Реферат: Литература - Другое (книга по генетике)

p>цинской пользой приносит и массу социальных проблем, неко-

торые из которых будут рассмотрены ниже.

ВВЕДЕНИЕ В МОЛЕКУЛЯРНУЮ ДИАГНОСТИКУ И ГЕНОТЕРАПИЮ

НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ.

В.Н.Горбунова, В.С.Баранов

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СТРУКТУРА И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ДНК.

Раздел 1.1 Общие представления, центральная догма, гене-

тический код.

Раздел 1.2 Выделение ДНК, ее синтез и рестрикция.

Раздел 1.3 Блот-гибридизация по Саузерну, гибридизация

in situ.

Раздел 1.4 ДНК-зонды, клонирование, векторные системы.

Раздел 1.5 Геномные и к-ДНК-овые библиотеки генов, их

скрининг.

Раздел 1.6 Секвенирование последовательностей ДНК.

Раздел 1.7 Полимеразная цепная реакция.

ГЛАВА II. ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА, СТРУКТУРА ГЕНОВ.

Раздел 2.1 Определение генома и его основных элементов.

Раздел 2.2 Повторяющиеся последовательности ДНК.

Раздел 2.3 Мультигенные семейства, псевдогены, онкоге-

ны.

Раздел 2.4 Современное определение понятия "ген",

транскрипция, регуляторные элементы генов.

Раздел 2.5 Изменчивость генома, полиморфные сайты рест-

рикции, ПДРФ-анализ.

Раздел 2.6 Вариабильные микро- и минисателлитные ДНК.

Раздел 2.7 Мобильность генома, облигатные и факультатив-

ные элементы генома.

Раздел 2.8 Изохоры, метилирование, гиперчувствительные

сайты.

ГЛАВА III. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КАРТЫ, ПОЗИЦИОННОЕ КЛОНИРОВАНИЕ.

Раздел 3.1 Классификация генетических карт, оценка

сцепления.

Раздел 3.2 Соматическая гибридизация, цитогенетический

анализ, картирование анонимных последова-

тельностей ДНК.

Раздел 3.3 Генетические индексные маркеры.

Раздел 3.4 Хромосом-срецифические библиотеки генов,

пульсирующий гель-электрофорез.

Раздел 3.5 Позиционное клонирование, прогулка и прыжки

по хромосоме, идентификация и изоляция ге-

нов.

Раздел 3.6 Каталог генов и генных болезней МакКьюсика.

Международная программа "Геном человека".

ГЛАВА IY. ТИПЫ И НОМЕНКЛАТУРА МУТАЦИЙ. МЕТОДЫ ДНК-

ДИАГНОСТИКИ.

Раздел 4.1 Мутантные аллели, характеристика и типы му-

таций.

Раздел 4.2 Генетическая гетерогенность наследственных

заболеваний.

Раздел 4.3 Номенклатура мутаций.

Раздел 4.4 Идентификация структурных мутаций, изоляция

мутантных ДНК.

Раздел 4.5 Первичная идентификация точечных мутаций.

Раздел 4.6 Молекулярное сканирование известных мутаций.

ГЛАВА Y. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МУТАЦИЙ. ЭНДОГЕННЫЕ

МЕХАНИЗМЫ СПОНТАННОГО МУТАГЕНЕЗА.

Раздел 5.1 Популяционный анализ мутаций, полиморфизм,

неравновесность по сцеплению.

Раздел 5.2 Частоты спонтанного мутагенеза.

Раздел 5.3 Эндогенные механизмы возникновения мутаций.

Раздел 5.4 Механизмы поддержания и распространения му-

таций в популяциях.

ГЛАВА YI. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ.

Раздел 6.1 Дифференциальная активность генов, выбор

адекватных биологических моделей.

Раздел 6.2 Анализ регуляторных элементов гена, изоляция

и исследование мРНК, искусственные

транскрипционные системы.

Раздел 6.3 Анализ трансляции, ДНК-экспрессионные систе-

мы.

