Choroby genetyczne

Naukowcy dokonali ogromnego postępu w badaniach nad chorobami wielogenowymi i innymi złożonymi chorobami człowieka, w dużej mierze dzięki poznaniu sekwencji ludzkiego genomu, wytworzeniu powszechnych markerów zmienności genetycznej i rozwojowi nowych technologii, które pozwalają badaczom na powiązanie fenotypów choroby z loci genetycznymi. Chociaż choroby wielogenowe występują częściej niż zaburzenia jednogenowe, badania nad chorobami jednogenowymi stanowią nieocenioną okazję do poznania mechanizmów molekularnych leżących u ich podstaw, przyczyniając się tym samym w znacznym stopniu do naszego zrozumienia wszystkich form chorób genetycznych.

Rewizja Mendla: Choroby monogenowe
Ludzki genom zawiera szacunkowo 20,000-25,000 genów, które służą jako plany budowy wszystkich naszych białek (International Human Genome Sequencing Consortium, 2004). W chorobach jednogenowych mutacja tylko w jednym z tych genów jest odpowiedzialna za chorobę. Choroby jednogenowe występują w rodzinach i mogą być dominujące lub recesywne, dziedziczone autosomalnie lub sprzężone z płcią. Analizy rodowodowe dużych rodzin z wieloma dotkniętymi chorobą członkami są bardzo przydatne do określenia wzoru dziedziczenia chorób jednogenowych. Tabela 1 zawiera kilka przykładów chorób jednogenowych.

OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) to regularnie aktualizowana, internetowa baza danych założona w 1997 roku przez dr Victora A. McKusicka, która koncentruje się na dziedziczeniu chorób genetycznych u ludzi. Na dzień 15 czerwca 2008 r.* OMIM zawierała informacje o 387 ludzkich genach o znanej sekwencji i znanym fenotypie oraz 2310 ludzkich fenotypach o znanym podłożu molekularnym. Jednakże OMIM zgłosiło również 1,621 potwierdzonych fenotypów mendlowskich, dla których podstawa molekularna nie jest znana. Co więcej, OMIM podał 2 084 fenotypy, dla których podejrzewa się podstawę mendlowską, ale nie została ona w pełni ustalona, lub które mogą wykazywać nakładanie się z innymi scharakteryzowanymi fenotypami. Jak widać, pozostaje więcej pytań niż odpowiedzi dotyczących tożsamości pojedynczych genów i ich roli w ludzkich chorobach.

Trendy w odkrywaniu genów
Po zsekwencjonowaniu ludzkiego genomu naukowcy zaczęli przenosić uwagę z chorób jednogenowych na choroby wielogenowe, w których występuje wiele genów. Istnieje kilka powodów, dla których zwrócono się w kierunku chorób wielogenowych. Po pierwsze, wiele z 1621 zaburzeń monogenowych bez znanych genów występuje bardzo rzadko. W rezultacie badacze napotykają trudności w identyfikacji rodzin z chorobą i w uzyskaniu wystarczającej liczby próbek DNA do porównania z członkami rodzin, w których choroba nie występuje. Ponadto, agencje finansujące, firmy biotechnologiczne i farmaceutyczne są często mniej skłonne do inwestowania środków finansowych w badania nad rzadkimi chorobami.

Jednakże badania nad chorobami jednogenowymi wnoszą ogromny wkład w wiedzę na temat poligenicznych form ludzkich chorób (Antonarakis & Beckmann, 2006). W związku z tym choroby monogenowe są najbardziej warte naszej uwagi.

Powrót do przyszłości: Wykorzystanie nowych technologii do znalezienia starych genów
Zanim ludzki genom został zsekwencjonowany, badacze polegali na pracochłonnych, powolnych technikach mapowania i izolowania genów związanych z chorobami. Na przykład, chociaż wysiłki zmierzające do wyizolowania genu związanego z chorobą Huntingtona rozpoczęły się pod koniec lat 70-tych, gen ten został zidentyfikowany dopiero w 1993 roku.

Dzięki dostępnej sekwencji ludzkiego genomu, naukowcy byli w stanie wygenerować mapy każdego chromosomu, pokazujące dokładną lokalizację każdego genu i określające obszary genomu, które mogą się różnić u poszczególnych osób (określane jako „polimorficzne”). Szczególnym zainteresowaniem badaczy cieszą się polimorfizmy pojedynczych nukleotydów (SNP), czyli regiony polimorficzne o pojedynczej parze zasad. SNP występują w całym ludzkim genomie średnio w ilości jeden SNP na każde 1000 par zasad. W ramach Międzynarodowego Projektu HapMap zmapowano SNP wzdłuż każdego ludzkiego chromosomu i udostępniono te informacje naukowcom na całym świecie. Te polimorficzne markery SNP mogą być wykorzystane do mapowania genów związanych z chorobami.

Naukowcy opracowali metody jednoczesnej analizy do miliona różnych SNP w całym ludzkim genomie przy użyciu genomowego DNA wyizolowanego z próbki krwi (lub innego biologicznego źródła DNA) oraz pojedynczego chipa DNA, który jest niewielką płytką ze szkła krzemowego, na której można przykleić jednoniciowe fragmenty DNA w układzie siatki. Chip SNP zawiera krótkie, jednoniciowe cząsteczki DNA zwane oligonukleotydami, które odpowiadają znanym wariantom SNP. DNA wyizolowane z próbki krwi jest dzielone na fragmenty, znakowane barwnikiem fluorescencyjnym i przekształcane w jednoniciowe DNA. Jednoniciowe, fluorescencyjnie wyznakowane fragmenty genomowego DNA są następnie inkubowane z chipem SNP, a tylko te fragmenty DNA, które są idealnie dopasowane, wiążą się z komplementarnym oligonukleotydem SNP na siatce chipa SNP. Laser jest następnie używany do skanowania każdej pozycji siatki w celu określenia, które warianty SNP są reprezentowane.

Dodaj komentarz