Anatomia genomu człowieka

Dwie główne metody mapowania genów

  • Mapowanie genetyczne
    • Pomiar tendencji dwóch genów do bycia przekazywanymi (segregowania) razem w czasie mejozy
    • Przeprowadzane w badaniach rodzin
    • Ustalenie względnego położenia genów
  • Mapowanie fizyczne
    • Przypisanie genów specyficznym miejscom na chromosomie
    • Przeprowadzane poprzez badania na komórkach somatycznych i ich materiale genetycznym
    • Potrzebne jest przeprowadzenie pewnych pomiarów fizycznych

Definicje

  • Locus (l.mn. loci)- pozycja genu na chromosomie
  • Allel - jedna z odmian danego genu - wiele genów ma po kilka różnych odmian dających odmienne fenotypy

Mapowanie genetyczne

  • Podstawy zostały opracowane na początku bieżącego wieku przez Morgana
  • Pozwala na identyfikację genów, wykrywalnych tylko na podstawie ich efektu fenotypowego
  • Można mapować geny nie znając ich funkcji w organizmie ani sekwencji

Mejoza i crossing-over - podstawy sprzężenia

  • Tetrady są sparowanymi chromosomami homologicznymi, które w tym stadium składają się z dwóch chromatyd siostrzanych
  • W czasie I podziału mejotycznego zachodzi proces crossing-over
  • Regiony homologiczne chromatyd niesiostrzanych podlegają wymianie - powstają chromosomy zrekombinowane

Rekombinacja może być zaobserwowana pośrednio

Analizując fenotyp potomstwa można określić, czy rekombincja zaszła, czy też nie.

Sprzężone - dostatecznie bliskie siebie

Zakładając, że proces crossing-over zachodzi w losowo wybranych miejscach chromosomu, to częstość rekombinacji pomiędzy dwoma loci będzie odbiciem odległości pomiędzy tymi dwoma loci genowymi

Sprzężenie genetyczne

  • Sprzężenie genetyczne to skłonność dwóch genów do nierekombinowania w czasie mejozy
  • Pomiar tej skłonności pozwoliłby na ocenę genetycznej odległości pomiędzy dwoma loci
  • Ważne: dwa geny na jednym chromosomie (tzw. synteniczne) nie muszą być sprzężone

Jednostka sprzężenia - 'Morgan'

  • Jednostka sprzężenia genetycznego, Morgan, to taka długość genetyczna chromosomu, na której w każdej mejozie zachodzi 1 zdarzenie crossing-over
  • Oznacza to, że na tej odległości prawdopodobieństwo wystąpienia crossing-over wynosi 100%
  • Centymorgan (cM) = 1% prawdopodobieństwa rekombinacji

Długość genetyczna genomu człowieka

  • Genom człowieka ma długość około 3000 cM, a składa się z około 3 miliardów par zasad
  • 1 mln bp.z. ~ 1 cM
  • Chromosomy mogą mieć około 100-300 cM długości i oznacza to 1 - 3 crossing-over na parę chromosomów w mejozie

Rodowody do analizy sprzężeń

Rodzina, w której chcemy mapować gen musi spełniać pewne kryteria

  • Musi być informatywna - oznacza to, że rodzic, który ma allel powodujący chorobę musi być heterozygotą zarówno w locus choroby jak i w locus markerowym
  • Musi być znana faza - oznacza to, że musimy wiedzieć jaki jest układ poszczególnych alleli: powodującego chorobę i markerowego

Nieprawdopodobnie skomplikowane prawdopodobieństwa lub wynik LOD

Aby na podstawie rodowodu ocenić, czy dwa loci są sprzężone należy:

  • Obliczyć serię prawdopodobieństw, że dwa loci są sprzężone przy różnych wartościach ? (theta) mniejszych od 0,5, gdzie wartość theta=0.00 oznacza, a theta=0,50 - losowy rozdział
  • Obliczyć prawdopodobieństwo, że loci te nie są sprzężone (theta>=0.50)
  • Logarytm ilorazu tych dwóch wartości daje wartość LOD (ang. logarithm of odds, Z)

Obliczanie wartości LOD

rysunek

Ocena maksymalnego prawdopodobieństwa

  • LOD >= 3 (równowartość szans 1000:1 za tym, że dwa locus są sprzężone) uważa się za dowód istnienia sprzężenia dwóch loci (przy danym theta)
  • Wartość theta, przy którym LOD jest największy, uważa się za odległość genetyczną pomiędzy tymi dwoma loci

