Идентификация гена заболевания
Идентификация генов заболеваний – это процесс, с помощью которого ученые идентифицируют мутантные генотипы, ответственные за наследственное генетическое заболевание . Мутации в этих генах могут включать замены отдельных нуклеотидов, добавления/удаления отдельных нуклеотидов, делеции всего гена и другие генетические аномалии.
Значение
[ редактировать ]Знание того, какие гены (когда они нефункциональны) вызывают какие нарушения, упростит диагностику пациентов и даст представление о функциональных характеристиках мутации. Появление современных технологий высокопроизводительного секвенирования в сочетании с знаниями, полученными в развивающейся области геномики , приводит к более быстрой идентификации генов заболеваний, что позволяет ученым выявлять более сложные мутации.
Общая процедура идентификации гена
[ редактировать ]Методы идентификации генов болезней часто следуют одной и той же общей процедуре. ДНК сначала собирают у нескольких пациентов, у которых предположительно имеется одно и то же генетическое заболевание. Затем образцы их ДНК анализируются и проверяются, чтобы определить вероятные области, где потенциально может находиться мутация. Эти методы упомянуты ниже. Эти вероятные области затем выстраиваются друг с другом, и перекрывающаяся область должна содержать мутантный ген. Если известна достаточная часть последовательности генома, в этой области ведется поиск генов-кандидатов . Кодирующие области этих генов затем секвенируются до тех пор, пока не будет обнаружена мутация или не обнаружен другой пациент, и в этом случае анализ можно повторить, потенциально сужая интересующую область.
Различия между большинством процедур идентификации генов заболеваний заключаются на втором этапе (когда образцы ДНК анализируются и проверяются для определения областей, в которых может находиться мутация).
Прегеномные методы
[ редактировать ]Без помощи полногеномных последовательностей предгеномные исследования изучали избранные участки генома, часто с минимальным знанием последовательностей генов, которые они изучали. Генетические методы, способные предоставить такого рода информацию, включают анализ полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ) и микросателлитный анализ.
Потеря гетерозиготности (LOH)
[ редактировать ]Потеря гетерозиготности (LOH) — это метод, который можно использовать только для сравнения двух образцов от одного и того же человека. LOH-анализ часто используется при выявлении онкогенов , вызывающих рак , поскольку один образец состоит из (мутантной) опухолевой ДНК, а другой (контрольный) образец состоит из геномной ДНК из нераковых клеток одного и того же человека. RFLP и микросателлитные маркеры предоставляют образцы полиморфизмов ДНК, которые можно интерпретировать как находящиеся в гетерозиготной или гомозиготной области генома. При условии, что все индивидуумы поражены одним и тем же заболеванием, возникающим в результате проявления делеции единственной копии одного и того же гена, все индивидуумы будут содержать один регион, где их контрольный образец гетерозиготен, а мутантный образец гомозиготен - этот регион будет содержать ген болезни. [1] [2]
Постгеномные методы
[ редактировать ]С появлением современных лабораторных методов, таких как высокопроизводительное секвенирование и программное обеспечение, способное проводить полногеномный анализ, получение последовательностей становится все менее дорогим и трудоемким, что дает науке значительные преимущества в виде более эффективных методов идентификации генов болезней. .
Идентичность по карте происхождения
[ редактировать ]При картировании идентичности по происхождению (IBD) обычно используются массивы однонуклеотидного полиморфизма (SNP) для исследования известных полиморфных участков по всему геному затронутых людей и их родителей и/или братьев и сестер, как затронутых, так и незатронутых. Хотя эти SNP, вероятно, не вызывают заболевания, они дают ценную информацию о составе рассматриваемых геномов. Область генома считается идентичной по происхождению, если смежные SNP имеют один и тот же генотип. При сравнении пораженного человека с его/ее пораженным братом или сестрой регистрируются все идентичные регионы (например, заштрихованы красным на рисунке выше). Учитывая, что пораженный брат и сестра не имеют одинакового фенотипа заболевания, их ДНК по определению должна быть разной (за исключением присутствия генетических модификаторов или модификаторов окружающей среды ). Таким образом, результаты картирования ВЗК могут быть дополнительно дополнены путем удаления любых областей, которые идентичны как у больных людей, так и у здоровых братьев и сестер. [3] Затем это повторяется для нескольких семей, в результате чего образуется небольшой перекрывающийся фрагмент, который теоретически содержит ген заболевания.
