Реферати українською » Биология » Картування складно успадкованих ознак людини


Реферат Картування складно успадкованих ознак людини

Страница 1 из 3 | Следующая страница

>Картирование складно наслідуваних ознак людини


Запровадження

Протягом кількох років генетика людини досягла значних успіхів. Звісно, ще з перевідкриття законів Менделя була очевидною, що людина підпорядковується тим самим законам спадковості, що інші організми. Понад те, саме аналіз наслідування сімейних захворювань переконливо я свідчив у користьменделизма. Проте, попри це багатообіцяючий початок, генетика людини набагато відставала приватної генетики таких організмів, як дрозофіла і кукурудза, з двох головним причин. По-перше, люди й не лабораторні тварини, із якими робити схрещування, адекватні цілям експерименту, і, по-друге, виявлено лише незначну число генетичних маркерів, ступіньгетерозиготности якими, дозволяла розглядати які у природному популяції шлюби як інформативні для аналізу зчеплення.

Розробка методу рекомбінантних ДНК стала імпульсом у розвиток генетики людини. Прозвучало припущення, що генетичний поліморфізм лише на рівні послідовностей ДНК, що можна легко спостерігати з прикладу поліморфізму довжинирестрикционних фрагментів, – досить поширене явище й формує відповідніаллельние варіанти можуть використовуватися як генетичні маркери, дозволяють проводити систематичне вивчення спадковості людини, включаючи побудова повної картини його геному.

Сьогодні відоме понад 2500ПДРФ-маркеров. Аналіз декого з тих в родоводів з хворими виявивПДРФ-маркери, виявляють тісне генетичне зчеплення з м'язову дистрофіюДюшенна, хворобоюГентингтона, муковісцидозом 7–10,поликистозом нирок і дорослі,ретинобластомой 12, ранньої сімейної формою хвороби Альцгеймера, біполярнимаффективним психозом у великих родоводуамишей,нейрофиброматозомРеклингаузена, множинної ендокринноїнеоплазией типу2А і сімейнихполипозом. Понад те, значний прогрес у будівництві генетичної карти людини обіцяє зробити процес пошуку зчеплень ефективнішим з допомогою заміни випадкового виборуПДРФ систематичним аналізом всіхПДРФ,диспергированних за геномом людини.

Досягнуті успіхи переконують нам у тому, що з будь-якого захворювання дозволить бути знайдено зчеплений з неюПДРФ-маркер за умови, що спричинити цю недугу:

1) наслідується як простийменделеевский ознака –рецессивний чи домінантний;

2) виникає внаслідок мутації в унікальному генному локусі;

3) досить поширена, щоб було зібрати необхідну кількість родин зі кількома ураженими.

На жаль, дуже частина з цікавлять нас спадкових ознак людини обумовлені генетичними причинами, менш підходящими для такого аналізу. Труднощі зводяться до чого:

1) неповнапенетрантность, внаслідок якої все індивіди – носіїмутантного генотипу, виявляють фенотип, відмінний від норми;

2)фенокопии, через які індивіди з генотипом можуть проявити мутантний фенотип з причиннегенетического характеру;

3) генетична гетерогенність, завдяки якому мутації з кількох різним генетичнимлокусам можуть дати цілком подібну клінічну картину;

4) генні взаємодії, через які фенотип є наслідком функціонування алелів кількох локусів;

5) рідкість захворювання, яка може утруднити або ж зробити неможливим аналіз родин зі кількома хворими індивідами.

Ці дві проблеми звичні під час аналізу таких добре вивчених об'єктів, як бактерії, дріжджі, нематоди і плодові мушки. Очевидно, і творча людина цьому плані перестав бути винятком. Щоб подолати зазначені труднощі, генетики зазвичай працюють із чистими лініями, несучими мутацію по одиничномулокусу, культивуючи дуже багато особин в контрольованих умовах і проводячи цілеспрямовані схрещування. У генетиці людину припадає, проте, аналізувати вже наявні шлюби.