Kilka uwag na temat odległości genetycznej

  • Odległości genetyczne są w przybliżeniu addytywne
  • Odległość genetyczna (jednostka: Morgan) i fizyczna (jednostka pary zasad) nie są tym samym
  • Częstość crossing-over w czasie oogenezy jest około dwa razy większa niż w czasie spermatogenezy

Gen zmapowany

  • Zmapowanie genetyczne oznacza, że znamy położenie genu dla danej cechy względem innych genów
  • Geny zmapowane genetycznie tworzą grupy sprzężeń wymagające przypisania określonym chromosomom!
  • Zmapowanie fizyczne genu oznacza, że znamy lokalizację chromosomową dla danej cechy fenotypowej

Mapowanie - mapa drogowa

rysynek

Fragmentacja genomu

  • Nie można zsekwencjonować całego genomu naraz
  • Fragmentacja genomu jest etapem początkowym przed przygotowaniem biblioteki klonów

Klony w bibliotece?

  • Po fragmentacji genomu poszczególne fragmenty są rozdzielane i umieszczane w tzw. wektorach, które zapewniają możliwość manipulacji i namnażania czyli klonowania w komórkach bakteryjnych
  • Biblioteka klonów to zestaw wektorów z insertami obcego DNA uzyskanymi z określonego źródła

Zestawianie klonów

  • Po uzyskaniu biblioteki poszczególne klony muszą być uszeregowane we właściwej kolejności czyli w takiej takiej kolejności, w jakiej są w genomie
  • W tym celu stosowanych jest kilka metod m.in.:
  • mapowanie za pomocą STS
  • metoda restrykcyjnego odcisk palca (restriction enzyme fingerprinting)
  • Zasada tych metod opiera się na obecności unikatowych sekwencji w poszczególnych klonach - stanowiących rodzaj genetycznych kamieni milowych

Mapowanie za pomocą STS

rysunek

Mapowanie z użyciem STS - 2

rysunek

Odkrywanie genów

Porównanie klonowania funkcjonalnego i pozycyjnego

Klonowanie pozycyjne - kroki

klon_poz.gif

Gen sklonowany

  • Gen sklonowany to taki gen, który został wyodrębniony fizycznie z genomu człowieka w postaci określonego odcinka DNA i tym samym jego sekwencja może być poznana
  • Sklonowanie genu nie oznacza, że znamy jego funkcję w organizmie - możemy tylko powiedzieć, że istnieje związek przyczynowy pomiędzy mutacjami w tym genie a wystąpieniem określonego fenotypu

Zastosowanie mapowania genomu człowieka

  • Pozwala na mapowanie i klonowanie genów powodujących choroby
  • Testowanie hipotez dotyczących tła genetycznego chorób
  • Informacja diagnostyczna w poradnictwie genetycznym (określenie ryzyka wystąpienia choroby, określenie nosicielstwa patologicznego genu, diagnostyka prenatalna)

FISH

  • Mapowanie za pomocą fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ

rysunek

Projekt Poznania Genomu Człowieka

  • Projekt Poznania Genomu Człowieka (Human Genome Project, HGP) jest międzynarodowym programem badawczym mającym na celu:
  • Skonstruowanie szczegółowych map genetycznych i fizycznych całego genomu człowieka,
  • Określenie pełnej sekwencji DNA genomowego człowieka
  • Zlokalizowanie wszystkich genów w obrębie genomu człowieka, których liczbę ocenia się na 50 000 do 100 000
  • Przeprowadzenie podobnych analiz na genomach organizmów modelowych
  • wypracowanie metod przechowywania i udostępniania uzyskanych danych
  • HUGO (Human Genome Organisation) -organizacja naukowców zaangażowanych w HGP
  • wspiera wymianę danych i odczynników
  • Zachęca do rozpowszechniania i dzielenia się technologiami
  • Dostarcza informacji n/t różnych aspektów projektów związanych z HGP
  • Służy jako pośrednik pomiędzy społeczeństwem naukowców a fundacjami dysponującym środkami na badania
O ile nie zaznaczono inaczej, treść tej strony objęta jest licencją Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License