Картирование гомозиготности/аутозиготности
[ редактировать ]Картирование гомозиготности/автозиготности — мощный метод, но он действителен только при поиске мутации, сегрегирующей внутри небольшой закрытой популяции. Такая небольшая популяция, возможно, созданная эффектом основателя , будет иметь ограниченный генофонд, и, таким образом, любое наследственное заболевание, вероятно, будет результатом разделения двух копий одной и той же мутации на одном и том же гаплотипе . Поскольку затронутые индивидуумы, вероятно, будут гомозиготными в этих регионах, изучение SNP в регионе является адекватным маркером регионов гомозиготности и гетерозиготности. Современные массивы SNP используются для исследования генома и выявления крупных областей гомозиготности. Гомозиготные блоки в геномах больных людей затем можно накладывать друг на друга, и перекрывающаяся область должна содержать ген заболевания. [4]
Этот анализ часто расширяется за счет анализа аутозиготности , расширения гомозиготности, в геномах больных людей. [5] Этого можно достичь путем построения совокупного показателя LOD рядом с наложенными блоками гомозиготности. Принимая во внимание частоты популяционных аллелей для всех SNP посредством картирования автозиготности, можно подтвердить результаты гомозиготности. [5] Более того, если в результате картирования гомозиготности появляются два подозрительных региона, картирование автозиготности может позволить отличить их друг от друга (например, если один блок гомозиготности является результатом очень неразнообразной области генома, показатель LOD будет быть очень низким).
Инструменты для картирования гомозиготности
- HomSI: идентификатор гомозиготного участка из данных секвенирования следующего поколения. [6] Инструмент, который идентифицирует гомозиготные регионы с использованием данных глубокой последовательности.
Полногеномные исследования нокдауна
[ редактировать ]Полногеномные исследования нокдауна являются примером обратной генетики, ставшей возможной благодаря получению целых последовательностей генома, а также появлению геномики и технологий подавления генов, в основном siRNA и делеционного картирования . Полногеномные исследования нокдауна включают систематическое нокдаун или удаление генов или сегментов генома. [7] Обычно это делается на прокариотах или в среде тканевой культуры из-за огромного количества нокдаунов, которые необходимо выполнить. [8] После того, как систематический нокаут завершен (и, возможно, подтвержден анализом экспрессии мРНК), можно наблюдать фенотипические результаты нокдауна/нокаута. Параметры наблюдения могут быть выбраны для нацеливания на высокоспецифичный фенотип. [8] Затем полученный набор данных запрашивается на наличие образцов, которые демонстрируют фенотипы, соответствующие рассматриваемому заболеванию – ген(ы), нокаутированный/выключенный в указанных образцах, затем может считаться геном-кандидатом заболевания для рассматриваемого человека.
Полное секвенирование экзома
[ редактировать ]Секвенирование всего экзома — это грубый подход, который включает в себя использование современных технологий секвенирования и инструментов сборки последовательностей ДНК для объединения всех кодирующих частей генома. Затем последовательность сравнивают с эталонным геномом и отмечают любые различия. После фильтрации всех известных доброкачественных полиморфизмов, синонимичных изменений и интронных изменений (не затрагивающих сайты сплайсинга) останутся только потенциально патогенные варианты. Этот метод можно комбинировать с другими методами для дальнейшего исключения потенциально патогенных вариантов, если будет выявлено более одного. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бейкер С.Дж., Фирон Э.Р., Нигро Дж.М., Гамильтон С.Р., Прейзингер А.С., Джессап Дж.М., ванТуйнен П., Ледбеттер Д.Х., Баркер Д.Ф., Накамура Ю., Уайт Р., Фогельштейн Б. (апрель 1989 г.). «Делеции 17 хромосомы и мутации гена p53 при колоректальном раке». Наука 244 (4901): 217–21. Бибкод : 1989Sci...244..217B . дои : 10.1126/science.2649981 . ПМИД 2649981 .
- ^ Ли А.С., Со Ю.К., Чанг А., Тохари С., Ю К.В., Сеоу-Чон Ф., МакГи Дж.О. (сентябрь 2000 г.). «Детальное картирование делеции хромосомы 11q23 при колоректальной карциноме» . Бр. Дж. Рак . 83 (6): 750–5. дои : 10.1054/bjoc.2000.1366 . ПМЦ 2363538 . ПМИД 10952779 .
