladých pacientov s arteriálnou ischémiou je homozygotný T/T 1,2-krát častejší.
Štatistická analýza 40 nezávislých štúdií (metaanalýza) pacientov s ochorením koronárnych artérií, zhŕňajúca údaje o 11 162 pacientoch a 12 758 zdravých darcoch, ukázala 1,16-násobné zvýšenie rizika vzniku ochorenia koronárnych artérií v prítomnosti T/ T homozygot. Nízky stupeň rizika súvisí s heterogenitou analyzovaných vzoriek populácie. Pri štúdiu vzoriek homogénnej populácie (skôr individuálne štúdie než metaanalýzy) sú odhady rizika výrazne vyššie. Rozdiel vo frekvencii výskytu T/T homozygotov u pacientov a zdravých darcov teda zodpovedal 3-násobnému zvýšeniu rizika kardiovaskulárnych ochorení v ranom veku. Prítomnosť mutácie 677T v géne MTHFR u pacientov s antifosfolipidovým syndrómom koreluje s recidivujúcim priebehom trombózy.
Medzi variantmi MTHFR a rozvojom prekanceróznych a rakovinových stavov kolorektálnej oblasti bol identifikovaný jednoznačný, aj keď zložitý vzťah. Bola vykonaná štúdia na veľkej skupine pacientov s polypózou hrubého čreva. Boli stanovené hladiny folátu v červených krvinkách spolu s hodnotením genotypu MTHFR C/T. Predchádzajúce výsledky ukázali súvislosť medzi nízkymi hladinami folátu a rizikom rozvoja adenomatózy. Multivariačná analýza ukázala, že fajčenie, stav folátu a genotyp MTHFR boli významnými zložkami vysokého rizika adenomatózy. Toto riziko sa ukázalo ako veľmi vysoké u jedincov s nízkymi hladinami folátu a nosičom alely 677T v homo- alebo heterozygotnej forme. Tieto údaje ukázali silnú interakciu medzi stravovacími a genetickými faktormi pri vývoji prekanceróznych stavov.
K podobným predpokladom dospeli vedci, ktorí skúmali veľkú skupinu pacientov s rakovinou hrubého čreva a preukázali významný vzťah medzi rizikom vzniku rakoviny, vekom pacientov, vekom podmieneným deficitom folátu a T/T genotypom MTHFR. Štúdia s 379 pacientmi s kolorektálnym adenómom a 726 zdravými darcami ukázala, že mužskí nositelia genotypu T/T, ktorí konzumovali veľa alkoholu, mali 3,5-krát vyššie riziko vzniku adenómu. Niektorí vedci sa však domnievajú, že bez konzumácie alkoholu ako rizikového faktora je mutácia 677T ochranným faktorom.
Štúdia pacientov s proximálnym kolorektálnym karcinómom teda ukázala, že prítomnosť T/T homozygota u pacienta vedie k 2,8-násobnému zníženiu rizika vzniku kolorektálneho karcinómu. Tieto zistenia si vyžadujú testovanie v iných populáciách. S najväčšou pravdepodobnosťou možno význam nízko aktívneho mutantu MTHFR považovať za zhoršujúci na pozadí iných uvedených rizikových faktorov, pretože tento génový defekt môže znížiť stabilitu genómu v dôsledku hypometylácie DNA. Polymorfizmus C677T ovplyvňuje účinnosť chemoterapie rakoviny. Fluoruracil sa široko používa na chemoterapiu kolorektálneho karcinómu. Pravdepodobnosť pozitívnej dynamiky v reakcii na chemoterapiu kolorektálneho adenokarcinómu, ak mal pacient genotyp 677T, sa zvýšila takmer trojnásobne. Výsledky naznačujú, že genotypizácia pre polymorfizmus C677T umožní vývoj efektívnejších kurzov chemoterapie. Štúdia na malých vzorkách (do 50) pacientok s rakovinou prsníka však ukázala, že v prítomnosti T/T homozygota existuje riziko vzniku vedľajších účinkov pri použití metotrexátu (antimetabolit, ktorého účinok je spojený s inhibíciou aktivita enzýmu MTHFR) sa desaťnásobne zvyšuje.
