Лекция 7 ПРОЕКТ «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА». КАРТЫ ГЕНОВ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ презентация

Лекция 7 ПРОЕКТ «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА». КАРТЫ ГЕНОВ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ.

Глубокий интерес к исследованиям наследственности человека и общий прогресс генетики создали предпосылки для осуществления в последнем десятилетии 20 века грандиозного научного международного проекта по секвенированию генома человека (определение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК), в реализации которого приняли участие 20 исследовательских групп из США, Великобритании, Японии, Франции, Германии и Китая. Глубокий интерес к исследованиям наследственности человека и общий прогресс генетики создали предпосылки для осуществления в последнем десятилетии 20 века грандиозного научного международного проекта по секвенированию генома человека (определение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК), в реализации которого приняли участие 20 исследовательских групп из США, Великобритании, Японии, Франции, Германии и Китая.

Расшифровка последовательностей нуклеотидов в ДНК всех хромосом и митохондрий, так называемого «чернового» варианта генома человека была завершена к середине 2000 года; материалы этого проекта были опубликованы в феврале 2001 года в 2-х журналах “Nature” и “Science”, и были получены независимо друг от друга международным консорциумом «Проект «Геном человека»» и «Celera», для которой сиквенс генома человека являлся коммерческим предприятием. Расшифровка последовательностей нуклеотидов в ДНК всех хромосом и митохондрий, так называемого «чернового» варианта генома человека была завершена к середине 2000 года; материалы этого проекта были опубликованы в феврале 2001 года в 2-х журналах “Nature” и “Science”, и были получены независимо друг от друга международным консорциумом «Проект «Геном человека»» и «Celera», для которой сиквенс генома человека являлся коммерческим предприятием. В апреле 2003 года был получен окончательный вариант всей последовательности гигантской (3,3х109 пар нуклеотидов) молекулы ДНК.

ЧТО ТАКОЕ "ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА"? ЧТО ТАКОЕ "ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА"? Цель проекта - выяснить последовательности азотистых оснований и положения генов (картирование) в каждой молекуле ДНК каждой клетки человека, что открыло бы причины наследственных заболеваний и пути к их лечению. В проекте заняты тысячи специалистов со всего мира: биологов, химиков, математиков, физиков и техников. Это один из самых дорогих научных проектов в истории. В 1990 г. на него потрачено 60 млн. долл., в 1991 г. - 135 млн., в 1992-1995 гг. - от 165 до 187 млн. в год , а в 1996-1998 гг. только США израсходовали 200, 225 и 253 млн. Интерес к уже полученным результатам огромен: самые цитируемые в 1998 г. авторы (не только в генетике или биологии, но во всех областях науки) Марк Адамс и Крэйг Вентер из Института исследований генома в штате Мэриленд (США) - частной компании, занимающейся только составлением "генных карт".

При проведении программы «Геном человека» были определены три основные цели этой программы: 1) создание точной генетической карты человека; 2) создание физической карты генома человека; 3) сиквенс всего генома человека.

1) Точная генетическая карта генома человека создавалась при выполнении двух условий: выявлении в геноме человека большого количества полиморфных генетических маркеров и наличия достаточного количества семей для анализа сцепления между этими маркерами и установления их взаимного расположения. 1) Точная генетическая карта генома человека создавалась при выполнении двух условий: выявлении в геноме человека большого количества полиморфных генетических маркеров и наличия достаточного количества семей для анализа сцепления между этими маркерами и установления их взаимного расположения.

Генетические маркеры необходимо было локализовать на генетической карте, установив их взаимное расположение. Это стало возможным благодаря тому, что картирование ДНК-полиморфных маркеров было проведено большинством исследователей на одной выборке семей. Это выборка включала 61 многопоколенную семью с большим числом членов в каждой семье, отобранных в исторических провинциях Франции Центром по изучению полиморфизма у человека (Centre d’Etude du Polomorhisme Humain – CEPH). Генетические маркеры необходимо было локализовать на генетической карте, установив их взаимное расположение. Это стало возможным благодаря тому, что картирование ДНК-полиморфных маркеров было проведено большинством исследователей на одной выборке семей. Это выборка включала 61 многопоколенную семью с большим числом членов в каждой семье, отобранных в исторических провинциях Франции Центром по изучению полиморфизма у человека (Centre d’Etude du Polomorhisme Humain – CEPH).

