ГАПЛОТИП: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ДИАГНОЗЫ, БОЛЕЗНИ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Гаплотип представляет собой область генома , который имеет тенденцию быть унаследован вместе через несколько поколений; обычно все они находятся на одной хромосоме. Гаплотипы являются продуктом генетической связи и остаются неизменными во время генетической рекомбинации.

Слово «гаплотип» происходит от сочетания слова «гаплоид» и слова «генотип». «Гаплоид» относится к клеткам с одним набором хромосом, а «генотип» относится к генетическому составу организма.

Схема распределения гаплотипов Y-хромосомы в азиатских популяциях (Источник: Moogalord через Wikimedia Commons) Следуя определению, гаплотип может описывать пару или несколько генов, которые вместе унаследованы на хромосоме от родителя, или он может описывать хромосому, полностью унаследованную от родителя, например Y-хромосому у мужчин.

Например, когда гаплотипы имеют общие гены двух разных фенотипических признаков, таких как цвет волос и цвет глаз, люди, обладающие геном цвета волос, также будут обладать другим геном цвета глаз.

Гаплотипы - один из наиболее часто используемых сегодня инструментов для изучения генеалогии, отслеживания происхождения болезней, характеристики генетической изменчивости и филогеографии популяций различных типов живых существ.

Существует множество инструментов для изучения гаплотипов, одним из наиболее часто используемых сегодня является «Карта гаплотипов» (HapMap), которая представляет собой веб-страницу, которая позволяет определить, какие сегменты генома являются гаплотипами.

Методы исследования

Гаплотипы дают возможность понять наследование генов и их полиморфизм. С открытием метода «полимеразной цепной реакции» (ПЦР) в изучении гаплотипов был достигнут большой прогресс.

В настоящее время существует множество методологий изучения гаплотипов, наиболее выдающимися из которых являются:

Секвенирование ДНК и обнаружение однонуклеотидных полиморфизмов (SNP)

Разработка технологий секвенирования следующего поколения представляет собой большой скачок в изучении гаплотипов. Новые технологии позволяют обнаруживать вариации до одного нуклеотидного основания в определенных областях гаплотипа.

В биоинформатике термин гаплотип также используется для обозначения наследования группы однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) в последовательностях ДНК.

Комбинируя программы биоинформатики с обнаружением гаплотипов с использованием секвенирования следующего поколения, можно точно идентифицировать положение, замену и эффект каждого изменения основания в геноме популяции.

Микроспутники (SSRS)

Микросателлиты, или SSRS, получили свое название от английского «S Implement Sequence Repeat and Short Tandem Repeat». Это короткие нуклеотидные последовательности, которые последовательно повторяются в пределах области генома.

Обычно микросателлиты обнаруживаются внутри некодирующих гаплотипов, поэтому, обнаруживая вариации в количестве микросателлитных повторов, можно наблюдать различные аллели в гаплотипах людей.

Молекулярные микросателлитные маркеры были разработаны для обнаружения множества гаплотипов, от определения пола растений, таких как папайя (Carica papaya), до выявления заболеваний человека, таких как серповидноклеточная анемия.

Полиморфизмы длины амплифицированных фрагментов (AFLP)

Этот метод сочетает амплификацию с реакциями ПЦР с расщеплением ДНК двумя разными рестрикционными ферментами. Этот метод обнаруживает полиморфные локусы в гаплотипах в соответствии с различными сайтами расщепления в последовательности ДНК.

Чтобы лучше проиллюстрировать эту технику, давайте представим три фрагмента ткани одинаковой длины, но разрезанные на разных участках (эти фрагменты представляют три фрагмента гаплотипа, амплифицированных ПЦР).

К тому времени, когда ткань будет разрезана, будет получено много кусков разных размеров, поскольку каждая ткань разрезается в разных местах. Упорядочивая фрагменты в соответствии с типом ткани, из которой они происходят, мы можем увидеть, где обнаруживаются различия между тканями или гаплотипами.

Диагнозы и болезни

Важным преимуществом генетического исследования гаплотипов является то, что они остаются практически неизменными или неизменными на протяжении тысяч поколений, и это позволяет идентифицировать отдаленных предков и каждую из мутаций, которые люди способствуют развитию болезней.

Гаплотипы в человечестве различаются в зависимости от рас, и, исходя из этого, в гаплотипах были обнаружены гены, вызывающие тяжелые заболевания у каждой из человеческих рас.

В проект HapMap входят четыре расовые группы: европейцы, нигерийцы, йоруба, ханьцы и японцы.

Таким образом, проект HapMap может охватывать различные группы населения и отслеживать происхождение и эволюцию многих наследственных заболеваний, поражающих каждую из четырех рас.