Existuje len málo štúdií genotypu MTHFR pri gynekologických rakovinách. Polymorfizmus C677T génu MTHFR bol študovaný na veľkej skupine židovských žien s rakovinou prsníka a vaječníkov, vrátane dedičných foriem spojených s mutáciami génu BRCA. Pri takomto nepriaznivom genetickom pozadí sa prítomnosť genotypu T/T u pacientov ukázala ako významný faktor zhoršenia ochorenia. Frekvencia genotypu T/T bola 2-krát vyššia (33 % oproti 17 %, P = 0,0026) u žien s bilaterálnym karcinómom prsníka a karcinómom vaječníkov v porovnaní s hlavnou skupinou pacientok. Ženy s heterozygotným genotypom C/T mali dvojnásobné riziko rakoviny a u pacientok s homozygotným genotypom T/T bolo riziko trikrát vyššie ako v kontrolnej skupine. Súčasne znížený príjem folátu v potrave zvýšil genetické riziko až päťkrát v porovnaní s kontrolami. Autori tiež potvrdili fakt, že HPV (papilloma vírus) infekcia pacientok je najvýznamnejším rizikovým faktorom pre rozvoj cervikálnej dysplázie. Zároveň sa zdôrazňuje osobitný význam kombinácie HPV infekcie s T/T variantom MTHFR.
Polymorfizmus Arg353Gln (10976 G->A) koagulačný faktor VII (F7)
Fyziológia a genetika. V aktívnom stave faktor VII interaguje s faktorom III, čo vedie k aktivácii faktorov IX a X systému zrážania krvi, to znamená, že koagulačný faktor VII sa podieľa na tvorbe krvnej zrazeniny. Variant 353Gln (10976A) vedie k zníženiu produktivity (expresie) génu pre faktor VII a je ochranným faktorom pri rozvoji trombózy a infarktu myokardu. Prevalencia tohto variantu v európskych populáciách je 10-20%.
Indikácie pre analýzu. Riziko infarktu myokardu a smrteľné následky v dôsledku infarktu myokardu, hladina koagulačného faktora VII v krvi, tromboembolické ochorenia v anamnéze.
Klinické údaje. Vysoké hladiny koagulačného faktora VII v krvi sú spojené so zvýšeným rizikom úmrtia na infarkt myokardu. Prezentované údaje o klinickom význame mutácie sú potvrdené štúdiami v iných európskych populáciách. Najmä prítomnosť variantu 10976A bola spojená so zníženým rizikom smrteľného infarktu myokardu.
V štúdii pacientov so stenózou koronárnej artérie a infarktom myokardu sa zistilo, že prítomnosť mutácie 10976A vedie k 30 % zníženiu hladiny faktora VII v krvi a 2-násobnému zníženiu rizika infarktu myokardu dokonca aj v prítomnosti významnej koronárnej aterosklerózy.
V skupine pacientov, ktorí nemali infarkt myokardu, bol pozorovaný zvýšený výskyt hetero- a homozygotných genotypov 10976A, G/A a G/G, v uvedenom poradí.
Polymorfizmus - -455 G->A fibrinogén
Fyziológia a genetika. Keď sú krvné cievy poškodené, fibrinogén sa mení na fibrín, hlavnú zložku krvných zrazenín (trombov). Mutácia fibrinogénu beta -455A (FGB) je sprevádzaná zvýšenou výkonnosťou génu (expresiou), čo vedie k zvýšeným hladinám fibrinogénu v krvi a zvyšuje pravdepodobnosť vzniku krvných zrazenín. Prevalencia tohto variantu v európskych populáciách je 5-10%.
Indikácie pre analýzu. Zvýšené hladiny plazmatického fibrinogénu, vysoký krvný tlak, tromboembolické ochorenia v anamnéze, mŕtvica.
Klinické údaje. Zvýšený sklon k tvorbe krvných zrazenín môže viesť k trombóze a kardiovaskulárnym ochoreniam. Hladinu fibrinogénu v krvi určuje množstvo faktorov, vrátane liekov, fajčenia, príjmu alkoholu a telesnej hmotnosti. Oba genotypy G a A však zodpovedajú značnému rozdielu v hladinách fibrinogénu v krvi (10-30 % podľa rôznych štúdií).
V štúdii na skupine zdravých darcov sa zistilo, že mutácia -455A vedie k zvýšeným hladinám fibrinogénu v krvi. Rozsiahla štúdia EUROSTROKE zistila, že riziko mŕtvice (ischemickej alebo hemoragickej) sa zvyšuje 2-3 krát so zvyšujúcou sa hladinou fibrinogénu v krvi. Riziko sa ďalej zvyšuje so zvýšeným systolickým krvným tlakom (> 160 mmHg). Tieto údaje sú potvrdené štúdiami neeurópskych populácií.
Pri vysokom krvnom tlaku zvyšuje prítomnosť genotypu -455A riziko ischemickej cievnej mozgovej príhody.
Pacienti s mŕtvicou s genotypom -455A sa vyznačujú multifokálnymi léziami: môžu mať tri alebo viac lakunárnych mozgových cievnych infarktov, v priemere sa riziko mŕtvice zvyšuje 2,6-krát.