ГЛАВА VII. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРЕНАТАЛЬНОЙ

ДИАГНОСТИКИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ.

Раздел 7.1 Прямые и косвенные методы молекулярной диаг-

ностики.

Раздел 7.2 ДНК-диагностика при различных типах наследо-

вания.

Раздел 7.3 Группы риска, поиск гетерозиготных носите-

лей мутаций.

Раздел 7.4 Особенности применения молекулярных методов

в пренатальной диагностике моногенных болез-

ней.

Раздел 7.5 Доимплантационная диагностика, общая схема

пренатальной диагностики, точность прогнози-

рования.

ГЛАВА YIII. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ

ЧЕЛОВЕКА.

Раздел 8.1 Генетические линии животных.

Раздел 8.2 Трансгенные животные.

Раздел 8.3 Экспериментальное моделирование.

Раздел 8.4 Конструирование модельных генетических ли-

ний животных.

Раздел 8.5 Методы направленного переноса генов.

ГЛАВА IX. ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ.

Раздел 9.1 Определение, историческая справка, программы

генной терапии.

Раздел 9.2 Типы генотерапевтических вмешательств, выбор

клеток-мишеней.

Раздел 9.3 Методы генетической трансфекции в генной те-

рапии.

Раздел 9.4 Конструирование векторных систем и совер-

шенствование методов трансформации клеток че-

ловека.

9.4.1 Основные векторные системы.

9.4.2 Методы физического переноса чужеродной ДНК в

клетки эукариот.

9.4.3 Липосомный метод трансфекции.

9.4.4 Рекомбинантные вирусы.

9.4.5 Перспективы создания "идеальных" векторных

систем.

Раздел 9.5 Генотерапия моногенных наследственных заболе-

ваний.

Раздел 9.6 Генотерапия ненаследственных заболеваний:

опухоли, инфекции.

Раздел 9.7 Некоторые этические и социальные проблемы ген-

ной терапии.

ГЛАВА X. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ

МОНОГЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ.

Раздел 10.1 Хромосомная локализация и принципы класси-

фикации генов наследственных болезней.

Раздел 10.2 Метаболические дефекты лизосомных фермен-

тов. Болезни накопления.

Раздел 10.3 Болезни экспансии, вызванные "динамически-

ми" мутациями.

Раздел 10.4 Моногенные наследственные болезни, диаг-

ностируемые молекулярными методами в России.

10.4.1 Муковисцидоз.

10.4.2 Миодистрофия Дюшенна.

10.4.3 Гемофилия А.

10.4.4 Гемофилия B.

10.4.5 Болезнь Виллебранда.

10.4.6 Фенилкетонурия.

10.4.7 Синдром Леш-Нихана.

10.4.8 Болезнь Вильсона-Коновалова.

10.4.9 Адрено-генитальный синдром.

10.4.10 Спинальная мышечная атрофия.

10.4.11 Атаксия Фридрейха.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ГЛАВА Y.

ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МУТАЦИЙ. МЕХАНИЗМЫ СПОНТАННОГО

МУТАГЕНЕЗА.

Раздел 5.1 Полиморфизм, неравновесность по сцеплению.

Молекулярная идентификация мутантных аллелей и разра-

ботка эффективных методов их диагностики у больных и у гете-

розиготных носителей являются той экспериментальной базой,

которая позволяет исследовать распространенность мутаций в

различных этнических группах и популяциях. Одновременно воз-

можен анализ сцепления мутантных аллелей с другими генети-

ческими маркерами и оценка на этой основе предполагаемых ме-

ханизмов возникновения и поддержания в популяциях наблюдае-

мого уровня изменчивости. Но прежде чем перейти к описанию

основных целей и методов популяционного анализа мутаций оп-

ределим более точно два основных понятия, часто используемых

при проведении подобных исследованиях - это понятия полимор-

физма и неравновесности по сцеплению.

Генетическая изменчивость локуса в определенной попу-

ляции измеряется уровнем полиморфизма, и количественным вы-

ражением этой меры служат частоты аллелей. В однолокусной

двухаллельной системе частоты двух вариантов аллелей - А1 и

А2, обозначаются буквами p и q, соответвственно, и (p+q=1).