У роботі ми даємо огляд основних принципів, основі яких планується вивчення генетичного зчеплення в людини у разі, коли виникають зазначені ускладнення. Акцент буде зроблено за практичних питаннях відбору родин зі метою максимізації ймовірності виявлення зчеплення. Ми не докладно на обчислювальних і такі суто алгебраїчних аспектах такого аналізу. Слід зазначити, що оптимальний планування аналізу зчеплення істотно залежить від точності моделі наслідування захворювання, але це нечасто буває відомо заздалегідь. Якщо генетика насправді дуже складна, аналіз зчеплення явно буде неуспішним. Тому "вибір плану залежить певною мірою від знання можливих ускладнень. Зауважимо, що точне планування значно збільшує міць аналізу зчеплення щодо захворювань зі складною типом наслідування.


1. Основи аналізу зчеплення

Основи аналізу генетичного зчеплення досить повно викладені у роботіОтта. Ми лише підсумуємо тут засадничі поняття аналізу правдоподібності.

Припустимо, що хочемо порівняти робочу гіпотезу М з альтернативної «нульової» гіпотезою Але. Гіпотеза М, приміром, може стверджувати, що локусПДРФ зчеплений з захворюванням з 10-відсотковій частотою рекомбінацій, до того ж час по гіпотезі. Але зчеплення може зовсім заперечуватиметься. Після збору сімейних даних ми підраховуємо дві ймовірності: Р – можливість, що спостережувані дані не суперечать основний гіпотезі М, коли він справжня, іРо-вероятность те, що самі дані могли з'явитися, коли правильна гіпотеза Але. Щодо Р / Ро можна очікувати, наскільки імовірніше поява можна побачити даних за умови істинності М, аніж за умови істинності Але – Якщо цей показник перевершує який-небудь досить великий поріг Т, ми відкидаємо Але на користь гіпотези М.

За угодою, в генетиці людини воліють використовувати десяткові логарифми відносин ймовірностей, іменованілод-баллами. Відносини ймовірностей для незалежних вибірок можуть бути шляхомперемножения, отже,лод-балли, отримані з незалежнимвиборкам, можуть простосуммироваться.

При плануванні аналізу виникають двоє ключових запитань.

1. Поріг: якою повинна бути величина порога Т, щоб знизити до прийнятною величини помилково відкинути нульову гіпотезу М0, у разі, коли вона дійсності правильна?

2. Необхідна величина вибірки: як велика мусить бути вибірка у тому, щоб було з великою достовірністю прийняти гіпотезу М у разі, коли він справді правильна?

У генетиці людини прийнята величина порога для одиничного спостереження зчеплення відповідає відношенню шансів незгірш від ніж 1000:1 і значеннямлод-балла 3,0. Цей поріг такою суворий, як здається. Два випадково вибраних локусу в геномі людини, найімовірніше, вміщено у різних хромосомах чи різних хромосомних плечах, якщо йдеться одну хромосомі. При грубої оцінці є шансів 50:1 проти зчеплення. Навіть якщо взяти, відповідно до піднаглядним даним, ймовірність зчеплення в 1000 разів перевищує ймовірність його, те що, що загалом разі відсутність зчеплення в 50 раз більш правдоподібно, ніж його наявність, означає, щолод-балл, рівний 3, відповідає істинної величині відносини шансів за зчеплення лише 20:1. Інакше кажучи, за значеннялод-балла, рівному 3, у одному з 20 випадків то, можливо помилковий результат. При величинілод-балла, рівної 4, результат за наявність зчеплення буде фіктивним щодо одного випадку із 200.

Необхідний розмір вибірки може бути встановлений підрахунком очікуваного вкладу кожної сім'ї у сумулод-баллов. При заданої структурі сім'ї підраховується «очікуване значеннялод-балла», чиELOD. Необхідно набрати достатньо сімей, щоб сума очікуванихлод-баллов значно перевищила поріг, необхідний до ухвалення гіпотези про наявність зчеплення.

Сила методу правдоподібності – у його гнучкості. За наявності генних взаємодій, приміром, можна перевірити гіпотезу, за якою для прояви хвороби потрібна наявність мутацій одночасно за обомалокусам. У разі з генетичної гетерогенністю можна перевірити гіпотезу у тому, що з прояви захворювання досить мутації за будь-яким із двох локусів. У такій ситуації це, що у кожній родині спостерігатиметься зчеплення лише з однією з цих двох локусів.