Pri zvýšenom krvnom tlaku u pacientov s mutáciou sa riziko multifokálnej mozgovej príhody zvyšuje viac ako 4-krát (Fínsko).
Polymorfizmus - IIeMet (66 a-g) Mutácia metionínsyntetázy reduktázy
Fyziológia a genetika. Gén MTRR kóduje enzým metionínsyntázu reduktázu (MSR), ktorý sa podieľa na veľkom množstve biochemických reakcií spojených s prenosom metylových skupín. Jednou z funkcií MCP je reverzná konverzia homocysteínu na metionín. V tejto reakcii sa ako kofaktor zúčastňuje vitamín B12 (kobalamín).
Polymorfizmus I22M A->G je spojený so substitúciou aminokyselín v molekule enzýmu MCP. V dôsledku tejto náhrady klesá funkčná aktivita enzýmu, čo vedie k zvýšenému riziku porúch vývoja plodu – defektov neurálnej trubice. Účinok polymorfizmu sa zhoršuje nedostatkom vitamínu B12. Keď sa spojí polymorfizmus I22M A->G v géne MTRR s polymorfizmom 677C->T v géne MTHFR, riziko sa zvyšuje.
Polymorfizmus I22M A->G v géne MTRR tiež zvyšuje hyperhomocysteinémiu spôsobenú polymorfizmom 677C->T v géne MTHFR. Polymorfizmus A66G (Ile22Met) v géne MTRR v heterozygotných (AG) aj homozygotných (GG) variantoch významne zvyšuje koncentrácie homocysteínu iba v kombinácii s genotypom MTHFR 677TT.
Polymorfizmus MTRR 66 A-G zvyšuje riziko narodenia dieťaťa s Downovým syndrómom 2,57-krát. Kombinácia polymorfizmov v génoch MTHFR a MTRR zvyšuje toto riziko na 4,08 %.
Polymorfizmus - 675 mutácia inhibítora aktivátora plazminogénu (PAI) 5G/4G 1
Fyziológia a genetika. Tento proteín (tiež známy ako SERPINE1 a PAI-1) je jednou z hlavných zložiek trombolytického systému plazminogén-plazmín. PAI-1 inhibuje tkanivové a urokinázové aktivátory plazminogénu. V súlade s tým hrá PAI-1 dôležitú úlohu pri určovaní náchylnosti na kardiovaskulárne ochorenia. Homozygotný variant 4G polymorfizmu -675 4G/5G je rizikovým faktorom pre rozvoj trombózy a infarktu myokardu. Prevalencia homozygotnej formy tohto variantu v kaukazských populáciách je 5-8%. Gén PAI-1 sa líši od všetkých známych ľudských génov v maximálnej reakcii na stres. Spojenie mutantnej alely 4G so zvýšeným rizikom DVT bolo analyzované v mnohých štúdiách, ale ich výsledky sú nekonzistentné.
Podľa ruských výskumníkov (Petrohrad) sa riziko vzniku mozgovej trombózy zvýšilo 6-krát u jedincov s rodinnou anamnézou kardiovaskulárnych ochorení v prítomnosti alely 4G. Bola preukázaná súvislosť nosičstva 4G polymorfizmu s opakujúcim sa potratom.
Klinické aspekty. 4G variant má za následok zvýšenú génovú expresiu, a teda zvýšené hladiny PAI-1 v krvi. V dôsledku toho je trombolytický systém inhibovaný a zvyšuje sa riziko trombózy.
V štúdii s veľkými vzorkami populácie (357 pacientov a 281 zdravých darcov) sa zistilo, že variant 4G/4G zvyšuje riziko trombózy v priemere 1,7-krát. Zvýšené riziko bolo oveľa vyššie v podskupinách pacientov s trombózou portálnej žily a viscerálnou trombózou. Pre podskupiny pacientov s hlbokou žilovou trombózou, cerebrálnou alebo retinálnou trombózou sa však nezistili žiadne štatisticky významné korelácie. Variant 4G bol spojený so zvýšeným rizikom infarktu myokardu. V prítomnosti variantu 4G v PAI-1 a L33P v géne ITGB3 sa priemerné riziko vzniku infarktu myokardu zvýšilo 4,5-krát, u mužov sa riziko v prítomnosti týchto dvoch variantov zvýšilo 6-krát.
