Часть 3 (1129751), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Ученые-генетики надеются, что карта гаплотипов человека сделаетпоиск вызывающих болезни генов и генов восприимчивости легче достижимым.Вместо перебора всех многих миллионов SNP человеческой популяции, сейчасдля идентификации гаплотипного блока, наследуемого людьми, страдающими наследственным заболеванием, достаточно просмотреть значительно меньший наборизбранных SNP.
(Эти исследования до сих пор требуют образцов ДНК большогоколичества людей, и поиск по SNP сейчас обычно производится при помощи роботизированных методов.) Если определенный гаплоидный блок чаще встречаетсяу больных людей, чем у здоровых, то мутация, связанная с заболеванием, скореевсего будет расположена в том же участке ДНК (рис. 8.59).
Затем для поиска гена,связанного с заболеванием, исследователи могут сосредоточиться на специфическомучастке в пределах блока. Такой подход, в принципе, должен позволить анализировать генетику таких распространенных заболеваний, в которых несколько геноввызывают восприимчивость.Подробное исследование гаплотипных блоков может даже указать нам на аллели, наследованию которых способствовал естественный отбор. Как правило,когда появляется новая аллель гена, не способствующая отбору особи, необходимодлительное время для того, чтобы эта аллель стала в популяции распространенной.Чем распространеннее и, соответственно, древнее аллель, тем меньше должен бытьокружающий ее гаплотипный блок, поскольку от поколения к поколению вероят-982Часть III.
МетодыРис. 8.59. Отслеживание наследования SNP в пределах гаплотипного блока для локализации вызывающего заболевание гена. Предок, приобретший вызывающую заболевание мутацию в гене 1, передаст еесвоим потомкам. Часть этого гена расположена в гаплотипном блоке (красная штриховка) — кластеревариаций (около 30 SNP), который наследовался от предка непрерывно. За 400 поколений, отделяющихпредка от современных потомков, несущих заболевание, SNP, расположенные в большей части предковой200-тысячной нуклеотидной последовательности, в геноме потомка были перетасованы мейотическойрекомбинацией (голубой). (Отметим, что перекрывание желтых и красных участков выглядит оранжевым,в перекрывание желтых и голубых — зеленым.) Однако 30 SNP в гаплотипном блоке наследовались вместе,поскольку они никогда не участвовали в кроссинговере.
Чтобы локализировать ген, вызывающий заболевание, необходимо проанализировать распределение SNP у больных людей. Человек, страдающий этимнаследственным заболеванием, сохранит предковое распределение SNP, расположенных в показанномгаплотипном блоке. В результате будет показано, что вызывающая болезнь мутация лежит в пределахгаплотипного блока, то есть в гене 1. Изящество использования карт гаплотипов для такого рода анализасостоит в том, что нужно исследовать только часть всех SNP: для локализации гена необходимо провестипоиск среди примерно 10 % от 3 миллионов полезных SNP человеческого генома.ность ее отделения от соседних вариаций путем рекомбинации во время мейозастановилась все выше.Новая аллель может быстро распространиться в популяции, только если онаобеспечивает организму какое-нибудь значительное преимущество.
Например, могутбыть отобраны мутации или вариации, которые делают организм более устойчивымк инфекциям, поскольку такие организмы имеют больше шансов выжить и передать мутацию своему потомству. Работая с картами гаплотипов отдельных генов,исследователи обнаружили вероятный отбор двух таких человеческих генов, отвечающих за устойчивость к малярии. Эти аллели, снижающие восприимчивостьк болезни, широко распространены в популяции, но они расположены в необычнокрупных гаплотипных блоках. Это указывает на то, что они возникли в человеческом генофонде недавно (рис.
8.60).Глава 8. Манипуляция белками, ДНК и РНК 983Открывая пути, по которым эволюционировал человек, карты гаплотипов позволяют заглянуть в наше прошлое; помогая нам открывать гены, делающие насвосприимчивыми или устойчивыми к заболеваниям, карты также могут дать нампримерные сведения о нашем будущем.8.5.9. На сложные признаки влияет несколько геновУ профессионального пианиста может быть тетя, играющая на скрипке.В другой семье все родители и дети могут быть толстыми.
В третьей семье бабушкаможет быть алкоголичкой, а ее внук употреблять наркотики. До какой степени этихарактеристики — музыкальные способности, ожирение и зависимость — генетически наследуются? На этот вопрос очень сложно ответить. Некоторые признакиили заболевания характерны для определенных семей, но проявляются толькоу некоторых родственников или без очевидной логики.Характеристики, не следующие простым (иногда называемым менделевскими)принципам наследования, но обладающие наследственным компонентом, называютсложными признаками.
