АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Стратегия картирования и секвенирования

Картирование в узком смысле - опре­деление положения гена или мутации в хромосоме. Позднее этот термин получил более широкое толкование, и он относится не только к гену, но к любому маркеру, под которым подразумевают ген, мутацию, уча­сток ДНК с неопределенной функцией, точку расщепления ДНК рестриктирующи-ми эндонуклеозами, то есть любой насле­дуемый признак, доступный идентифика­ции тем или иным способом. С установле­нием локализации любого из перечислен­ных маркеров, он затем используется для определения относительного положения другого маркера.

В реализации задачи определения по­ложения маркера (гена) в хромосоме ис­пользуются разнообразные методы (гене­тические, цитогенетические, молекулярно-биологические). Именно они лежат в осно­ве выделения двух методов (подходов) кар­тирования: генетического и физического.

Генетическое картирование - опреде­ление положения фрагментов ДНК в хро­мосоме с использованием генетических ме­тодов, то есть анализ сцепления и рекомби­нации генов на основе родословных. Кар­ты, полученные при использовании данно­го метода, часто называют картами генети­ческого сцепления.

Маркеры, используемые в картирова­нии, должны быть полиморфными, то есть должны существовать альтернативные формы признака, которые можно было бы легко отличить и описать у членов семьи. В последовательности ДНК варьирует (то есть полиморфен) в среднем один из 300 -500 нуклеотидов. Вариации ДНК в экзонах (кодирующих последовательностях) могут приводить к видимым изменениям - разли­чию в цвете волос и глаз, группе крови, особенностях строения тела, деятельности физиологических систем, черт характера, подверженности болезням и т.п. Большин­ство вариаций появляются в нитронах (не-кодирующих вставочных последовательно­стях) и имеют минимальный эффект (или не имеют его вообще) на внешние признаки и функции организма. В то же время эти изменения легко определяются на уровне ДНК и могут использоваться как маркеры. Примеры этого типа маркеров включают: 1) ПДРФ (полиморфизм длин рестрикцион-ных фрагментов) - изменение последовательности ДНК в точках (местах, сайтах), которое "узнается" рестрикционными фер­ментами (эндонуклеазами) и 2) различия в числе тандемных повторов - копий корот­ких повторяющихся последовательностей, что приводит к различиям по длине ДНК, которую можно легко измерить.

Карты генетического сцепления стро­ят, наблюдая за тем, как часто два маркера наследуются вместе. Два маркера, распо­ложенные на одной хромосоме вблизи друг друга, имеют тенденцию передаваться от родителей ребенку совместно. Во время нормальных процессов формирования сперматозоидов и яйцеклеток цепочка ДНК случайным образом разрывается и воссо­единяется в тех или иных местах хромосо­мы или ее копии (то есть гомологичной хромосомы). Этот процесс, называемый мейотической рекомбинацией, может при­водить к разделению двух маркеров, перво­начально расположенных на одной хромо­соме. Чем ближе расположены маркеры друг к другу, тем "теснее" они сцеплены, тем менее вероятно, что процесс рекомби­нации разделит их.

На рисунке 3 вертикальные линии по­казывают пары 4-й хромосомы у каждого из членов семьи. Отец имеет два признака, и их можно обнаружить у любого ребенка, которому они передались: короткая извест­ная последовательность ДНК, используе­мая как генетический маркер (М) и хорея Гентингтона (ХГ). То, что ребенок унасле­довал только один из этих признаков (М), свидетельствует, что генетический матери­ал отца рекомбинировал в процессе спер­матогенеза. Частота этого события может помочь определить расстояние между дву­мя последовательностями ДНК на генети­ческой карте.

На генетической карте расстояние между маркерами измеряют в сантиморганидах (сМ), названных так в честь амери­канского генетика Томаса Моргана. Когда частота рекомбинации между двумя марке­рами равна 1%, говорят, что они находятся на расстоянии 1 сМ. Генетическое расстоя­ние в 1 сМ примерно равно физической протяженности в 1 млн. пар оснований - 1 мегабазе (Мб). Уровень разрешения, дос­тигнутый на современной карте для боль­шинства регионов ДНК, составляет при­мерно 10 Мб.

