CBRR4293 (Литература - Другое (книга по генетике)), страница 5

Важным доказательством принадлежности клонированной ДНК

гену является идентификация гомологичных РНК транскриптов в

тканях, где можно предполагать экспрессию этого гена. С этой

целью проводят гибридизацию уже отобранных по первым двум

критериям клонов ДНК с тотальной мРНК, выделенной из этих

тканей, а также скринируют соответствующие кДНК-овые библио-

теки. Для генов наследственных заболеваний с неизвестным

первичным биохимическим дефектом библиотеки конструируют из

пораженных органов и тканей. При обнаружении последователь-

ностей кДНК, гибридизующихся с геномными зондами, их, в свою

очередь, используют для зондирования библиотеки и выявления

всех клонов с перекрывающимися последовательностями кДНК. К

сожалению, для генов с низким уровнем экспрессии гибридиза-

ция может не дать положительных результатов.

Выделенные клоны, удовлетворяющие перечисленным крите-

риям, с большой вероятностью содержат последовательности ДНК,

являющиеся частями гена. Однако, всегда существует опасность

выбора какого-то другого гена (или псевдогена), локализован-

ного в той же области ДНК. Поэтому требуются дополнительные

доказательства идентичности выбранной последовательности ДНК

специфическому гену. Такие доказательства могут быть получе-

ны, например, при определении нуклеотидной последователь-

ности кДНК и сопоставлении ее с аминокислотной последова-

тельностью кодируемого этим геном белка. Веским доказа-

тельством в пользу правильности проведенной идентификации

гена может быть обнаружение мутантных вариантов аллелей в

изолированных последовательностях ДНК у больных, страдающих

соответствующим наследственным заболеванием. Так, например,

при идентификации гена муковисцидоза, у 70% больных в клони-

руемой кДНК последовательности была обнаружена однотипная

мутация - делеция трех нуклеотидов - delF508. Наконец, реша-

ющим аргументом правильности идентификации нужного гена яв-

ляется успешно осуществленная с его помощью генокоррекция

первичного биохимического дефекта, выполненная на соот-

ветствующих культурах мутантных клеток, или получение стой-

кого терапевтического эффекта у трансгенных животных - био-

логических моделей данного наследственного заболевания.

Определение размера молекул мРНК, гибридизующихся с ге-

номными клонами, дает оценку суммарной величины гена. Эта

оценка имеет важное значение для реконструирования полнораз-

мерной кДНК. Её клонирование, по-сути, означает идентификаию

гена, так как позволяет определить его границы в геномной

ДНК, охарактеризовать его экзонно-интронную структуру и ре-

гуляторные элементы. Зная первичную нуклеотидную последова-

тельность кДНК, можно с уверенностью прогнозировать амино-

кислотную последовательность соответствующего белка и таким

образом определить первичное биохимическое звено в патогене-

зе соответствующего наследственного заболевания.

Описанный способ изучения молекулярных и биохимических

основ наследственных заболеваний получил название обратной

генетики, а сам процесс в отличие от традиционного пути от

белка к гену, так называемого функционального клонирования,

был назван позиционным клонированием, тем более, что термин

обратной генетики уже использовался ранее для обозначения

метода анализа функции гена путем направленного введения в

него мутаций (Collins, 1992).

Возможность использования функционального клонирования

зависит от доступности информации о белковом продукте и/или

о функции соответствующего гена. Для подавляющего боль-

шинства моногенных болезней определение первичного биохими-

ческого дефекта представляет собой очень трудную задачу

из-за недостаточного понимания функционирования огромного

числа клеточных ферментов, сложностей их взаимодействия,

низких концентраций, отсутствия эффективных методов выделе-

ния и очистки а, зачастую, даже из-за отсутствия сведений о

клетках - мишенях, в которых следует искать первичный биохи-

мический дефект. Поэтому на фоне стремительного роста данных

о структуре генома чеовека и, прежде всего, о насыщенности

генами и анонимными ДНК маркерами отдельных хромосом и их

сегментов, реальные соотошения функционального и позиционно-

го клонирования в идентификации генов, ответственных за

наследственные заболевания, быстро меняются в сторону бе-

зусловного доминирования последнего.

Успех позиционного клонирования определяется возмож-

ностями картирования гена, при этом функция гена исследуется

уже после его идентификации и клонирования. На рис. 3.8

представлена общая схема позиционного клонирования, за-

имствованная из работы Коллинза (Collins, 1992). Обычно, для

нахождения положения неизвестного гена на карте сцепления

используют 100 - 200 полиморфных маркеров. После обнаружения

хромосомной принадлежности картируемого гена более

точная локализациия может быть установлена с помощью при-

цельного отбора дополнительных индексных маркеров из опреде-

ленного цитогенетического сегмента. Картирование гена, оп-

ределяющего наследственное заболевание, может быть значитель-

но ускорено при наличии у какого-то больного цитогенетически

видимой структурной перестройки в области локализации этого

гена, чаще всего делеции или транслокации. Хотя такие паци-

енты, как правило, встречаются редко, но описание даже одно-

го такого случая может исключить необходимость картирования

гена путем последовательного анализа его сцепления с генети-

ческими маркерами целого генома и позволит перейти не-

посредственно к молекулярному клонированию. Именно таким об-

разом были идентифицированы гены хронического грануломатоза,

миопатии Дюшенна, ретинобластомы, X-сцепленной глухоты, ней-

рофиброматоза I, аниридии и некоторых других наследственных

болезней.