2. Карта генетичного зчеплення геному людини

Генетика людини істотно просунеться уперед із появою повної карти зчеплення. Така карта складатиметься з маркерівПДРФ, рівномірно розкиданих за всіхромосомам, покриваючи загалом близько 3300сантиморганид.

Протягом кількох років у цьому напрямку зроблено значний крок уперед. Наприкінці 1987 р.Донис-Келлер повідомив про будівництво картки 403 локусів геному людини, розподілених за всіма групами зчеплення відповідно числу хромосом. У цей час Вайт поширив буклети, містять255-локусную карту, з групами зчеплення, які охоплюють 17 з 23-х хромосом. Оскільки перекриття між наборами маркерів, вивченими у тих двох групах, невелика, можливо побудова600-локусной сумарною карти. З огляду на, що на даний час цими та інші групами дослідниківкартируется велику кількість додатковихПДРФ-маркеров, видається цілком реальним, що у нашому розпорядженні виявиться карта понад 1000ПДРФ. Ця карта матиме у середньому одному маркерові на кожні 3 див.

Така щільна картаПДРФ-маркеров надзвичайно зручна для аналізу людського геному.

1. Усі без винятку сімей опиняються повністю інформативними для аналізу зчеплення. Коли аналізі зчеплення використовуються випадкові інекартированниеПДРФ-маркери,мейози, що відбуваються в індивідів,гомозиготних однієї зі них, є інформативними для аналізу зчепленняПДРФ-маркера з цікавлячим нас захворюванням. Наявність щільною карти дозволяє, проте, вибирати у кожному районі кілька близько розташованихПДРФ в такий спосіб, щоб усе індивіди були явногетерозиготними хоча би за одного з них. Одержання такий інформації дозволяє здійснити аналізполилокусного зчеплення з допомогою комп'ютера.

2.Наследование локусу, відповідального за захворювання, можна простежити суворіше, використовуючифланкирующие маркери.Бели між маркерами, розташованими з обох боків від можливого локусу, відповідального за хвороба, рекомбінація немає, можна бути впевненим, що це локус, розташований з-поміж них, успадковувався що з цими маркерами. Насправді, в генетиці які вже вважається, що "аналіз із таких потрійнимперекрестам багато точніше, ніж у подвійним. Підвищена точність спрощує процедуру прийняття або гіпотези, отже, зменшує необхідне аналізу кількість сімей.

3. Можна одночасно простежити успадкування кількох різних районів геному. Це дозволяє визначити зчеплення у разі генетичної гетерогенності захворювання.

Вважаємо, у майбутньому аналіз зчеплення спочатку грунтуватиметься на використанні стандартного набору приблизно 150–200 високоінформативнихПДРФ-маркеров, розподілених з усьогогенному, з інтервалом близько 15–20 див. Коли все студійовані родовідні виявлятьсягенотипировенними в кожномумаркерномулокусу, проведуть комп'ютерний аналіз,тестирующий кожна така ділянку на наявність шансів за зчеплення. Будь-який фрагмент, може бути зчеплений з досліджуваним ознакою, буде вивчено потім докладніше з допомогою щільною картиПДРФ, приміром, із щільністю один маркер на кожні 3 див. Це дозволить витягти усю інформацію, закладену в родоводу, підвищить величинулод-балла. Природно, у разі планування такого аналізу є досить доречним питання: скільки сімей необхідно, щоб за наявності рідкісної картиПДРФ вловити хоча б натяк на зчеплення, а щільною картиПДРФ матимуть можливість довести зв'язок із визначеністю наявність зчеплення?


3. Планування аналізу зчеплення для хвороб з простим типом наслідування

Під простим типом наслідування ми розуміємо, що хвороба: 1) наслідується як класичнийменделеевский домінантний чирецессивний ознака, що виявляє повнупенетрантность, і 2) викликана мутаціями щодо одного локусі. Дані точних епідеміологічних досліджень захворювання зазвичай дає підстави очікувати, справедливо першу умову чи ні. На противагу цьому друге умова зазвичай настає приймати на віру: немає такої потужної методу як доказ те, що мутації за однимлокусу є причиною захворювання, й те водночас є багато приводів поставити під сумнів цьому. Але даному питанню ми повернемося пізніше, під час обговорення генетичної гетерогенності.