Медицинский аспект ценности гене­тической карты состоит в том, что наследственная болезнь может быть локализована на карте путем прослеживания наследова­ния маркера, который несут больные (и ко­торый отсутствует у здоровых), даже в том случае, если молекулярные основы болезни или ответственный за нее ген неизвестны, Сегодня уже установлено точное хромосомное расположение генов многих болез­ней человека.

Физическое картирование - определе­ние положения фрагментов ДНК в хромо­соме с помощью методов молекулярной и клеточной биологии. Различные типы фи­зических карт различаются по уровню раз­решения. К низкоразрешающим относятся хромосомные карты и карты кДНК, к высо­коразрешающим - макрорестрикционная карта и карта контиг.

Хромосомные карты показывают рас­положение генов или отдельных участков ДНК на соответствующих хромосомах, а расстояние между генами или фрагментами ДНК указывают в парах оснований. Эти маркеры могут быть физически связаны с определенным сегментом хромосомы при гибридизации in situ - методе, который по­зволяет пометить ДНК специальной "види­мой" (флуоресцентной или радиоактивной) меткой. Локализация меченого зонда уста­навливается после того, как он свяжется с комплементарной цепочкой ДНК на ин-тактной хромосоме. Точность хромосом­ных карт существенно увеличена благодаря усовершенствованию метода флуоресцент­ной гибридизации in situ (FISH) и исполь­зованием для анализа хромосомы в интер­фазной стадии клеточного деления. Карты кДНК показывают расположение экспрессируемых участков ДНК (экзонов) по от­ношению к регионам хромосом (бэндам). Экспрессируемые участки ДНК - те, с ко­торых транкрибируется мРНК. Используя в качестве матрицы молекулы мРНК, в лабо­раторных условиях синтезируют их копии, называемые сокращенно кДНК. Затем каж­дый вид кДНК можно картировать в гено­ме. Поскольку кДНК представляют экс­прессируемые участки генома, они позво­ляют выявить те части генома, которые особенно значимы с медицинской точки зрения. Для воссоздания оригинального по­рядка фрагментов ДНК в геноме использу­ют различные подходы. В некоторых из них используют способность цепочек ДНК и/или РНК гибридизоваться – формировать двухцепочные участки, в которых цепочки связаны водородными связями между ком­плементарными основаниями. Для того, чтобы определить, имеют ли фрагменты ДНК общую последовательность и тем са­мым перекрываются, используют метод фингерпринтинга ("отпечатков пальцев").

На рисунке 4 схематически представ­лена стратегия картирования с высоким уровнем разрешения. Стратегия картирова­ния "снизу вверх" заключается в разделе­нии хромосомы на небольшие участки, ко­торые затем клонируют и упорядочивают. Упорядоченные фрагменты образуют про­тяженные блоки ДНК (контиги). Получае­мая в результате библиотека клонов может включать от 10 тысяч до 1 млн. пар основа­ний. Преимущество этого подхода в дос­тупности этих стабильных клонов для ис­следований.

Сегодняшние технологические дос­тижения позволяют клонировать большие участки ДНК с использованием искусст­венно созданных хромосомных векторов, которые несут фрагменты ДНК человека размером до 1 Мб. Эти векторы содержатся в клетках дрожжей как искусственной хро­мосоме (YAC).

Последняя стадия физического карти­рования генома человека - определение всех пар оснований на каждой хромосоме, то есть полной нуклеотидной последова­тельности ДНК. Эта задача решается со­временной технологией секвенирования, включающей два основных этапа. Во-первых, субклонирование фрагментов ДНК из космид или библиотеки бактериофагов в специальные векторы для секвенирования, которые несут более мелкие фрагменты ДНК по сравнению с исходными. Во-вторых, дальнейшее преобразование суб-клонированных фрагментов в серию фраг­ментов, различающихся по длине только на 1 нуклсотид. Результаты секвенирования объединяются затем в длинные цепочки нуклеотидных последовательностей на хромосоме.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 621 | Нарушение авторских прав