ГАПЛОТИП: МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ, ДІАГНОЗИ, ЗАХВОРЮВАННЯ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гаплотип є область геному , який має тенденцію бути успадкований разом через кілька поколінь; зазвичай це все на одній хромосомі. Гаплотипи є продуктом генетичної зв'язку та залишаються неушкодженими під час генетичної рекомбінації.

Слово "гаплотип" походить від поєднання слова "гаплоїд" та слова "генотип". "Гаплоїд" відноситься до клітин з єдиним набором хромосом, а "генотип" відноситься до генетичного складу організму.

Схема розподілу гаплотипів Y-хромосом серед популяцій Азії (Джерело: Moogalord через Wikimedia Commons) Після визначення, гаплотип може описати пару генів або більше, які успадковуються разом на хромосомі від батьків, або вона може описати хромосому, яка успадкована повністю від батьків, наприклад, Y-хромосому у чоловіків.

Наприклад, коли гаплотипи діляться генами для двох різних фенотипічних символів, таких як колір волосся та колір очей, люди, які володіють геном для кольору волосся, також матимуть інший ген для кольору очей.

Гаплотипи - це один із інструментів, який сьогодні найчастіше використовується для вивчення генеалогії, для простеження походження захворювань, для характеристики генетичної мінливості та філогеографії популяцій різних типів живих істот.

Існує безліч інструментів для вивчення гаплотипів, одним із найбільш використовуваних сьогодні є «Карта геплотипів» (HapMap), що є веб-сторінкою, яка дозволяє визначити, які є сегменти генома, які є гаплотипами.

Методи дослідження

Гаплотипи являють собою можливість зрозуміти успадкування генів та їх поліморфізм. З відкриттям методики «Полімеразна ланцюгова реакція» (ПЛР) було досягнуто значного прогресу у вивченні гаплотипів.

В даний час існує чимало методологій вивчення гаплотипів, одні з найбільш визначних:

Послідовування ДНК та виявлення одномолекулярних поліморфізмів (SNPs)

Розвиток технологій послідовності наступного покоління був великим стрибком для вивчення гаплотипів. Нові технології дозволяють виявити зміни до однієї нуклеотидної бази в конкретних областях гаплотипу.

У біоінформатиці термін гаплотип також використовується для позначення успадкування групи одиничних нуклеотидних поліморфізмів (SNP) у послідовностях ДНК.

Поєднуючи програми біоінформатики з виявленням гаплотипів з використанням послідовності наступного покоління, положення, підміна та ефект кожної базової зміни геному популяції можна точно визначити.

Мікросателіти (SSRS)

Мікросупутники або SSRS отримують свою назву від англійської мови “S implemen Sequence Repeat and Short Tandem Repeat”. Це короткі нуклеотидні послідовності, які повторюються послідовно в межах області геному.

Загальноприйнято знаходити мікросупутники всередині некодируючих гаплотипів, тому через виявлення варіацій у кількості мікросателітних повторів можна спостерігати різні алелі у гаплотипах осіб.

Молекулярні мікросупутникові маркери були розроблені для виявлення безлічі гаплотипів, від статевої групи таких рослин, як папайя (Carica papaya), до виявлення таких захворювань людини, як серповидноклітинна анемія.

Поліморфізм довжини фрагменту (AFLP)

Ця методика поєднує ампліфікацію реакцій ПЛР з розщепленням ДНК двома різними рестрикційними ферментами. Методика виявляє поліморфні локуси в гаплотипах відповідно до різних ділянок розщеплення в послідовності ДНК.

Щоб краще проілюструвати техніку, давайте уявимо три фрагменти тканини однакової довжини, але вирізані на різних ділянках (ці фрагменти представляють три фрагменти гаплотипу, посиленого ПЛР).

До моменту розкрою тканини вийде багато шматків різного розміру, оскільки кожна тканина ріжеться в різних місцях. Впорядкувавши фрагменти за типом тканини, з якої вони походять, ми можемо побачити, де виявляються відмінності між тканинами або в гаплотипах.

Діагнози та захворювання

Важливою перевагою генетичного дослідження гаплотипів є те, що вони залишаються майже неушкодженими або незмінними протягом тисяч поколінь, і це дозволяє ідентифікувати віддалених предків і кожну з мутацій, які індивіди сприяють розвитку захворювань.