Štúdia 1179 zdravých darcov a ich blízkych príbuzných ukázala, že variant 4G je spojený s rodinnou anamnézou koronárnej artérie a/alebo srdcového ochorenia. V tejto štúdii veľkej vzorky populácie bolo priemerné zvýšenie rizika v prítomnosti homozygotov 1,6-násobné. Varianty polymorfizmu 4G/5G zvlášť silne korelujú s priemernými hladinami PAI-1 v krvi v prítomnosti obezity. Bolo navrhnuté, že účinok 4G variantu súvisí skôr s centrálnou než periférnou obezitou. Keďže pacienti s centrálnou obezitou sú obzvlášť ohrození kardiovaskulárnym ochorením, vplyv polymorfizmov na hladiny PAI-1 v krvi môže viesť k ďalšiemu zvýšeniu rizika.
Indikácie pre analýzu polymorfizmus. Trombóza portálnej žily, viscerálna trombóza, infarkt myokardu, rodinná anamnéza infarktu myokardu, ochorenie koronárnych artérií/srdce, hladina PAI-1 v krvi, obezita.
Genetická diverzita alebo genetický polymorfizmus je diverzita populácií podľa znakov alebo markerov genetickej povahy. Jeden z typov biodiverzity. Genetická diverzita je dôležitou zložkou genetických charakteristík populácie, skupiny populácií alebo druhov. Genetická diverzita, v závislosti od výberu uvažovaných genetických markerov, je charakterizovaná niekoľkými merateľnými parametrami:
1. Priemerná heterozygotnosť.
2. Počet alel na lokus.
3. Genetická vzdialenosť (na posúdenie medzipopulačnej genetickej diverzity).
Polymorfizmus sa vyskytuje:
chromozomálne;
Prechod;
Vyvážený.
Genetický polymorfizmus nastáva, keď je gén reprezentovaný viac ako jednou alelou. Príkladom sú systémy krvných skupín.
Chromozomálny polymorfizmus – medzi jednotlivcami sú rozdiely na jednotlivých chromozómoch. Je to výsledok chromozomálnych aberácií. Existujú rozdiely v heterochromatických oblastiach. Ak zmeny nemajú patologické následky – chromozomálny polymorfizmus, charakter mutácií je neutrálny.
Prechodný polymorfizmus je nahradenie jednej starej alely v populácii novou, ktorá je za daných podmienok užitočnejšia. Ľudia majú gén pre haptoglobín – Hp1f, Hp 2fs. Stará alela je Hp1f, nová alela je Hp2fs. HP tvorí komplex s hemoglobínom a spôsobuje adhéziu červených krviniek v akútnej fáze ochorení.
K vyváženému polymorfizmu dochádza, keď žiadny z genotypov nezíska výhodu a prirodzený výber uprednostňuje diverzitu.
Všetky formy polymorfizmu sú v prírode veľmi rozšírené v populáciách všetkých organizmov. V populáciách organizmov, ktoré sa rozmnožujú sexuálne, vždy existuje polymorfizmus.
Bezstavovce sú polymorfnejšie ako stavovce. Čím je populácia polymorfnejšia, tým je evolučne plastickejšia. V populácii veľké skupiny alel nemajú maximálnu kondíciu na danom mieste v danom čase. Tieto zásoby sa vyskytujú v malom množstve a v heterozygotnom stave. Po zmenách životných podmienok sa môžu stať užitočnými a začať sa hromadiť – prechodný polymorfizmus. Veľké genetické rezervy pomáhajú populáciám reagovať na ich prostredie. Jedným z mechanizmov, ktoré zachovávajú diverzitu, je nadradenosť heterozygotov. Pri úplnej dominancii sa neprejavuje, pri neúplnej dominancii sa pozoruje heteróza. V populácii si selekcia zachováva geneticky nestabilnú heterozygotnú štruktúru a takáto populácia obsahuje 3 typy jedincov (AA, Aa, aa). V dôsledku prirodzeného výberu nastáva genetická smrť, čím sa znižuje reprodukčný potenciál populácie. Počet obyvateľov klesá. Preto je genetická smrť pre populáciu záťažou. Hovorí sa tomu aj genetická záťaž.
Genetická záťaž je súčasťou dedičnej variability populácie, ktorá podmieňuje vznik menej zdatných jedincov, ktorí podliehajú selektívnej smrti v dôsledku prirodzeného výberu.
Existujú 3 typy genetickej záťaže.
1. Mutácia.
2. Segregácia.
3. Substitučný.
Každý typ genetickej záťaže koreluje s určitým typom prirodzeného výberu.
Mutačná genetická záťaž je vedľajším účinkom mutačného procesu. Stabilizácia prirodzeného výberu odstraňuje škodlivé mutácie z populácie.
Segregačná genetická záťaž je charakteristická pre populácie, ktoré využívajú výhody heterozygotov. Menej dobre adaptovaní homozygotní jedinci sa odstránia. Ak sú obaja homozygoti smrteľní, polovica potomstva zomrie.
Substitučná genetická záťaž – stará alela je nahradená novou. Zodpovedá hnacej forme prirodzeného výberu a prechodnému polymorfizmu.
genetický polymorfizmus vytvára všetky podmienky pre pokračujúcu evolúciu. Keď sa v prostredí objaví nový faktor, obyvateľstvo sa dokáže prispôsobiť novým podmienkam. Napríklad odolnosť hmyzu voči rôznym druhom insekticídov.
Genetická variabilita obmedzená na jeden druh (v našom prípade Homo sapiens) sa nazýva genetický polymorfizmus (GP).
Genómy všetkých ľudí, s výnimkou jednovaječných dvojčiat, sú odlišné.
Výrazné populačné, etnické a hlavne individuálne rozdiely v genómoch tak v ich sémantickej časti (exóny), ako aj v ich nekódujúcich sekvenciách (intergénové priestory, intróny a pod.) sú spôsobené rôznymi mutáciami vedúcimi k HP. Ten je zvyčajne definovaný ako mendelovský znak, ktorý sa vyskytuje v populácii aspoň v 2 variantoch s frekvenciou aspoň 1 % pre každý. Štúdium praktického lekára je hlavnou úlohou rýchlo rastúceho programu „Human Genetic Diversity“ (pozri tabuľku 1.1).
GP môže byť kvalitatívny, keď sa vyskytnú nukleotidové substitúcie, alebo kvantitatívny, keď sa počet nukleotidových opakovaní rôznych dĺžok v DNA mení. Oba typy GP sa nachádzajú v sense (proteín kódujúcich) aj extragénnych sekvenciách molekuly DNA.
Kvalitné GP predstavujú prevažne jednonukleotidové substitúcie, tzv. jednonukleotidový polymorfizmus (SNP). Toto je najbežnejší praktický lekár. Už prvá porovnávacia štúdia genómov u predstaviteľov rôznych rás a etnických skupín ukázala nielen hlbokú genetickú príbuznosť všetkých ľudí (genómová podobnosť – 99,9 %), ale umožnila získať aj cenné informácie o pôvode človeka, o trasách jeho osídlenia na planéte a cesty etnogenézy. Riešenie mnohých problémov genogeografie, pôvodu človeka, evolúcie genómu vo fylogenéze a etnogenéze – to je okruh základných problémov, ktorým čelí táto rýchlo sa rozvíjajúca oblasť.
Kvantitatívna GP je reprezentovaná variáciami v počte tandemových opakovaní (STR - Short Tandem Repeats) vo forme 1-2 nukleotidov (mikrosatelitná DNA) alebo 3-4 a viac nukleotidov na jadrovú (opakujúcu sa) jednotku. Ide o takzvanú minisatelitnú DNA. Napokon, DNA repetície môžu mať veľkú dĺžku a vnútornú štruktúru variabilnú v zložení nukleotidov – takzvané VNTR (Variable Number Tandem Repeats).
Kvantitatívna GP sa spravidla týka nezmyselných nekódujúcich (kódujúcich) oblastí genómu. Jedinou výnimkou sú trinukleotidové opakovania. Najčastejšie ide o CAG (citozín-adenín-guanín) - triplet kódujúci kyselinu glutámovú. Môžu sa tiež vyskytovať v kódujúcich sekvenciách mnohých štruktúrnych génov. Takíto praktickí lekári sú charakteristické najmä pre gény „expanznej choroby“ (pozri kapitolu 3). V týchto prípadoch po dosiahnutí určitého počtu kópií trinukleotidového (polynukleotidového) opakovania GP prestávajú byť funkčne neutrálne a prejavujú sa ako špeciálny typ takzvaných „dynamických mutácií“. Posledne menované sú charakteristické najmä pre veľkú skupinu neurodegeneratívnych ochorení (Huntingtonova chorea, Kennedyho choroba, spinocerebelárna ataxia atď.). Charakteristické klinické znaky takýchto ochorení sú: neskorá manifestácia, anticipačný efekt (zvýšenie závažnosti ochorenia v nasledujúcich generáciách), nedostatok účinných liečebných metód (pozri kapitolu 3).