С другой стороны, в ряде случаев удается исключить дли-

тельный процесс молекулярного клонирования, используя метод

"кандидатного гена". Разработка методов, облегчающих нахож-

дение транскрибируемых областей генома, улавливание экзонов

и регуляторных участков генов, секвенирование и картирование

методами гибридизации in situ большого количества анонимных

кДНК последовательностей, изолированных из тканеспецифи-

ческих библиотек, все это в комплексе приводит к значитель-

ному увеличению степени насыщенности различных сегментов

хромосом известными генными последовательностями, среди ко-

торых и осуществляют поиск гена-кандидата. Большая роль в

этих исследованиях принадлежит также мутантным генетическим

линиям животных, моделирующим различные наследственные забо-

левания человека (см Глава VIII). Значительное сходство нук-

леотидных последовательностей кодирующих участков гомологич-

ных генов млекопитающих и человека, наличие большого числа

консервативных групп сцепления с наборами идентичных генов

позволяют успешно вести параллельные исследования геномов

человека и других животных, значительно ускоряющие эффектив-

ность поиска и молекулярного анализа индивидуальных генов

человека (Dietrich et al., 1994; Copeland et al, 1993).

Молекулярная идентификация генов открывает широкие

возможности для анализа тканеспецифической регуляции их

экспрессии в процессе развития организма на всех уровнях от

транскрипции до трансляции. Следуюшим этапом молекулярного

анализа является генотипирование мутаций и исследование тех

нарушений в структуре, локализации или в ферментативной ак-

тивности соответствующих белков, которые возникают в резуль-

тате изменений нуклеотидных последовательностей ДНК. Эти

проблемы более подробно освещены в следующих разделах книги.

Отметим только, что в настоящее время подобные исследования

стали возожны для многих сотен наследственных заболеваний

человека, для которых идентифицированы геномные последова-

тельности ДНК, соответствующие генам, и проклонированы пол-

норазмерные кДНК-последовательности.

Раздел 3.6 Каталог генов и генных болезней МакКьюсика.

Международная программа "Геном человека".

Огромный вклад в систематизацию и обобщение информации

о генетических картах хромосом человека, локализации и функ-

циях отдельных генов, и о структуре генома в целом, вносят

исследования, проводимые на протяжении последних 30 лет в

Университете Джона Хопкинса в Балтиморе под руководством

профессора Виктора МакКьюсика. Результатом этих исследований

является систематическое, с 2-х-годичным интервалом между

последними пятью публикациями, издание энциклопедий, содер-

жащих сводные данные о всех картированных генах человека и

связанных с ними наследственных болезнях под названием:

"Менделевсое наследование у человека: каталог человеческих

генов и генетических болезней" ("Mendelian inheritance in

man. Catalogs of autosomal dominant, autosomal recessive,

and X-linked phenotypes". Эти издания содержат современные

хромоcомные карты генов человека и для каждого локуса обоб-

щенные в виде отдельных статей сведения о характере наследо-

вания, функциях и размерах генов; методах их картирования и

идентификации; кодируемых продуктах; мутантных аллелях, по-

лиморфизмах и внутригенных повторах; фенотипических проявле-

ниях мутаций, их связи с наследственными заболеваниями, а

также о природе основного дефекта, включая патогенез и пато-

физиологию заболевания. Все статьи снабжены исчерпывающими

литературными ссылками. Cводные таблицы по картированным ло-

кусам с различным типом наследования и по генам наследствен-

ных заболеваний составлены либо в соответствии с их хро-

мосомной локализацией, либо в алфавитном порядке по названи-

ям генов или по наименованиям соответствующих генных болез-

ней. Отдельно представлены данные по клонированным генам,

для которых известен первичный молекулярный дефект. При этом

количество различных идентифицированных мутантных вариантов

для разных генов колеблется от одного до нескольких сотен.

Издания содержат также список доступных мутантных клеточных

линий.

Каждому локализованному менделирующему локусу в этой

энциклопедии присвоен шестизначный номер (MIM), первая цифра

которого определяет характер наследования: 1 - для аутосом-

но-доминантных генов, 2 - для аутосомно-рецессивных, 3 и 4-

для генов, локализованных в X- и в Y-хромосомах, соот-

ветственно, 5 - для митохондриальных генов. Четыре цифры,

следующие после точки непосредственно за шестизначным номе-

ром, предназначены для кодирования различных мутантных вари-

антов данного локуса. Издания выпускаются как в печатной

форме, так и в компьютерном варианте (OMIM) на дискетах или

на компакт-дисках. В последнем случае они снабжены програм-

мами, позволяющими осуществлять поиск по любой позиции и

проводить постоянное обновление энциклопедии текущей инфор-

мацией. Программы OMIM совместимы с другими базами генети-

ческих данных, в первую очередь, с GDB (Genome Data Base),

содержащей полную информацию (включая последовательности

ДНК) обо всех картированных генах, ДНК-маркерах и ДНК-зондах

человека, а также и с GenBank - полной базой данных всех из-

вестных нуклеотидных gоследовательностей ДНК.

В последнем 11-ом издании энциклопедии МакКьюсика со-

держатся сведения о 6678 картированных менделирующих локусах

человека (McKusick, 1994). Из них 4458 генов с аутосомно-до-

минантным характером наследования, 1730 - с аутосомно-ре-

цессивным, 412 генов локализовано в X-хромосоме, 19 - в

Y-хромосоме и 59 - в митохондриальной ДНК. Для более чем

2800 картированных генов определена их функция. С моногенны-

ми заболеваниями связано 770 картированных локусов, а общее

число нозологических форм, для которых гены картированы,

включает 933 заболевания. При этом более 420 генов

наследственных болезней уже клонированы и для каждого из

этих генов описано от одного до нескольких сотен мутантных

вариантов аллелей, характеризующихся различным фенотипи-

ческим проявлением.

Различные хромосомы и их участки картированы с разной