Когда мы говорим, что в популяции существует полиморфизм по

мутации, это значит, что ее частота выше определенного выб-

ранного в соответствии с какими-то причинами условного уров-

ня, чаще всего выше 5%. Высокополиморфными считаются локусы

с близкими значениями частот аллелей. В больших популяциях

со случайным характером скрещивания, то есть в панмикти-

ческих популяциях, действует закон Харди-Вайнберга, согласно

которому частоты гомозиготных особей в популяции равны p!2 и

q!2, соответстенно, а доля гетерозигот равна 2pq. Таким об-

разом, в двухаллельной модели частота гетерозигот в популя-

ции по полиморфным локусам составляет от 10% и более, а по

высокополиморфным локусам может достигать 50%. Если число

аллелей в локусе больше двух, общая частота гетерозигот в

популяции равна 1 - (p1!2 + p2!2 + ... + pn!2), где pk -

частота аллеля Ak, k = 1, 2, ... n и p1 + p2 +... + pn = 1.

При этом доля гетерозигот в популяции возрастает с увеличе-

нием числа аллелей и достигает максимального предела в каж-

дой группе из n аллелей при равенстве их частот. Таким обра-

зом, при увеличении числа аллелей, встречающихся с равными

вероятностями, частота гетерозигот в популяции будет стре-

миться к единице, то есть подовляющее число особей в популя-

ции будут гетерозиготными по данному локусу. Такая ситуация

характерна для высокополиморфных микросателитных повторов, в

частности STR, что и делает их наряду с другими преимущест-

вами наиболее удобными генетическими маркерами.

Как мы уже упоминали, частыми моногенными наследствен-

ными заболеваниями считаются такие, при которых один больной

ребенок встречается среди 2000 - 10000 новорожденных, то

есть q!2 колеблется в пределах 1 /2000 - 1/10000. Соот-

ветственно, частота мутаций - q, в этих генах составляет от

0.5% до 2.5% и доля гетерозиготных носителей - 2pq, достига-

ет 1% - 5%. Для более редких заболеваний частоты гетерозигот

не превышают десятых долей процента. Тем ни менее, если

учесть, что общее количество различных моногенных заболева-

ний составляет около 5000 нозологий, оказывается, что, в

среднем, каждый человек является носителем мутантных аллелей

около десяти генов. В общем случае, набор этих генов разли-

чен у разных людей, и только в тех семьях, где оба родителя

являются носителями мутаций одного и того же гена появляется

25%-ый риск рождения больного ребенка.

До сих пор мы рассматривали изменчивость в одном локусе

- A. Понятие неравновесности по сцеплению определяет отноше-

ния между изменчивостью в двух локусах - A и B. Ситуация

здесь может быть двоякой. Если изменчивость в этих локусах

независима, то аллели двух локусов встречаются в популяции в

случайных комбинациях. Однако, если аллели различных локусов

в одних комбинациях встречаются чаще, чем в других, то гово-

рят, что существует неравновесность по сцеплению. Количест-

венно эта связь оценивается с помощью детерминанта неравно-

весности по сцеплению - d. Рассмотрим, чему равен детерми-

нант неравновесности по сцеплению в двухлокусной двухаллель-

ной системе. Пусть Pnm, где n=1,2 и m=1,2, частоты четырех

возможных в этом случае типов гамет - A1B1, A2B2, A1B2,

A2B1, а Pn и Rm - частоты аллелей локусов A и B, соот-

ветственно. Если сочетания аллелей в гаметах случайны, то

теоретически ожидаемые частоты гамет четырех типов равны

произведению частот входящих в эти гаметы аллелей, то есть

Pnm=Pn*Rm. В этом случае произведение частот двух типов га-

мет (A1B1 и A2B2), находящихся в состоянии "притяжения",

равно произведению частот гамет в состоянии "отталкивания"

