biotechnology 2012-09 0

Строение генома человека и генетические заболевания

Геном человека

Длина одного генома ~ 2 м

Кариотип

Кариотип

Пример: хромосома 22

Компоненты генома

Компоненты генома

Белок кодирующие гены

Геном человека

• Ядерный• Митохондриальный

Митохондриальный геном

Сравнение ядерного и митохондриального геномов

Статистика по геному

Статистика по геному (продолжение)

Сегментные дупликации

-широко распространены в геноме человека

Расположение генов

Гены, кодирующие РНК

Семейства генов могут объединяться в кластеры

Семейства генов

Повторы в геноме человека

Транспозоны

Лишь малая часть транспозонов человека способна к перемещению

LINE-1

Alu-повторы

Alu-повторы характерны для приматов, занимают около 10% генома человека

Патогенные варианты в ДНК

• Однонуклеотидные (SNP)– Миссенс мутации

– Нонсенс мутации

– Мутации сплайсинга

– Сдвиг рамки считывания

– Мутации, влияющие на экспрессию

• Короткие инсерции/делеции– Вариации количества повторов

• Крупные перестройки– Делеции/дупликации генов, участков хромосом

– Структурные перестройки

• Эпигенетические варианты

SNP

Craig Venter

Индивидуальный геном:

• 3,2 миллиона SNP

• 290 000 гетерозиготных инсерций/делеций (от 1 до 571 нуклеотидов)

• 559 000 гомозиготных инсерций/делеций (от 1 до82 711 нуклеотидов)

• 90 крупных инверсий

• 62 крупных CNV

Серповидноклеточная анемия(миссенс мутация)

Нонсенс мутации

Мутации сплайсинга

Сдвиг рамки считывания

SNP в геноме объединяются в гаплотипы

SNP в геноме объединяются в гаплотипы

Вариации количества повторов

Минисателлиты – 10-50 нуклеотидов

Микросателлиты – 1-4 нуклеотидаБолезнь Хантингтона

Дупликации / делеции генов

Альфа-талассемия

CNV(copy number variations)

Положение SNP и CNV

SNPCNV

Крупные перестройки

Cancer genome

Мутации(по эффекту на функцию гена)

• loss-of-function – продукт теряет функцию

• gain-of-function – продукт приобретает (усиливает) функцию

Мутации loss-of-function

Генетическое тестирование

• Анализ определенных (известных) вариантов

• Поиск мутаций (в гене, во всем геноме)

ПЦР

Болезнь Хантингтона

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов

Аллель-специфичная ПЦР

Лигирование олигонуклеотидныхзондов

Гибридизация со специфичными зондами

Секвенирование

Гетеродуплекснай анализ(для поиска гетерозиготных вариантов)

Анализ структуры белка

SNP-microarray

23andMe

Next-generation sequencing

• Таргетное секвенирование

• Экзомное секвенирование

• Полногеномное секвенирование

Cell-free fetal DNAВ крови матери с 5 недели беременности 3-6%

внеклеточной ДНК – ДНК плодаПрименение:

• Определение пола• Резус статус плода• Трисомии• Анализ различных мутаций• Полногеномное секвенирование

Высокочувствительные методы:• Real-time PCR• Масс-спектрометрия• Секвенирование

Сложности:• Низкая концентрация внеклеточной ДНК в крови• Малая доля ДНК плода в пуле внеклеточной ДНК• 50% идентичности ДНК плода и матери

в будущем

FISH(хромосомные перестройки)

GWASGenome Wide Assiciation Study

- масштабный поиск ассоциаций генотипа с заболеванием

Manhattan Plot

Муковисцидоз

Моногенное, аутосомно-рецессивное заболевание.Обнаружено более 1500 мутаций.

Фармакогенетика

Индивидуальный ответ организма на лекарственные

препараты может определяться генотипом