Эти признаки часто полигенны, то есть на них влияютРис. 8.60. Идентификация аллелей, отобранных в относительно недавний период человеческойистории, по необычно крупным гаплотипным блокам, в которых они расположены. На данной схемеSNP показаны вертикальными полосами, которые окрашены белым или черным в зависимости от ихпоследовательности ДНК.
Гаплотипные блоки показаны красным, гены — желтым, остальные частихромосомы — голубым. Эти данные говорят о том, что данная аллель гена 2 возникла относительнонедавно в человеческой истории.984Часть III. Методынесколько генов, каждый из которых вносит вклад в результирующий фенотип.Влияние этих генов аддитивно, все вместе эти гены создают непрерывный спектрварьирующих характеристик популяции. Передачу потомству отдельных генов,вносящих вклад в полигенный признак, легко отследить, но поскольку они всевлияют на фенотип, принципы формирования наследственных признаков частобывают очень сложными.Простым примером полигенного признака является цвет глаз, который определяют ферменты, управляющие синтезом и распределением пигмента меланина: чембольше синтезируется меланина, тем темнее цвет глаз.
Поскольку в формированиимеланина задействовано множество генов, цвет глаз у людей очень сильно изменяется: от бледно-серого до шоколадно-коричневого.Несмотря на то что заболевания, вызванные мутациями единственного гена(например, серповидно-клеточная анемия и гемофилия), были одними из первыхоткрытых наследуемых фенотипов человека, лишь малая часть признаков определяется одним геном. Наиболее очевидные человеческие фенотипы — от роста, веса,цвета глаз и волос до интеллекта, темперамента, общительности и чувства юмора —являются продуктом взаимодействия многих генов. Сейчас с уверенностью можносказать, что предрасположенность к наиболее распространенным человеческимзаболеваниям, таким как диабет, сердечные болезни, высокое кровяное давление,аллергии, астма и различные психические расстройства, включая серьезные депрессии и шизофрению, также определяется несколькими генами.
Исследователиищут новые подходы, включая использование рассмотренных выше карт гаплотипов, для понимания сложных взаимодействий между генами, работающими вместедля создания многих «чисто человеческих» признаков.8.5.10. Обратная генетика начинает с известного гена и определяетклеточный процесс, в котором необходимо его функционированиеКак показано выше, классическая генетика начинает с мутантного фенотипа(или, в случае людей, набора признаков) и идентифицирует ответственные за негомутации (а затем и гены). Методы рекомбинантных ДНК в сочетании с секвенированием генома сделали возможным другой тип генетического подхода.
Вместо тогочтобы начинать с мутантного организма и использовать его для нахождения генаи белка, исследователь может начать с определенного гена и делать в нем мутации,создавая мутантные клетки или организмы для анализа функции гена. Посколькутакой подход движется в обратном направлении по отношению к традиционнымгенетическим изысканиям, двигаясь от гена к мутациям, а не наоборот, его частоназывают обратной генетикой.Обратная генетика начинает с клонированного гена, выделенного из клетки белка,обладающего интересными свойствами, или просто с геномной последовательности.
Еслиначальной точкой служит белок, сначала идентифицируют кодирующий его ген и, еслинеобходимо, определяют его нуклеотидную последовательность. Затем для созданиямутантной версии последовательность гена можно изменить in vitro. Такой сконструированный мутантный ген вместе с подходящим регуляторным участком переносятв клетку, где он может встроиться в хромосому, становясь постоянной частью генома.Все потомки модифицированной клетки будут содержать мутантный ген.Если исходной клеткой, использованной для переноса гена, была оплодотворенная яйцеклетка, то можно получить целый многоклеточный организм, содержащиймутантный ген, при условии, что мутация не является летальной.
В некоторыхГлава 8. Манипуляция белками, ДНК и РНК 985из таких животных измененный ген вставляется в предшественники гамет, позволяямутантному гену передаваться потомству. Такой подход называется генеративноймутацией.8.5.11. Гены можно конструировать несколькими способамиМы видели, что отсутствие определенного гена у мутантного организма можетбыстро указать на функцию кодируемого этим геном белка. Поэтому «нокаут»генов, при котором обе копии гена в диплоидном организме инактивируются илиудаляются, является особенно полезным типом мутации.
Однако существует ещеогромное множество доступных экспериментаторам способов перестройки генов.Например, изменяя перед вставкой гена в геном его регуляторный участок, можносоздать мутантный организм, в котором продукт гена будет синтезироваться в аномально больших количествах, в другой ткани или в неправильный период развития(рис. 8.61).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