ХворобаГентингтона і муковісцидоз є яскравими прикладами ознак з домінантним ірецессивним типом наслідування, відповідно. Виявляється, що у обох випадках хвороба – слідство мутацій одиничного локусу.

Для захворювання з простим типом наслідування щодо легко побудувати карту зчеплення.Рассчитав сумуELOD-баллов, можна прямо оцінити необхідну величину вибірки. На рис. А, Б показано число ядерних родин зі двома чи трьома ураженими, потрібної, щоб гарантувати50%-ную можливість успіху прикартировании домінантної чирецессивного ознаки. Ця кількість є функцією щільності розташування використовуванихПДРФ-маркеров. Малюнок демонструє кількість сімей, необхідне 1) у разі, коли кілька людей маркеріврестрикционного поліморфізму використовуються в окремішності, і 2) якщо задіяний весь потенціал картиПДРФ, тобто. використовуютьсяфланкирующие маркери. Відповідно до рис. 1, необхідну кількість сімей цілком ефективно за наявності геномної картиПДРФ, віддалених друг від друга з відривом 20–30 див.

Далі ми розглянемо ознаки з складнішим типом спадковості й обговоримо проблеми, які під час їхкартировании з допомогою аналізу зчеплення, і шляхи їх подолання.

4. Ускладнення: неповнапенетрантность та системні помилки клінічної діагностики

Генетичний ознака, для прояви якої необхідний додаткові чинники, виявляє неповнупенетрантность. Ці чинники можуть містити умови довкілля, генетичне нахил, і навіть випадковість. Простий приклад –ретинобластома, коли він у індивідів,наследующих одну дефектну копіюрецессивногоонкогена, розвивається рак, якщо друга копіяинактивирована подіями у соматичних клітинах; це випадкове подія зустрічається досить часто, томупенетрантность висока. У родинах дівчаткам із спадковими формами хвороби Альцгеймера захворювання може проявити повнупенетрантность просто тому, деякі уражені загинуть з інших причин, не проявивши симптомів. Синдром Верніке – Корсакова викликаний, очевидно, мутацією, що призводить до слабшому проти нормою приєднаннятранскетолазойтиаминпирофосфата, проте клінічний фенотип виявляється лише в хворих, котрі дієту,обедненнуютиамином; в такий спосіб, ступіньпенетрантности може широко варіювати залежно та умовами довкілля та точності визначення фенотипу. Багато захворювання, такі, як спадкові форми маніакально-депресивного психозу, виявляють неповнупенетрантность з невідомих причин.



Що стосується хвороби,наследуемой як домінантний ознака з повнимпенетрантностью, здорові діти від шлюбу з однією хворим батьком як і інформативні, як і діти: в обох випадках ми достеменно знаємо, якийаллель локусу, відповідального за захворювання, був успадкований кожним із них. Проте, колипенетрантность неповна, генотип здорового нащадка від хворих батьків завжди неоднозначний. Не дивно, як і аналіз наслідуваних ними маркерів малий, що може дати цьому плані, оскільки ми знаємо точно, успадкували вони мутантнийаллель чи ні.Рис. 2 показує, як швидко зменшується величина сумарноголод-балла із зменшенням ступеняпенетрантности.

Проблема невизначеності генотипу здорового індивіда виникає у разірецессивного ознаки за цілковитоїпенетрантности: існують три можливих генотипу для групи здоровихсибсов, але один – для групи хворих. Для тісно зчепленого маркера ставлення шансів буде 1: у разі здоровихсибсов і одну: у разі хворих, що робить внесок у сумарнийлод-балл від хворих членів вп'ятеро меншим, ніж в здорових.Неполнаяпенетрантность лише ускладнює ситуацію.

Оцінюючи інформативність сім'ї для аналізу зчеплення, слід звернути увагу до кількістьмейозов, що породжують поява хворих індивідів. Збір даних із здоровимсибсам не призведе до помилці, але потрібно чітко уявляти, що користь від результатів цих даних для ідентифікації локусу, відповідального за хвороба, щодо невелика, крім випадків домінантності з повнимпенетрантностью.

Слід враховувати, що неповнапенетрантность ^помітно ускладнює аналіз зчеплення. Якщопроверяемую на зчеплення модель не закладено відповідна ступінь неповнотипенетрантности, тоді справжнє зчеплення можна повністю переглянуто:

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація