Генетические маркеры человека

1. Генетические маркеры
2. SNP, STR и Indels
3. Альфа-фетопротеин
4. Ген F2
5. Ген F5
6. Ген MTHFR

Генетические маркеры крови – любое изменение в последовательности нуклеиновых кислот или других генетических признаков, которые могут быть легко обнаружены и использованы для идентификации отдельных лиц, популяций или видов или для идентификации генов, вовлеченных в наследственное заболевание. Генетические маркеры состоят в основном из полиморфизмов, которые представляют собой прерывистые генетические вариации, которые делят особей популяции на отдельные формы (например, группа крови AB по сравнению с группой крови ABO или светлые волосы по сравнению с рыжими волосами). Генетические маркеры играют ключевую роль в генетическом картировании, в частности, в определении положений различных аллелей, которые расположены близко друг к другу на одной и той же хромосоме и имеют тенденцию наследоваться вместе.

Генетический полиморфизм: расшифровка анализа

Множество типов полиморфизмов представляют собой полиморфные генетические маркеры человека, в том числе полиморфизмы однонуклеотидных (SNP), полиморфизмы с простой длиной последовательности (SSLP) и полиморфизмы с длиной фрагмента рестрикции (RFLP). SSLP включают повторяющиеся последовательности, вариации, известные как мини-спутники (переменное число тандемных повторов или VNTR) и микросателлиты (простые тандемные повторы, STR). Вставки и делеции (Indels) являются еще одним примером генетического маркера.

Генетические маркеры SNP, STR и Indels

В геноме человека наиболее распространенными являются типы генетических маркеров SNP, STR и Indels. SNP влияют только на один из основных строительных блоков - аденин (A), гуанин (G), тимин (T) или цитозин (C) - в сегменте ДНК. Например, в геномном месте с последовательностью ACCTGA у большинства людей некоторые люди могут вместо этого содержать ACGTGA. Третья позиция в этом примере будет рассматриваться как SNP, поскольку существует вероятность появления аллеля C или G в вариабельной позиции. Поскольку каждый человек наследует одну копию ДНК от каждого родителя, у каждого человека есть две дополнительные копии ДНК. В результате в приведенном выше примере возможны три генотипа: гомозиготный CC (две копии аллеля C в вариабельном положении), гетерозиготный CT (один аллель C и один T) и гомозиготный TT (два аллеля T). Три группы генотипов могут быть использованы в качестве категорий «воздействия» для оценки ассоциаций с результатами, представляющими интерес для генетической эпидемиологии. Если такая связь будет выявлена, исследователи могут дополнительно изучить отмеченную геномную область, чтобы идентифицировать конкретную последовательность ДНК в этой области, которая оказывает прямое биологическое влияние на интересующий результат.

Генетические маркеры морфологических и физиологических характеристик используются практически во всех сферах современной науки. Есть даже такая отрасль, как спортивная генетика, которая позволяет отбирать наиболее перспективных участников-спортсменов в том или ином виде спорта, поскольку даже показатели эффективности могут быть генетически детерминированы – из кого-то получится хороший пловец, а из кого-то – тяжелый атлет. Это очень перспективно, поскольку каждый может узнать, в какой сфере добиться успеха будет проще.

Также очень перспективным и важным направлением в исследовании генетических маркеров являются молекулярные генетические маркеры рака. Чаще их называют просто онкомаркерами, но само понятие онкомаркеров включает в себя все специфические вещества, которые продуцируются опухолевой тканью и которые образуются в организме в ответ на опухолевый рост. Молекулярные генетические маркеры рака – лишь одни из этих веществ, и представляют собой опухоль-специфичные некодирующие РНК (так называемые микро РНК и длинные некодирующие РНК), примером, который является ПСА – простатический специфический антиген, который является онкомаркером рака предстательной железы и определяется в сыворотке крови.

Альфа-фетопротеин (АФП)

В начале беременности всем женщинам предлагается скрининг нескольких маркеров крови, которые могут указывать на повышенный риск развития у плода определенных генетических заболеваниях и врожденных дефектов. Для этого на определенных сроках беременности образец материнской сыворотки проверяется на альфа-фетопротеин (АФП), эстриол и хорионический гонадотропин человека (ХГЧ). Кроме того, четвертый маркер, ингибин-А, также включен в некоторые скрининги.

АФП был первым белковым маркером, ассоциированным с аномалиями плода, которые легко обнаруживались в крови матери. Плод синтезирует высокий уровень АФП на ранних этапах развития, но уровень в материнской сыворотке обычно намного ниже. Высокие концентрации АФП в материнской сыворотке связаны с дефектами нервной трубки у плода. Во время раннего развития нервная трубка дает начало головному и спинному мозгу.

Неправильное закрытие нервной трубки во время развития может привести к врожденным дефектам, таким как расщелина позвоночника и анэнцефалия. Дефекты открытой нервной трубки поражают около 2500 детей каждый год. При расщелине позвоночника арки позвоночных позвонков в поясничной области не могут соединиться. Могут иметь место различные степени тяжести расщелины позвоночника, затрагивающие позвоночник и спинной мозг, иногда приводящие к частичному параличу и проблемам с контролем мочевого пузыря и кишечника. Анэнцефалия - это состояние, при котором мозг и череп сильно недоразвиты. Младенцы с анэнцефалией являются мертворожденными или выживают только в течение короткого периода времени после рождения.

Позже было обнаружено, что снижение уровня АФП было связано с синдромом Дауна. Приблизительно один из 800 детей рождается с синдромом Дауна, вызванным дополнительной копией хромосомы 21 (трисомия 21). Уровни АФП в материнской сыворотке в сочетании с возрастом матери, наряду с дополнительными маркерами, обнаруженными в материнской сыворотке (эстриол и хорионический гонадотропин человека (ХГЧ)), обеспечивают чувствительный скрининг сыворотки крови. Низкий уровень АФП и эстриола, а также высокий уровень ХГЧ предполагают повышенный риск синдрома Дауна. Низкий уровень всех трех маркеров свидетельствует о повышенном риске синдрома Эдварда (трисомия 18). Включение четвертого маркера, ингибина-А, в скрининг материнской сыворотки дополнительно повышает точность прогнозирования риска синдрома Дауна.

Риск дефектов нервной трубки, синдрома Дауна и трисомии у ребенка 18 рассчитывается на основе уровней трех (или четырех) измеренных маркеров, а также дополнительных факторов, таких как возраст женщины, вес, многоплодная беременность, раса и наличие у нее диабета. Поскольку это скрининговый тест, неправильный результат теста только указывает на повышенный риск и не диагностирует врожденный дефект или генетическое заболевание. Дополнительное тестирование должно быть выполнено, чтобы диагностировать врожденный дефект или генетическое заболевание. Приблизительно у 5-7% женщин будет ложноположительный результат, чаще всего из-за неточного гестационного возраста.

Использование генетических маркеров не ограничивается диагностикой только лишь пороков развития и генетических заболеваний у плода. Далеко не у всех женщин беременность протекает без осложнений. Проблемы с плацентой, с венами и варикозом, с давлением, и множество других осложнений гестации – это то, что может возникнуть у любой, даже, казалось бы, самой здоровой женщины при беременности. Беременность всегда осложняет уже существующие проблемы со здоровьем, за редким исключением, и довольно часто является триггером для манифестации тех проблем, которые протекали скрыто и бессимптомно. Для уменьшения вероятности возникновения таких ситуаций и правильной подготовки женщины к беременности разработаны тесты на генетические маркеры тех или иных патологий, которые могут привести к серьезным осложнениям гестации. Рассмотрим некоторые из них.

Ген F2

Этот маркер связан с изменением уровня протромбина, что может быть генетической основой повышенной склонности к тромбоэмболическим осложнениям, особенно при беременности. Методика анализа основана на проведении полимеразной цепной реакции, а в качестве материала можно использовать кровь пациентки, либо даже буккальный соскоб. Нужный нам ген, F2, находится на 11 хромосоме. Этот ген кодирует протромбин, который превращается в тромбин – один из ключевых звеньев свертывающей системы крови. Искомая мутация заключается в том, что в структуре гена заменяются нуклеотидные основания – гуанин замещается аденином в позиции 20210, что генетическим маркером является, и обозначается как генетический маркер G20210А. При определении этого маркера определяется повышенная склонность к развитию преэклампсии и эклампсии при беременности, а также к тромбоэмболическим патологиям при беременности, например, это может быть высокий риск развития тромбоэмболии легочной артерии, что часто заканчивается летально. Также некоторые формы генотипа с такой мутацией, например, генотип G/A, ассоциирован с повышенной частотой прерывания беременности на ранней сроке, без видимой на то причины. Знание этого помогает проводить эффективную профилактику этих осложнений с помощью комплекса медикаментозной терапии, и эффективность такого подхода научно доказана.

Анализ крови на генетические маркеры тромбофилии, которая негативно сказывается на исходе беременности и угрозе для здоровья и жизни матери, также включает в себя исследование на так называемую Лейденовскую мутацию. Сочетание вышеуказанной мутации с мутацией Лейдена увеличивает риск развития клинически выраженной тромбофилии, что угрожает, помимо перечисленного, развитием привычного невынашивания, задержкой развития плода, тяжелыми формами гестоза, антенатальной гибелью плода вследствие тромбоза сосудов пуповины или проблем с плацентой.

Ген F5

Итак, то же такое мутация Лейдена. Анализ на этот генетический маркер звучит как определение мутации F5 G1691A. Этот маркер связан с резистентностью к действию активированного протеина С, что способствует дисбалансу в системе гемостаза. Ген F5 отвечает за кодировку фактора свертывания 5 – фактора Лейдена. Мутация заключается в том, что гуанин в позиции 1691 замещается на аденин. Были проведены исследования, в котором принимали участие женщины, которые при беременности перенесли тромбоэмболические осложнения. Почти в половине случаев у них была подтверждена Лейденовская мутация (в 43,7% случаев), что наглядно демонстрирует значимость такого исследования. Однако даже наличие этой мутации, которая есть у 7% женщин, не значит, что такие тяжелые осложнения при беременности точно будут. У многих женщин такая особенность лишь будет способствовать меньшей кровопотере при родах. Но загвоздка в том, что заранее невозможно предугадать, как организм с такими мутациями в генах, ответственных за гемостаз, отреагируют при развитии беременности – меньшей кровопотерей или тяжелым летальным тромбозом.

Анализ генетических маркеров может включать в себя и другие показатели, которые также ассоциированы с осложнениями при беременности. Например, есть генетический маркер, связанный с нарушением метаболизма метионина. Он исследуется для определения предрасположенности к невынашиванию, бесплодию, порокам развития у плода со стороны нервной трубки, хромосомных патологий, расщелинам мягкого и твердого неба. Конечно же, исследуемая мутация A1298C (Glu429Ala) не является единственной причиной таких патологий, но все же одна из таких причин.

Ген MTHFR

Ген, в котором возможно развитие такой мутации, носит название MTHFR – он кодирует фермент метилентетрагидрофолатредуктазу, который участвует в превращении гомоцистеина в метионин.

Мутация заключается в том, что в одном из регуляторных участков гена аденин замещен на цитозин, а именно в позиции 1298, поэтому и мутация носит название А1298С. Это очень частая причина гипергомоцистинемии, которая не только вызывает нарушения здоровья в виде мигреней, депрессии, бессонницы, но и негативно сказывается на репродуктивной функции. Кроме этой мутации, гену свойственен полиморфизм – мутация может выглядеть, например, как C677Т – замещение в позиции 677 цитозина на тимин, что также сопровождается высоким уровнем гомоцистеина в крови. Бывают такие комбинации мутаций, например, при генотипе 677 С/T и 1298 А/C, при которых помимо высокого уровня гомоцистеина еще и понижено количество фолатов, что повышает вероятность пороков развития у плода.

Список литературы

1. Коничев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология. М., 2005
2. Люин Б. Гены. М.:Изд. Бином. 2012
3. Проблемы и перспективы молекулярной генетики: В 2-х т. Том 2 / Отв. ред. Е.Д. Свердлов. – М.: Наука, Т. 1. 2003 – 2004. Т.2. – 2004.
4. Мушкамбаров Мушкамбаров Н.Н. Молекулярная Молекулярная биология биология: учеб. пособ. для студ. мед. Вузов / Н.Н. Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов. – М.: ООО "Медицинское информационное агенство", 2003.
5. Бокуть С.Б., Герасимович Н.В., Милютин А.А. Молекулярная биология: молекулярные молекулярные механизмы механизмы хранениия хранениия, воспроизведения воспроизведения и реализации реализации генетической информации: Мн.:Высш. шк., 2005.
6. Баранов В.С., Баранова Е.В. Жить в гармонии со своими генами. Природа. 2004