Идентификация гена болезни - Википедия - Disease gene identification

Идентификация гена болезни это процесс, с помощью которого ученые идентифицируют мутантные генотипы, ответственные за унаследованный генетическое расстройство. Мутации в эти гены могут входить замены отдельных нуклеотидов, добавления / удаления отдельных нуклеотидов, делеции всего гена и другие генетические аномалии.

Значимость

Знание того, какие гены (если они нефункциональны) вызывают какие расстройства, упростит диагностику пациентов и даст представление о функциональных характеристиках мутации. Пришествие современности высокопроизводительное секвенирование технологий в сочетании с идеями, полученными из растущей области геномика приводит к более быстрой идентификации генов болезни, что позволяет ученым выявлять более сложные мутации.

Хромосомы слева показывают возможные местоположения гена болезни (как определено любым из нижеприведенных методов) для пораженных людей. Красная область в «составной хромосоме» справа означает перекрытие этих областей и, таким образом, наиболее вероятное расположение гена болезни.

Процедура идентификации родового гена

Методы идентификации генов болезней часто следуют одной и той же общей процедуре. Сначала собирают ДНК у нескольких пациентов, которые, как считается, имеют одно и то же генетическое заболевание. Затем их образцы ДНК анализируются и проверяются, чтобы определить вероятные области, в которых потенциально может находиться мутация. Эти методы упомянуты ниже. Затем эти вероятные области выстраиваются друг с другом, и перекрывающаяся область должна содержать мутантный ген. Если известно достаточное количество последовательности генома, в этой области выполняется поиск гены-кандидаты. Кодирующие области этих генов затем секвенируются до тех пор, пока не будет обнаружена мутация или обнаружен другой пациент, и в этом случае анализ может быть повторен, потенциально сужая интересующую область.

Различия между большинством процедур идентификации генов болезни проявляются на втором этапе (где образцы ДНК анализируются и проверяются для определения областей, в которых может находиться мутация).

Методы пре-геномики

Без помощи полногеномных последовательностей пре-геномные исследования смотрели на избранные области генома, часто с минимальным знанием последовательностей генов, на которые они смотрели. Генетические методы, способные предоставить такую ​​информацию, включают: Полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (RFLP) анализ и микроспутник анализ.

Утрата гетерозиготности (LOH)

Утрата гетерозиготности (LOH) это метод, который можно использовать только для сравнения двух образцов от одного и того же человека. LOH-анализ часто используется при выявлении рака, вызывающего рак. онкогены в том, что один образец состоит из (мутантной) опухолевой ДНК, а другой (контрольный) образец состоит из геномной ДНК из незлокачественных клеток того же человека. ПДРФ и микросателлитные маркеры предоставляют образцы полиморфизмов ДНК, которые можно интерпретировать как нахождение в гетерозиготный регион или гомозиготный область генома. При условии, что все люди поражены одним и тем же заболеванием, возникшим в результате проявления делеции одной копии одного и того же гена, все люди будут содержать одну область, где их контрольный образец является гетерозиготным, но мутантный образец гомозиготен - эта область будет содержать ген болезни.[1][2]

Постгеномические методы

С появлением современных лабораторных методов, таких как Секвенирование с высокой пропускной способностью и программного обеспечения, способного проводить анализ на уровне всего генома, получение последовательностей становится все менее дорогостоящим и трудоемким, что дает значительную пользу науке в виде более эффективных методов идентификации генов болезней.

Идентификация по происхождению

Идентичность по происхождению (IBD) отображение обычно использует однонуклеотидный полиморфизм (SNP) массивы для исследования известных полиморфных сайтов по всему геному пораженных 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 структуре рассматриваемых геномов. Область генома считается идентичной по происхождению, если смежные SNP имеют один и тот же генотип. При сравнении пострадавшего человека с его / ее затронутым братом или сестрой регистрируются все идентичные области (например, заштрихованные красным на рисунке выше). Учитывая, что больной и здоровый брат или сестра не имеют одного и того же фенотипа болезни, их ДНК по определению должна быть разной (за исключением наличия генетической или окружающей среды). модификатор ). Таким образом, результаты картирования ВЗК могут быть дополнительно дополнены удалением любых регионов, которые идентичны как у пораженных людей, так и у незатронутых братьев и сестер.[3] Затем это повторяется для нескольких семей, создавая таким образом небольшой перекрывающийся фрагмент, который теоретически содержит ген заболевания.

