Единични нуклеотидни полиморфизми на PPAR-зависими гени
| Поради големия обем този материал е разположен на няколко страници: 1 2 3 |
Факултет по биоинженерство и биоинформатика, Московски държавен университет "Ломоносов". .
Курсова работа на студентка от 3 курс Бабская Евгения Михайловна
„Еднонуклеотидни полиморфизми на PPAR-зависими гени.
Зависимост на броя на полиморфизмите от древността на гена”.
Докторант 2 години ФББ
1.1. SNP, единичен нуклеотиден полиморфизъм. ……………………………. 4
1.2. Рецептори, активиращи пероксизомен пролифератор. …………………. 6
1.2.1. Клинични фенотипове на PPAR-зависими гени. 7
1.3. Единични нуклеотидни полиморфизми за популационна генетика и
2. Цели и задачи. 10
3. Методи и материали. …. 10
4. Резултати и обсъждане. единадесет
4.1. Единични нуклеотидни полиморфизми на пробните гени и всички човешки гени. единадесет
4.2. Характеризиране на позицията на полиморфизмите в гените. ………………………..14
4.3. Зависимост на броя на полиморфизмите от древността на гена. 19
7. Списък с литература. 23
8. Приложение. 25
SNP (SNP) - единичен нуклеотиден полиморфизъм. PPAR, пероксизомен пролифератор-активиращ рецептор. PPRE, пероксизомен пролифератор-чувствителни елементи. NCBI - Национален център за биотехнологична информация на САЩ. LD - неслучайно разпределение (неравновесие на връзката).
1.1. SNP, единичен нуклеотиден полиморфизъм.
Единичен нуклеотиден полиморфизъм, или SNP (произнася се "отрязък"), е заместване в ДНК последователността, когато един нуклеотид - A, T, G или C - в генома (или друга последователност) се разминава между членовете на вида(или в двойка хромозоми за индивид). Такъв полиморфизъм е резултат от заместването или загубата на отделни нуклеотиди (фиг. 1).
По принцип единичните нуклеотидни полиморфизми могат да бъдат би-, три- и тетра-алелни полиморфизми. При хората обаче три-алелните и тетра-алелните полиморфизми са толкова редки, че може да се счита, че изобщо не се срещат, поради което единичните нуклеотидни полиморфизми често се разбират като би-алелни маркери (или ди-алелни) [1].
Единичните нуклеотидни полиморфизми са многобройни, стабилни и разпръснати в генома. Този тип вариация е свързана с разнообразието на популацията, индивидуалността и въпреки че повечето от тези вариации може да не са фенотипно изразени, определени полиморфизми могат да предразположат към заболявания или да повлияят на тяхната тежест, прогресия и индивидуални отговори на лечението. Те могат да бъдат разположени в кодиращите последователности на гени, некодиращи региони на гени или в интергенни региони.
На молекулярно ниво тези функционални полиморфизми могат да повлияят на човешкия фенотип чрез намеса на двете нива на механизма за синтез на протеини: некодиращите полиморфизми могат да нарушат местата на свързване на транскрипционния фактор, местата на сплайсинг и други функционално важни места на транскрипционно ниво, докато кодиращите полиморфизми могат да причинят заместване на аминокиселини и да променят функционалните или структурни свойства на преведения протеин. Анотацията на проявата на полиморфизъм за индивидуален фенотип трябва да се фокусира върху двете нива: описание на промените в свойствата на гена и протеина.
Промените в последователността на човешката ДНК могат да доведат до развитие на заболявания и нетипични реакции към: патогени, химикали, лекарства, ваксини икакто и други фактори [2].
Единичните нуклеотидни полиморфизми на кодиращите последователности не променят непременно аминокиселинната последователност на кодирания протеин. Полиморфизмите, двете форми на които образуват една и съща последователност от полипептиди, се наричат синонимни (понякога се наричат също тихи мутации), но ако се произвежда различна полипептидна последователност, те съответно се наричат несинонимни.
Методите за откриване и изброяване на единични нуклеотидни полиморфизми са многобройни и разнообразни. Понастоящем повечето процедури включват PCR амплификация на желаното място, скъп и отнемащ време процес с ограничена автоматизация и мащабируемост [1].
Понастоящем ефективното използване на единични нуклеотидни полиморфизми в генотипирането зависи от разработването на евтини и ефективни методи за тяхното откриване.
Практическият интерес към единичните нуклеотидни полиморфизми се е увеличил значително по време на изпълнението на проекти за определяне на пълните нуклеотидни последователности на редица моделни организми. Има огромен брой единични нуклеотидни полиморфизми в човешкия геном (милиони често срещани единични нуклеотидни полиморфизми), никой друг тип геномни разлики не може да осигури такава плътност на картографирането. Този тип маркери, разстоянието между които е около 30 хиляди базови двойки, са необходими за изучаване на природата на полигенните заболявания и признаци. Само при такава плътност става възможно, чрез сравняване на големи проби от здрави и болни индивиди, да се идентифицират гени, участващи в проявата на полигенни черти, което ще позволи разработването на стандартен подход за изследване на молекулярната природа на предразположението към различни заболявания и прогнозиране на индивидуалната чувствителност къмлекарства.