Všetci ľudia, ktorí dnes obývajú našu planétu, sú skutočne geneticky bratia a sestry. Navyše interindividuálna variabilita, dokonca aj pri sekvenovaní génov zástupcov bielej, žltej a čiernej rasy, nepresiahla 0,1 % a je spôsobená najmä substitúciami jedného nukleotidu, SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Takéto substitúcie sú veľmi početné a vyskytujú sa každých 250-400 bp. Ich celkový počet v genóme sa odhaduje na 10-13 miliónov (tabuľka 1.2). Predpokladá sa, že asi polovica všetkých SNP (5 miliónov) sa nachádza v zmysle (exprimovanej) časti genómu. Práve tieto substitúcie sa ukazujú byť obzvlášť dôležité pre molekulárnu diagnostiku dedičných chorôb. Hrajú hlavnú úlohu v ľudskom GP.
Dnes je dobre známe, že polymorfizmus je charakteristický pre takmer všetky ľudské gény. Okrem toho sa zistilo, že má výraznú etnickú a populačnú špecifickosť. Táto vlastnosť umožňuje široké využitie polymorfných génových markerov v etnických a populačných štúdiách. Polymorfizmus ovplyvňujúci sémantické časti génov často vedie k nahradeniu aminokyselín a objaveniu sa proteínov s novými funkčnými vlastnosťami. Substitúcie alebo opakovania nukleotidov v regulačných (promótorových) oblastiach génov môžu mať významný vplyv na expresnú aktivitu génov. Dedičné polymorfné génové zmeny zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri určovaní jedinečného biochemického profilu každého človeka, pri posudzovaní jeho dedičnej predispozície na rôzne bežné multifaktoriálne (multifaktoriálne) ochorenia. Štúdium medicínskych aspektov HP tvorí koncepčný a metodologický základ prediktívnej medicíny (pozri 1.2.5).
Ako ukázali štúdie v posledných rokoch, jednonukleotidové substitúcie (SNP) a krátke tandemové mono-, di- a trinukleotidové opakovania sú dominantnými, ale v žiadnom prípade nie jedinými variantmi polymorfizmu v ľudskom genóme. Nedávno bolo oznámené, že asi 12 % všetkých ľudských génov je prítomných vo viac ako dvoch kópiách. Preto skutočné rozdiely medzi genómami rôznych ľudí pravdepodobne výrazne prekročia predtým predpokladaných 0,1%. Na základe toho sa v súčasnosti predpokladá, že blízkosť nepríbuzných genómov nie je 99,9 %, ako sa pôvodne predpokladalo, ale približne rovná 99 0 %. Prekvapivý bol najmä fakt, že nielen počet kópií jednotlivých génov, ale dokonca celých fragmentov chromozómov s veľkosťou 0,65-1,3 megabáz (1 Mgb = 106 bp) sa môže v genóme meniť. V posledných rokoch sa pomocou metódy komparatívnej genómovej hybridizácie na čipoch obsahujúcich DNA sondy zodpovedajúce celému ľudskému genómu získali úžasné dáta dokazujúce polymorfizmus jednotlivých genómov vo veľkých (5-20 Mgb) fragmentoch DNA. Tento polymorfizmus sa nazýva variácia počtu kópií; jeho prínos k ľudskej patológii sa v súčasnosti aktívne študuje.
Podľa moderných údajov je kvantitatívny polymorfizmus v ľudskom genóme oveľa rozšírenejší, ako sa doteraz predpokladalo; Hlavným kvalitatívnym variantom polymorfizmu sú jednonukleotidové substitúcie - SNP.
1.2.З.1. Medzinárodný projekt „Haploidný genóm“ (HapMar)
Rozhodujúcu úlohu v štúdiu genómového polymorfizmu má medzinárodný projekt na štúdium ľudského haploidného genómu – „Haploid Map“ – HapMap.
Projekt bol spustený z iniciatívy Human Genome Research Institute (USA) v roku 2002. Projekt realizovalo 200 výskumníkov zo 6 krajín (USA, UK, Kanada, Japonsko, Čína, Nigéria), ktorí vytvorili vedecké konzorcium. Cieľom projektu je získať genetickú mapu ďalšej generácie, ktorá by mala byť založená na distribúcii jednotlivých nukleotidových substitúcií (SNP) v haploidnom súbore všetkých 23 ľudských chromozómov.