Все исследователи, которые занимались картированием ДНК-полиморфизмов, могли получить ДНК от членов этой семьи. Как только первые ДНК-маркеры были картированы по всем хромосомам, работа по маркированию новых стала быстро ускоряться, так как их надо было просто встроить в уже имевшуюся карту для каждой хромосомы. Все исследователи, которые занимались картированием ДНК-полиморфизмов, могли получить ДНК от членов этой семьи. Как только первые ДНК-маркеры были картированы по всем хромосомам, работа по маркированию новых стала быстро ускоряться, так как их надо было просто встроить в уже имевшуюся карту для каждой хромосомы. В очень короткий срок удалось создать генетическую карту для всего генома, в которой расстояние между ближайшими ДНК-маркерами не превышало в среднем 5сМ. Были созданы коммерческие наборы для определения 300 и более ДНК-полиморфизмов в геноме, которые позволили провести так называемый геномный скрининг и относительно легко картировать гены наследственных болезней. Кроме того, столь плотно заполненная маркерами генетическая карта позволила уменьшить количественные требования к семейному материалу, пригодному для изучения сцепления генов.

Многочисленные ДНК-полиморфизмы, обладающие высокой информативной ценностью, позволили в ряде случаев использовать для картирования генов наследственных болезней такой феномен, как неравновесие по сцеплению. Многочисленные ДНК-полиморфизмы, обладающие высокой информативной ценностью, позволили в ряде случаев использовать для картирования генов наследственных болезней такой феномен, как неравновесие по сцеплению. Генетические маркеры, обнаруживающие сцепление с генами наследственных болезней, встречаются в семьях с такой же частотой, как и в популяции, и инструментом для анализа сцепления является их сегрегация, зависимая или независимая от гена наследственного заболевания в конкретной семье.

В некоторых случаях, когда мутация в гене наследственного заболевания возникла относительно недавно и определенный аллель полиморфного генетического маркера очень тесно сцеплен с геном наследственного заболевания и находится с ним в фазе притяжения, это будет проявляться в том, что ген наследственного заболевания и какой-то аллель полиморфного генетического маркера будут встречаться всегда вместе. В некоторых случаях, когда мутация в гене наследственного заболевания возникла относительно недавно и определенный аллель полиморфного генетического маркера очень тесно сцеплен с геном наследственного заболевания и находится с ним в фазе притяжения, это будет проявляться в том, что ген наследственного заболевания и какой-то аллель полиморфного генетического маркера будут встречаться всегда вместе.

Неравновесие по сцеплению между разными ДНК-маркерами и генами наследственных болезней найдено при муковисцидозе, хорее Гентингтона, ФКУ, миотонической дистрофии и некоторых других наследственных болезнях. Неравновесие по сцеплению между разными ДНК-маркерами и генами наследственных болезней найдено при муковисцидозе, хорее Гентингтона, ФКУ, миотонической дистрофии и некоторых других наследственных болезнях.

2) С целью создания физической карты генома, клонированные сегменты генома человека необходимо было маркировать. Это было сделано с помощью коротких сиквенсов в 100-200 п.н. концов фрагментов, так называемых STS (sequence tagged sitеs), хромосомная локализация которых точно известна. STS легко идентифицируются с помощью ПЦР. Получено более 50 000 STS, разбросанных по геному, и во время физического картирования, когда устанавливается взаимное расположение ДНК фрагментов из геномных библиотек, эти STS используют как маркеры перекрывающихся сегментов ДНК. Из перекрывающихся сегментов ДНК, которые до этого могли быть клонированы в составе бактериальных, фаговых или дрожжевых искусственных хромосом, можно построить достаточно протяженные отрезки ДНК, которые называют контигами, из которых можно построить физическую карту хромосому.

КАРТЫ ГЕНОВ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