Картирование гомозиготности / аутозиготности

Картирование гомозиготности / аутозиготности - это мощный метод, но он применим только при поиске мутации, сегрегации в небольшой, закрытой популяции. Такая небольшая популяция, возможно, созданная эффект основателя, будет иметь ограниченный генофонд, и, таким образом, любое наследственное заболевание, вероятно, будет результатом разделения двух копий одной и той же мутации на одной и той же гаплотип. Поскольку затронутые люди, вероятно, будут гомозиготными в регионах, рассмотрение SNP в регионе является адекватным маркером регионов гомозиготности и гетерозиготности. Современный день Массивы SNP используются для исследования генома и выявления больших участков гомозиготности. Затем гомозиготные блоки в геномах пораженных особей могут быть наложены друг на друга, и перекрывающаяся область должна содержать ген заболевания.[4]

Этот анализ часто расширяется путем анализа аутозиготность, расширение гомозиготности в геномах пораженных людей.[5] Это может быть выполнено путем построения кумулятивного Оценка LOD рядом с наложенными блоками гомозиготности. Принимая во внимание популяционные частоты аллелей для всех SNP посредством картирования аутозиготности, результаты гомозиготности могут быть подтверждены.[5] Кроме того, если в результате картирования гомозиготности появляются две подозрительные области, картирование аутозиготности может помочь различить их (например, если один блок гомозиготности является результатом очень неотличной области генома, оценка LOD будет быть очень низким).

Инструменты для картирования гомозиготности

  1. HomSI: гомозиготный идентификатор растяжения из данных секвенирования следующего поколения[6] Инструмент, который идентифицирует гомозиготные области с использованием данных глубокой последовательности.

Полногеномные нокдаун-исследования

По всему геному сбить исследования являются примером обратная генетика стало возможным благодаря приобретению полных последовательностей генома и появлению геномики и технологий подавления генов, в основном миРНК и отображение удаления. Полногеномные исследования «нокдауна» включают систематическое «нокдаун» или делецию генов или сегментов генома.[7] Обычно это делается в прокариоты или в культура ткани среды 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 в результирующий набор данных запрашиваются образцы, которые демонстрируют фенотипы, соответствующие рассматриваемому заболеванию - ген (ы), нокаутированный / отключенный в указанных образцах, затем можно считать генами-кандидатами заболевания для рассматриваемого человека.