Podstatou projektu je, že pri analýze distribúcie už známych SNP (SNP) u jedincov niekoľkých generácií sa susedné alebo blízko umiestnené SNP v DNA jedného chromozómu dedia v blokoch. Takýmto SNP blokom je haplotyp – alelický súbor niekoľkých lokusov umiestnených na rovnakom chromozóme (odtiaľ názov projektu HapMar). V tomto prípade každý z mapovaných SNP pôsobí ako nezávislý molekulárny marker. Na vytvorenie celogenómovej mapy SNP je však dôležité, aby genetické spojenie medzi dvoma susednými SNP bolo vysoko spoľahlivé. Na základe prepojenia takýchto SNP markerov so študovaným znakom (ochorením, symptómom) sa určia najpravdepodobnejšie miesta lokalizácie kandidátskych génov, ktorých mutácie (polymorfizmus) sú spojené s konkrétnym multifaktoriálnym ochorením. Typicky sa na mapovanie vyberie niekoľko SNP, ktoré sú úzko spojené s už známou mendelovskou črtou. Takéto dobre charakterizované SNP s frekvenciou zriedkavých alel aspoň 5 % sa nazývajú markerové SNP (tagSNP). Očakáva sa, že v konečnom dôsledku z približne 10 miliónov SNP prítomných v genóme každého človeka sa počas projektu vyberie len asi 500 000 tagSNP.
Ale toto číslo stačí na pokrytie celého ľudského genómu mapou OZ. Prirodzene, postupná saturácia genómu takýmito bodovými molekulárnymi markermi, vhodnými pre analýzu celého genómu, otvára veľké vyhliadky na zmapovanie mnohých doposiaľ neznámych génov, ktorých alelické varianty sú asociované (spojené) s rôznymi vážnymi ochoreniami.
Prvá etapa projektu NarMar v hodnote 138 miliónov dolárov bola dokončená v októbri 2005. Viac ako milión NCD (1 007 329) bolo genotypovaných u 270 zástupcov 4 populácií (90 Európanov, 90 Nigérijčanov, 45 Číňanov a 45 Japoncov). Výsledkom práce bola haploidná mapa SNP obsahujúca informácie o distribúcii a frekvenciách markerových SNP v skúmaných populáciách.
Výsledkom druhej etapy projektu HapMap, ktorá sa skončila v decembri 2006, bola rovnaká vzorka jedincov (269 ľudí) genotypizovaná pre ďalších 4 600 000 SNP. K dnešnému dňu už genetická mapa ďalšej generácie (NaM) obsahuje informácie o viac ako 5,5 miliónoch NCD. V jej finálnej verzii, ktorá bude vzhľadom na stále sa zvyšujúcu rýchlosť mapovania SNP dostupná v blízkej budúcnosti, budú informácie o 9 000 000 SNP haploidnej množiny. Vďaka HapMar, ktorý zahŕňa nielen SNP už zmapovaných génov so známymi fenotypmi, ale aj SNP zatiaľ neidentifikovaných génov, vedci dostávajú výkonný univerzálny navigátor potrebný na hĺbkovú analýzu genómu každého jednotlivca, pre rýchlu a efektívnu mapovanie génov, ktorých alelické varianty predisponujú k rôznym multifaktoriálnym ochoreniam, vykonávať rozsiahle štúdie v oblasti genetiky ľudskej populácie, farmakogenetiky a individuálnej medicíny.
Podľa Francisa Collinsa, riaditeľa Národného inštitútu pre výskum ľudského genómu (USA): „Už pri diskusii o programe ľudského genómu pred 20 rokmi som sníval o čase, keď sa genomický prístup stane nástrojom na diagnostiku, liečbu a prevenciu závažných ochorení. choroby, ktoré postihujú chorých ľudí, zaplavujú naše nemocnice, kliniky a ordinácie lekárov. Úspech
Projekt NarMar nám dnes umožňuje urobiť vážny krok k tomuto snu“ (http://www.the-scientist.com/2006/2/1/46/1/).
Pomocou techniky HapMar bolo skutočne možné rýchlo zmapovať gén zodpovedný za makulárnu degeneráciu, identifikovať hlavný gén a niekoľko génových markerov srdcových chorôb, identifikovať oblasti chromozómov a nájsť gény spojené s osteoporózou, bronchiálnou astmou, typu 1 a typu 2. cukrovka, ako aj s rakovinou prostaty. Pomocou technológie HapMar je možné vykonávať nielen celogenómový skríning, ale aj študovať jednotlivé časti genómu (fragmenty chromozómov) a dokonca aj kandidátske gény. Kombinácia technológie Nar-Mar s možnosťami hybridizačných DNA čipov s vysokým rozlíšením a špeciálnym počítačovým programom sprístupnila celogenómový asociačný skríning a urobila skutočnú revolúciu v prediktívnej medicíne v zmysle efektívnej identifikácie génov náchylnosti na rôzne MD (viď. kapitoly 8 a 9).
