Проект геном человека - кратко с точки зрения педиатрии
Элементарную генетическую карту можно составить с помощью генетического сцепления, основанного на принципе, согласно которому аллели двух расположенных рядом друг с другом генетических локусов сегрегируют в семье, если они не разделены генетической рекомбинацией. Частоту рекомбинации между локусами можно использовать для оценки физического расстояния между точками.
Некоторые из первых карт генома человека были картами сцепления, основанными на наборе полиморфных генетических локусов, расположенных вдоль всего генома человека. Анализ сцепления до сих пор используется для картирования местоположения генетических изменений, ответственных за фенотипические признаки и генетические нарушения, которые наследуются по менделевскому типу. В отличие от карт сцепления, основанных на частоте рекомбинаций, физические карты строятся на основе перекрывающихся фрагментов ДНК для определения местоположения локусов относительно друг друга.
Для физического картирования хромосомной области можно использовать несколько стратегий. В одной стратегии сегменты интересующей области длиной от сотен или тысяч до нескольких миллионов пар оснований выделяют и помещают в микроорганизмы, такие как бактерии или дрожжи. Затем общие области, содержащиеся в разных организмах, можно идентифицировать и использовать эту информацию для составления карты, состоящей из перекрывающихся частей ДНК, каждая из которых содержится в разных микроорганизмах.
Затем части, содержащиеся в каждом организме, можно секвенировать, чтобы получить последовательность ДНК всего региона. Альтернативная стратегия включает разбиение всего генома на случайные фрагменты, секвенирование фрагментов, а затем использование компьютера для упорядочивания фрагментов на основе перекрывающихся сегментов. Этот полногеномный метод в сочетании с новыми технологиями секвенирования нового поколения привел к резкому ↓ стоимости секвенирования всего генома человека.
Анализ генома человека дал удивительные результаты. Число генов составляет ~20 000. Это меньше, чем ожидалось, и находится в тех же пределах, что и у многих более простых организмов. Количество белковых продуктов, кодируемых геномом, превышает количество генов. Это объясняется наличием альтернативных промоторных областей, альтернативного сплайсинга и посттрансляционных модификаций, которые могут позволить одному гену кодировать серии белковых продуктов.
Также очевидно, что большая часть генома человека не кодирует белок, при этом <5% транскрибируется и транслируется, хотя гораздо больший процент может быть транскрибирован без трансляции. Многие транскрибируемые последовательности не транслируются, а представляют собой гены, кодирующие РНК, но не выполняющие регуляторную роль. Большая часть генома состоит из повторяющихся последовательностей, которые чередуются между генами.
Некоторые из них являются мобильными генетическими элементами, которые могут перемещаться с места на место в геноме. Другие — статические элементы, которые мультиплицировались и диспергировались в ходе эволюции человека. Другие повторяющиеся последовательности могут играть структурную роль. Существуют также участки геномных дупликаций. Подобные дупликации — субстрат для эволюции, позволяющий копировать и изменять генетические повторы для выполнения новых функций в клетке.
Дупликации также могут участвовать в хромосомных перестройках, позволяя негомологичным сегментам хромосом образовывать пары во время мейоза и обмена материалом. Это еще один источник эволюционных изменений и потенциальный источник хромосомной нестабильности, ведущей к врожденным аномалиям или онкологическим заболеваниям. Низкокопийные повторы также играют важную роль в возникновении геномных нарушений. Когда низкокопийные повторы фланкируют (располагаются рядом «по соседству», «на фланге») с уникальными сегментами генома, эти области могут быть дублированы или удалены с помощью процесса, известного как неаллельная гомологичная рекомбинация.
Доступность всей геномной последовательности человека позволяет изучать большие группы генов в поисках моделей экспрессии генов или изменения генома. Микроматрицы позволяют анализировать экспрессию тысяч генов на небольшом стеклянном чипе. Все чаще исследования экспрессии генов выполняются с использованием методов секвенирования следующего поколения для получения информации обо всех транскриптах РНК в образце ткани.
В некоторых случаях профиль экспрессии генов характеризует признаки некоторых заболеваний, например рака, или изменения в ответ на терапию (рис. ниже).
Микрочип, содержащий 36 000 олигонуклеотидов. Для микрочипа использовали РНК нормальных фибробластов (помечены красным; см. стрелки) и фибробластов пациента с болезнью Ниманна-Пика, тип С (помечены зеленым). Стрелки указывают на области, в которых был обнаружен сильный сигнал гибридизации как с нормальной РНК, так и с РНК больного. Данный микрочип использовался для поиска генов, которые активно экспрессируются в фибробластах пациентов