(A1B2 и A2B1), то есть P11*P22 = P1*P2 *R1*R2 = P12*P21. Од-

нако, если сочетания аллелей в гаметах неслучайны, то эти

произведения различны. Их разность служит мерой неравно-

весности по сцеплению - d. Итак d = ¦P11*P22 - P12*P21¦ При

отсутствии неравновесности по сцеплению d = 0. Верхняя гра-

ница d = 0.25. Максимальная неравновесность по сцеплению

достигается при полном отсутствии двух типов гамет, находя-

щихся либо в состоянии "притяжения", либо в состоянии "от-

талкивания", при одновременном равенстве частот оставшихся

двух типов гамет.

Мутации в различных локусах возникают, как правило, не-

зависимо друг от друга и наличие неравновесности по сцепле-

нию, по-видимому, отражает тот факт, что мутация в одном из

локусов возникла в хромосоме, несущей определенный аллель

другого локуса, и далее эта хромосома получила распростране-

ние в популяции. Неравновесность по сцеплению является очень

важной популяционной характеристикой, позволяющей судить о

порядке и примерном времени возникновения различных мутаций,

а также оценивать возможные механизмы их поддержания в попу-

ляции. Обнаружение сильной неравновесности по сцеплению меж-

ду специфическими мутациями гена и определенными аллелями

маркерных локусов имеет важное практическое значение. Часто

наблюдается неравновесность по сцеплению между мутантными

аллелями гена и одновременно несколькими маркерными локуса-

ми. В этом случае анализ маркерных гаплотипов, то есть набо-

ров аллелей различных локусов, локализованных в одной хро-

мосоме, дает возможность с высокой степенью вероятности оце-

нивать характер мутационного повреждения и прослеживать его

наследование в семьях больного.

Раздел 5.3 Частоты спонтанного мутагенеза.

Считается, что средняя частота спонтанного возникнове-

ния мутаций в структурных локусах человека колеблется в пре-

делах от 10(-5) до 10(-6) на одну гамету за каждое поколе-

ние. Однако, эта величина может значительно варьировать для

разных генов, меняясь в пределах от 10(-4) для высокомута-

бильных локусов до 10 (-11) в наиболее устойчивых частях ге-

нома. Эти различия зависят от многих факторов и, в первую

очередь, от характера мутационного повреждения, от механизма

возникновения мутации и локализации нарушения. Большое зна-

чение также имеет сам ген, протяженность его кодирующих об-

ластей и те функции, которые выполняют контролируемые им мо-

лекулы в обеспечении жизнедеятельности клеток и всего орга-

низиа, в целом. Так например, нарушение работы генов, про-

дукция которых необходима на ранних стадиях эмбриогенеза,

может приводить к гибели плода. Такие мутации трудны для ди-

агностики и в практической медицине мы чаще всего имеем дело

только с теми мутациями, которые не проявляют летального эф-

фекта на ранних стадиях эмбрионального развития. Тем ни ме-

нее, не исключено, что ранние эмбриональные летали составля-

ет немалый процент среди мутантных аллелей различных генов и

вносят определенный вклад в снижение репродуктивной функции.

Особого внимания заслуживает проблема мутирования в

STR-сайтах и в VNTR- локусах, часто используемых в настоящее

время для геномной дактилоскопии и молекулярной диагностики.

Эти участки генома, изменчивость в которых обусловлена раз-

личиями в числе тандемных повторов, формально можно отнести

к разряду высокомутабильных. Заметим сразу, однако, что пря-

мое сопоставление темпов мутирования в кодирующих областях

генома и в мини- и микросателлитных последовательностях ДНК,

по-видимому, некорректно, так как физическая основа изменчи-

вости, наблюдаемой в этих функционально и структурно разли-

чающихся локусах совершенно различна. Мутабильность в

STR-сайтах обусловлена нестабильностью числа повторов, при-

чем возникающие мутации затрагивают, как правило, лишь весь-

ма ограниченное число кластерированных копий, чаще всего 1

или 2. Подобные тандемные повторы редко наблюдаются в

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41