- ^ Белл Р., Херринг С.М., Гокул Н., Монита М., Гроув М.Л., Бурвинкль Э., Дорис П.А. (июнь 2011 г.). «Идентификация с высоким разрешением путем картирования происхождения раскрывает генетическую основу различий в артериальном давлении между линиями крыс со спонтанной гипертензией» . Цирк кардиоваскулярных заболеваний . 4 (3): 223–31. doi : 10.1161/CIRCGENETICS.110.958934 . ПМК 3116070 . ПМИД 21406686 .
- ^ Шерман Э.А., Штраус К.А., Торторелли С., Беннетт М.Дж., Кнерр И., Мортон Д.Х., Пуффенбергер Э.Г. (ноябрь 2008 г.). «Генетическое картирование глутаровой ацидурии типа 3 на хромосоме 7 и выявление мутаций в c7orf10» . Являюсь. Дж. Хум. Жене . 83 (5): 604–9. дои : 10.1016/j.ajhg.2008.09.018 . ПМК 2668038 . ПМИД 18926513 .
- ^ Jump up to: а б Броман К.В., Вебер Дж.Л. (декабрь 1999 г.). «Длинные гомозиготные хромосомные сегменты в эталонных семьях из центра исследований полиморфизма человека» . Являюсь. Дж. Хум. Жене . 65 (6): 1493–500. дои : 10.1086/302661 . ПМЦ 1288359 . ПМИД 10577902 .
- ^ Зелиха Гёрмез; Бурджу Бакир-Гунгор; Махмут Шамиль Сагироглу (февраль 2014 г.). «HomSI: идентификатор гомозиготного участка из данных секвенирования следующего поколения» . Биоинформатика . 30 (3): 445–447. doi : 10.1093/биоинформатика/btt686 . ПМИД 24307702 .
- ^ Луо Дж., Эмануэле М.Дж., Ли Д., Крейтон С.Дж., Шлабах М.Р., Уэстбрук Т.Ф., Вонг К.К., Элледж С.Дж. (май 2009 г.). «Полногеномный скрининг РНКи выявляет множественные синтетические летальные взаимодействия с онкогеном Ras» . Клетка . 137 (5): 835–48. дои : 10.1016/j.cell.2009.05.006 . ПМЦ 2768667 . ПМИД 19490893 .
- ^ Jump up to: а б Фортье С., Билодо М., Макрэ Т., Лавердюр Ж.П., Аскойтиа В., Жирар С., Чаграуи Дж., Рингет Н., Эбер Дж., Кросл Дж., Майотт Н., Соважо Дж. (2010). «Полногеномный опрос детерминант судьбы стволовых клеток млекопитающих с помощью вложенных делеций хромосом» . ПЛОС Генет . 6 (12): e1001241. дои : 10.1371/journal.pgen.1001241 . ПМК 3000362 . ПМИД 21170304 .
- ^ Chen WJ, Lin Y, Xiong ZQ, Wei W, Ni W, Tan GH, Guo SL, He J, Chen YF, Zhang QJ, Li HF, Lin Y, Murong SX, Xu J, Wang N, Wu ZY (декабрь 2011 г.) ). «Секвенирование экзома выявляет усеченные мутации в PRRT2, которые вызывают пароксизмальную кинезигенную дискинезию». Нат. Жене . 43 (12): 1252–5. дои : 10.1038/ng.1008 . ПМИД 22101681 . S2CID 16129198 .
- ^ Джонсон Г.К., Эспозито Л., Баррат Б.Дж., Смит А.Н., Хьюард Дж., Ди Дженова Дж., Уэда Х., Корделл Х.Дж., Ивс И.А., Дадбридж Ф., Твеллс Р.К., Пейн Ф., Хьюз В., Натленд С., Стивенс Х., Карр П., Туомилехто -Вольф Э., Туомилето Дж., Гоф С.К., Клейтон Д.Г., Тодд Дж.А. (2001). «Мечение гаплотипов для идентификации генов распространенных заболеваний». Нат Жене . 29 (2): 233–7. дои : 10.1038/ng1001-233 . ПМИД 11586306 . S2CID 3388593 .