Одним из заболеваний, наиболее часто диагностируемых с помощью гаплотипического анализа, является серповидноклеточная анемия у человека. Это заболевание диагностируется путем отслеживания частоты африканских гаплотипов в популяции.

Поскольку африканское заболевание является родным для Африки, определение африканских гаплотипов в популяциях позволяет легко отслеживать людей, у которых есть мутация в генетической последовательности бета-глобинов в серповидных эритроцитах (характерная для данной патологии).

Примеры

С помощью гаплотипов строятся филогенетические деревья, которые представляют эволюционные отношения между каждым из гаплотипов, обнаруженных в образце гомологичных молекул ДНК или одного и того же вида, в области, в которой рекомбинация незначительна или отсутствует.

Одна из наиболее изученных ветвей гаплотипов - это эволюция иммунной системы человека. Гаплотипы, кодирующие TO11-подобный рецептор (ключевой компонент врожденной иммунной системы), были идентифицированы для геномов неандертальцев и денисовцев.

Это позволяет им отслеживать, как генетические последовательности в «современных» человеческих популяциях изменились по сравнению с последовательностями гаплотипов, которые соответствуют «предкам» людей.

Путем построения сети генетических отношений из митохондриальных гаплотипов изучается, как эффект основателя возникает у видов, поскольку это позволяет ученым определять, когда популяции перестали воспроизводиться между собой и утвердились как отдельные виды.

Распределение гаплогруппы R (Y-ДНК) в местных популяциях (Источник: Maulucioni, через Wikimedia Commons) Разнообразие гаплотипов используется для отслеживания и изучения генетического разнообразия животных, разводимых в неволе. Эти методы используются особенно для видов, за которыми трудно следить в дикой природе.

Виды животных, такие как акулы, птицы и крупные млекопитающие, такие как ягуары, слоны и другие, постоянно подвергаются генетической оценке с помощью митохондриальных гаплотипов для мониторинга генетического статуса популяций в неволе.

Ссылки

1. Бахло, М., Станкович, Дж., Скорость, Т. П., Рубио, Дж. П., Барфут, Р. К., и Фут, С. Дж. (2006). Обнаружение общего гаплотипа по всему геному с использованием данных SNP или микросателлитных гаплотипов. Генетика человека, 119 (1-2), 38-50.
2. Даннеманн М., Андрес А.М. и Келсо Дж. (2016). Интрогрессия неандертальских и денисовских гаплотипов способствует адаптивной изменчивости Toll-подобных рецепторов человека. Американский журнал генетики человека, 98 (1), 22-33.
3. Де Фрис, Х.Г., ван дер Меулен, М.А., Розен, Р., Галлей, Д.Д., Шеффер, Х., Лео, П., … и Меерман, Г.Дж. (1996). Идентичность гаплотипа между людьми, которые разделяют аллель мутации CFTR «идентичны по происхождению»: демонстрация полезности концепции совместного использования гаплотипов для картирования генов в реальных популяциях. Генетика человека, 98 (3), 304-309
4. Дели-Эспости, Массачусетс, Ливер, А.Л., Кристиансен, Ф.Т., Витт, К.С., Абрахам, Л.Дж., и Докинз, Р.Л. (1992). Предковые гаплотипы: консервативные популяционные гаплотипы MHC. Иммунология человека, 34 (4), 242-252.
5. Стипендиаты, М. Р., Хартман, Т., Хермелин, Д., Ландау, Г. М., Розамонд, Ф., и Розенберг, Л. (2009, июнь). Вывод гаплотипа ограничен правдоподобными данными гаплотипа. В Ежегодном симпозиуме по комбинаторному сопоставлению с образцом (стр. 339-352). Шпрингер, Берлин, Гейдельберг.
6. Габриэль, С.Б., Шаффнер, С.Ф., Нгуен, Х., Мур, Дж. М., Рой, Дж., Блюменштиль, Б., … и Лю-Кордеро, С. Н. (2002). Структура гаплотипических блоков в геноме человека. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. Международный консорциум HapMap. (2005). Карта гаплотипов генома человека. Природа, 437 (7063), 1299.
8. Винн, Р., и Уилдинг, К. (2018). Разнообразие гаплотипов митохондриальной ДНК и происхождение содержащихся в неволе песчаных тигровых акул (Carcharias taurus). Журнал исследований зоопарков и аквариумов, 6 (3), 74-78.
9. Ю, Й.Дж., Тан, Дж., Каслоу, Р.А., и Чжан, К. (2007). Вывод гаплотипа на данный момент - данные о генотипе отсутствуют с использованием ранее идентифицированных гаплотипов и паттернов гаплотипов. Биоинформатика, 23 (18), 2399-2406.
10. Янг, NS (2018). Апластическая анемия. Медицинский журнал Новой Англии, 379 (17), 1643–1656.