Секвенирование всего экзома

Весь секвенирование экзома это метод грубой силы, который предполагает использование современных технологий секвенирования и Сборка последовательности ДНК инструменты для объединения всех кодирующих частей генома. Затем последовательность сравнивается с эталонный геном и любые различия отмечены. После фильтрации всех известных доброкачественных полиморфизмов, синонимичных изменений и интронный изменения (которые не затрагивают сайты сплайсинга) останутся только потенциально патогенные варианты. Этот метод можно комбинировать с другими методами для дальнейшего исключения потенциально патогенных вариантов, если будет идентифицировано более одного.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бейкер С.Дж., Фирон Э.Р., Нигро Дж. М., Гамильтон С. Р., Прайзингер А. С., Джессап Дж. М., ванТуйнен П., Ледбеттер Д.Х., Баркер Д.Ф., Накамура И., Уайт Р., Фогельштейн Б. (апрель 1989 г.). «Делеции хромосомы 17 и мутации гена p53 в колоректальных карциномах». Наука. 244 (4901): 217–21. Bibcode:1989Научный ... 244..217B. Дои:10.1126 / science.2649981. PMID  2649981.
  2. ^ Ли А.С., Со Ю.К., Чанг А., Тохари С., Ю К.В., Сео-Чоен Ф., МакГи Джо (сентябрь 2000 г.). «Подробное картирование делеций на хромосоме 11q23 при колоректальной карциноме». Br. J. Рак. 83 (6): 750–5. Дои:10.1054 / bjoc.2000.1366. ЧВК  2363538. PMID  10952779.
  3. ^ Белл Р., Херринг С.М., Гокул Н., Монита М., Гроув М.Л., Бурвинкл Е., Дорис П.А. (июнь 2011 г.). «Идентичность с высоким разрешением путем составления карты происхождения раскрывает генетическую основу различий артериального давления между линиями крыс со спонтанной гипертензией». Circ Cardiovasc Genet. 4 (3): 223–31. Дои:10.1161 / CIRCGENETICS.110.958934. ЧВК  3116070. PMID  21406686.
  4. ^ Шерман Э.А., Штраус К.А., Торторелли С., Беннетт М.Дж., Кнерр И., Мортон Д.Х., Паффенбергер Э.Г. (ноябрь 2008 г.). «Генетическое картирование глутаровой ацидурии 3 типа на хромосоме 7 и идентификация мутаций в c7orf10». Являюсь. J. Hum. Genet. 83 (5): 604–9. Дои:10.1016 / j.ajhg.2008.09.018. ЧВК  2668038. PMID  18926513.
  5. ^ а б Броман К.В., Вебер Дж. Л. (декабрь 1999 г.). «Длинные гомозиготные хромосомные сегменты в эталонных семьях из центра исследований полиморфизма человека». Являюсь. J. Hum. Genet. 65 (6): 1493–500. Дои:10.1086/302661. ЧВК  1288359. PMID  10577902.
  6. ^ Зелиха Гёрмез; Бурчу Бакир-Гунгор; Махмут Чамил Сагироглу (февраль 2014 г.). «HomSI: идентификатор гомозиготного участка из данных секвенирования следующего поколения». Биоинформатика. 30 (3): 445–447. Дои:10.1093 / биоинформатика / btt686. PMID  24307702.
  7. ^ Луо Дж., Эмануэле М.Дж., Ли Д., Крейтон С.Дж., Шлабах М.Р., Вестбрук Т.Ф., Вонг К.К., Элледж С.Дж. (май 2009 г.). «Скрининг РНКи по всему геному выявляет множественные синтетические летальные взаимодействия с онкогеном Ras». Клетка. 137 (5): 835–48. Дои:10.1016 / j.cell.2009.05.006. ЧВК  2768667. PMID  19490893.
  8. ^ а б Фортье С., Билодо М., Макрэ Т., Лавердюр Дж. П., Азкойтия В., Жирар С., Шаграуи Дж., Рингетт Н., Эбер Дж., Кросл Дж., Майотта Н., Соважо Г. (2010). «Полногеномный опрос детерминант судьбы стволовых клеток млекопитающих с помощью вложенных делеций хромосом». PLOS Genet. 6 (12): e1001241. Дои:10.1371 / journal.pgen.1001241. ЧВК  3000362. PMID  21170304.
  9. ^ 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 идентифицирует усекающие мутации в PRRT2, которые вызывают пароксизмальную кинезигенную дискинезию». Nat. Genet. 43 (12): 1252–5. Дои:10.1038 / нг.1008. PMID  22101681. S2CID  16129198.
  10. ^ Джонсон Г.К., Эспозито Л., Барратт Б.Дж., Смит А.Н., Хьюард Дж., Ди Дженова Дж., Уэда Х., Корделл Х.Дж., Ивз И.А., Дадбридж Ф., Твеллс Р.С., Пейн Ф., Хьюз В., Натленд С., Стивенс Х., Карр П., Туомилехто -Wolf E, Tuomilehto J, Gough SC, Clayton DG, Todd JA (2001). «Маркировка гаплотипов для идентификации общих генов болезней». Нат Жене. 29 (2): 233–7. Дои:10.1038 / ng1001-233. PMID  11586306. S2CID  3388593.