Гаплотипи у людства різняться залежно від рас і, виходячи з цього, вперше виявлені гени в межах гаплотипів, які викликають важкі захворювання у кожної з рас людини.

Проект HapMap включає чотири расові групи: європейці, нігерійці, йоруба, хань китайці та японці.

Таким чином, проект HapMap може охопити різні групи населення та простежити походження та еволюцію багатьох успадкованих захворювань, які вражають кожну з чотирьох рас.

Одним із захворювань, що найчастіше діагностується за допомогою гаплотипового аналізу, є серповидноклітинна анемія у людини. Це захворювання діагностується шляхом відстеження частоти африканських гаплотипів у популяції.

Будучи рідним для Африки захворюванням, виявлення африканських гаплотипів у популяціях дозволяє легко простежити людей, які мають мутацію в генетичній послідовності для бета-глобінів в серпоподібних еритроцитах (характерно для патології).

Приклади

За допомогою гаплотипів побудовані філогенетичні дерева, які представляють еволюційні зв’язки між кожним із гаплотипів, знайдених у зразку гомологічних молекул ДНК або того ж виду, у регіоні, що має мало рекомбінації або взагалі не має рекомбінації.

Однією з найбільш вивчених галузей через гаплотипи є еволюція імунної системи людини. Для геномів неандертальців та денісованців були визначені геплотипи, що кодують рецептор, подібний до ТОЛ (ключовий компонент вродженої імунної системи).

Це дозволяє їм відстежувати, як змінилися генетичні послідовності в «сучасних» популяціях людини від послідовностей гаплотипів, що відповідають «древнім» людям.

Побудова мережі генетичних зв’язків з мітохондріальних гаплотипів вивчає, як відбувається вплив засновника у видів, оскільки це дозволяє вченим ідентифікувати, коли популяції перестали розмножуватися між собою та встановили себе як окремі види.

Розподіл Haplotype R (Y-DNA) в корінних популяціях (Джерело: Maulucioni, через Wikimedia Commons) Різноманітність геплотипів використовується для відстеження та вивчення генетичного різноманіття племінних тварин. Ці прийоми застосовуються особливо для видів, які важко стежити в дикій природі.

Види тварин, такі як акули, птахи та великі ссавці, такі як ягуари, слони, серед іншого, постійно генетично оцінюються за допомогою мітохондріальних гаплотипів для моніторингу генетичного статусу полонених.

Список літератури

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Виявлення широкого спільного використання гаплотипів геному за допомогою даних SNP або мікросупутникового гаплотипу. Генетика людини, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Інтрогресія гаплотипів, що нагадують неандертальський та денісовановий, сприяє адаптаційній варіації людських рецепторів, що мають толлю. Американський журнал людської генетики, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P., … & te Meerman, GJ (1996). Хаплотична ідентичність між особами, які поділяють алет мутації CFTR "ідентичний за походженням": демонстрація корисності концепції поділу гаплотипів для відображення генів у реальних популяціях. Генетика людини, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ та Dawkins, RL (1992). Спадкові гаплотипи: збережена популяція гаплотипів MHC. Імунологія людини, 34 (4), 242-252.
5. Стипендіати, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, June). Гаплотипний умовивід, обмежений правдоподібними даними гаплотипу. У щорічному симпозіумі з комбінаторного узгодження зразків (с. 339-352). Спрингер, Берлін, Гейдельберг.
6. Габріель, С.Б., Шаффнер, С.Ф., Нгуен, Х., Мур, Дж. М., Рой, Дж., Блюменштьєль, Б., … і Лю-Кордеро, SN (2002). Структура гаплотипових блоків у геномі людини. Науки, 296 (5576), 2225-2229.
7. Міжнародний консорціум HapMap (2005). Карта гаплотипу геному людини. Природа, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Різноманітність мітохондріальної ДНК-гаплотипу та походження полонених тигрових акул (Carcharias taurus). Журнал досліджень зоопарків та акваріумів, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Висновки геплотипу для наявних даних генотипу з використанням раніше виявлених гаплотипів та моделей гаплотипів. Біоінформатика, 23 (18), 2399-2406.
10. Янг, Н.С. (2018). Апластична анемія. Журнал медицини Нової Англії, 379 (17), 1643-1656.