Vzhľadom na to, že genetický polymorfizmus nie je v žiadnom prípade obmedzený na OCD a molekulárne variácie genómu sú oveľa rozmanitejšie, vedci a vydavatelia vedeckého časopisu Human Mutation Richard Cotton (Austrália) a Haig Kazazian (USA) iniciovali projekt Human Variom Project, ktorého cieľom je vytvoriť univerzálne bankové údaje, ktoré obsahujú informácie nielen o mutáciách vedúcich k rôznym monogénnym ochoreniam, ale aj o polymorfizmoch predisponujúcich k multifaktoriálnym ochoreniam - http://www.humanvariomeproject.org/index.php?p = News . Vzhľadom na pomerne konvenčné hranice medzi „polymorfizmom“ a „mutáciami“ možno vytvorenie takejto univerzálnej knižnice variácií genómu len privítať.
Žiaľ, musíme priznať, že ak v prípade projektu Human Genome v Rusku predsa len prebehli nejaké pokusy o účasť na spoločnom výskume, tak do realizácie medzinárodného projektu NarMar sa domáci vedci prakticky nezapájali. V súlade s tým je použitie technológie celogenómového skríningu SNP v Rusku pri absencii potrebného hardvéru a softvéru veľmi problematické, zatiaľ čo vzhľadom na populačné charakteristiky genetického polymorfizmu je zavedenie technológie GWAS v Rusku absolútne nevyhnutné (pozri kapitolu 9 ).
S hlbokým poľutovaním musíme konštatovať, že už existujúca obrovská priepasť medzi domácou a vyspelou svetovou vedou v oblasti štúdia ľudského genómu sa po ukončení programu NarMar len rýchlo zväčší.
1.2.З.2. Nové projekty na štúdium ľudského genómu
Projekt NarMar nie je zďaleka jediný, hoci je v súčasnosti najpokročilejší vo výskume štrukturálnej a funkčnej organizácie ľudského genómu. Ďalším medzinárodným projektom je ENCODE “Encyclopedia of DNA Elements”, iniciovaný Národným inštitútom pre výskum ľudského genómu (NIHGR). Jeho cieľom je presne identifikovať a zmapovať všetky gény syntetizujúce proteíny a funkčne významné prvky ľudského genómu. Ako pilotná štúdia je zámerom projektu opakovane sekvenovať a podrobne študovať fragment genómu merajúci až 1 % celkovej dĺžky DNA. Najpravdepodobnejším kandidátom je genómová oblasť s veľkosťou približne 30 megabáz (milión bp) v krátkom ramene chromozómu 6. Práve tam sa nachádza lokus HLA, ktorý je veľmi zložitý zo štrukturálneho a funkčného hľadiska a je zodpovedný za syntézu histokompatibilných antigénov. , je umiestnený. Plánuje sa sekvenovať oblasť HLA u 100 pacientov s autoimunitnými ochoreniami (systémový lupus erythematosus, diabetes 1. typu, roztrúsená skleróza, bronchiálna astma atď.) a u 100 somaticky zdravých darcov, aby sme pochopili molekulárnu povahu génových znakov u týchto patológie. Podobným spôsobom sa očakáva identifikácia kandidátskych génov v lokusoch, ktoré vykazujú nenáhodné spojenie s častými závažnými ochoreniami multifaktoriálnej povahy. Výsledky projektu ENCODE sú už čiastočne publikované, lokus HLA v ňom však nie je zahrnutý.
Ďalší projekt - NIHGR "Chemical Genomics" - si kladie za cieľ vytvoriť verejne prístupnú knižnicu chemických látok, najmä organických zlúčenín, vhodných na štúdium hlavných metabolických dráh tela, priamo interagujúcich s genómom a perspektívnych pre tvorbu nových liekov.
Projekt Genome to Life sa zameriava na metabolické vlastnosti a organizáciu genómov jednobunkových organizmov, ktoré sú patogénne pre ľudí. Predpokladá sa, že výsledkom jeho realizácie budú počítačové modely reakcie mikróbov na vonkajšie vplyvy. Výskum sa zameria na štyri hlavné oblasti: bakteriálne proteíny, regulačné mechanizmy funkcie génov, mikrobiálne asociácie (symbióza), interakcia s ľudským telom (www.genomestolife.org).
Napokon, hlavná organizácia na financovanie vedeckých projektov v Spojenom kráľovstve, Wellcome Trust, vytvorila Štrukturálne genomické konzorcium. Jeho cieľom je využiť dáta zo štúdia ľudského genómu na zvýšenie efektivity hľadania a syntézy nových cielených liekov.
S prediktívnou medicínou a farmakogenetikou priamo súvisí aj projekt Environmental Genome Project, ktorý vzniká v USA a západnej Európe. Niektoré detaily tohto projektu budú diskutované v nasledujúcej kapitole.