Една от основните задачи на генетиците е да изолират участъци от генома, за които рискът от заболяване е повишен, чрез установяване на връзката между генетичните промени и фенотипните свойства на организма. Появата на налични данни за полиморфизми в целия геном (като единични нуклеотидни полиморфизми) изведе изследванията върху връзката на генотипа и фенотипа до недостъпно преди това ниво; характеризирането и подборът на полиморфизми за изследване се превърна в обект на повишен интерес. Един метод за избор на информативни полиморфизми е да се сравни корелацията между тях (обозначена с термина "неслучайно разпределение" (LD)), но този метод е изправен пред проблема с отклонението, когато се сравняват полиморфизми с различни честоти. Ако се сравняват полиморфизми с приблизително еднаква честота, тогава изводите за корелацията между тях са валидни. При този метод полиморфизмите се сравняват вътре и около гена, за да се получат всички корелации между полиморфизмите на всяко място. Последните проучвания показват, че интрагенните региони имат по-високо ниво на LD от интергенните региони и също така е установено, че извън гените, рекомбинацията се случва предимно в човешки хромозоми 19 и 20 [3].
Тъй като каталогът на полиморфизмите значително опростява изследванията в асоциативната генетика, позиционното клониране, функционалния анализ и еволюционната биология, съществува наистина сериозен интерес към откриването и разпознаването на заместванията. В сътрудничество с Националния институт за човешки геном на САЩ, Националният център за биотехнологична информация на САЩ (NCBI) създаде базата данни dbSNP [4], (фиг. 2).
Полиморфизмите на базата данни dbSNP в по-голямата си част са "кандидати" за полиморфизми,открити чрез компютърен анализ на данни и не потвърдени експериментално. С други думи, полиморфизмите в dbSNP са предимно вариации, открити, когато ДНК последователностите от малък брой клонове са съпоставени с помощта на компютърен алгоритъм. По принцип това са полиморфизми на човешкия геном. По-малко от 15 процента от единичните нуклеотидни полиморфизми в базата данни са тествани за полиморфизъм във всяка популация. Проведени са още по-малко генотипни изследвания [5].
1.2. Рецептори, активиращи пероксизомен пролифератор.
Рецепторите, активиращи пероксизомния пролифератор (PPARs) са семейство ядрени рецептори, които служат като клетъчни сензори за мастни киселини и остатъци от мастни киселини и регулират метаболизма на хранителните вещества и енергийната хомеостаза по много начини. По този начин PPARs са избрани като идеална мишена за фармацевтична интервенция и се използват терапевтично, въпреки факта, че техните механизми на действие не са напълно разбрани. Трите изотипа PPAR, α, ß и δ, се експресират по различен начин в тъканите и на различни етапи на развитие. Въпреки това, и трите свързват чувствителни към пероксизомен пролифератор елементи (PPRE) в регулаторните области на техните целеви гени [6].
Наскоро беше показано, че PPAR-δ действа като широко разпространен регулатор на липидния метаболизъм, което означава, че те могат да бъдат потенциална цел за лечение на затлъстяване и диабет тип 2. За да се идентифицират полиморфни маркери в потенциални кандидат-гени за диабет тип 2, PPAR-δ последователности бяха конструирани така, че да включват 1500 bp 5' краен регион. Девет полиморфизма бяха открити в PPAR-δ: четири в интрона, един в 5' нетранслираната област (UTR) и четири в 3' нетранслираната област [7].
1.2.1.Клинични фенотипове на PPAR-зависими гени.
Всъщност повечето клинични фенотипове предполагат значително генетично обуславяне, което от своя страна се проявява в спектър от вариации, предимно единични нуклеотидни полиморфизми [1].
Така, от своя страна, заболяванията в PPAR-регулираните гени могат да бъдат причинени от наличието на полиморфизми в тях, което е показано в редица изследвания.
Генът за дехидрогеназа на средната верига на ацетилкоензим А. Това е митохондриален флавопротеин, който катализира първата реакция на бета-окисление на шест- и дванадесет-въглеродни мастни киселини. Хомотетрамер, молекулно тегло 43, 700. Липсата на протеин се характеризира клинично с непоносимост към глад, епизодична хипогликемия, ацидоза и кома. ACADM е силно променлив локус [8].
Ацетил коензим А оксидазен ген. Пероксизомен цис-активиращ пролифератор-реагиращи елементи са открити в 5'-терминалната област на пероксид-продуциращия ацетил-коензим А оксидазен ген. Пероксизомен ацетил коензим А оксидаза е първият ензим в пътя на бета-окисление на мастни киселини, който катализира превръщането на ацетил-коензим А в 2-транс-еноил-коА [9].
Смъртоносно разстройство при липса на пероксизомен ACOX е така наречената псевдонеонатална адренолевкодистрофия. Също така, възбуждането на този ензим, който произвежда водороден пероксид, може да доведе до окислително разрушаване на ДНК и хепатокарциногенеза, което е резултат от излагане на пероксизомни пролифератори [10].
Адипонектинът, плазмен протеин, получен от мазнини, е признат за важен биомаркер на метаболитния синдром.
Някои общи полиморфизми в регионите на промотора, екзона и интрона 2, както и няколко несинонимични мутации в екзона3, в гена на човешкия адипонектин е многократно изследван в голям брой проучвания за различни етнически популации за връзка с фенотипни прояви като телесно тегло, глюкозен метаболизъм, инсулинова чувствителност и риск от диабет тип 2, както и коронарна артериална болест.
Доказано е също, че заместването на пролин 12 с аланин влияе върху инсулиновата чувствителност при взаимодействие с генотипа на адипонектин или плазмените нива на адипонектин [11] (Фигура 3).
По-пълна информация е предоставена в таблица 1.
вродена липса на протеин, характеризираща се с непоносимост към глад, епизодична хипогликемия, ацидоза и кома