HAPLOTIP: ŠTUDIJSKE METODE, DIAGNOZE, BOLEZNI, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2025

Haplotip je genoma, ki kaže, da je dedna skupaj s številnimi generacije; običajno je vse na istem kromosomu. Haplotipi so produkt genske povezave in med genetsko rekombinacijo ostanejo nedotaknjeni.

Beseda "haplotip" izhaja iz kombinacije besede "haploid" in besede "genotip". "Haploid" se nanaša na celice z enim naborom kromosomov, "genotip" pa na gensko sestavo organizma.

Shema porazdelitve haplotipov kromosomskih kromosomov Y v azijskih populacijah (Vir: Moogalord via Wikimedia Commons) Po definiciji lahko haplotip opiše par genov ali več, ki se skupaj podedujejo na kromosomu od staršev, ali lahko opiše kromosom, ki je v celoti podedovan od staršev, kot je Y kromosom pri moških.

Na primer, ko si haplotipi delijo gene za dve različni fenotipični lastnosti, na primer barvo las in barvo oči, bodo posamezniki, ki imajo gen za barvo las, imeli tudi drugi gen za barvo oči.

Haplotipi so eno izmed orodij, ki se danes najbolj uporabljajo za preučevanje rodoslovja, za izsleditev nastanka bolezni, za karakterizacijo genetske spremenljivosti in filogeografije populacij različnih vrst živih bitij.

Obstaja več orodij za preučevanje haplotipov, eno najbolj uporabljenih danes je "Haplotype map" (HapMap), ki je spletna stran, ki omogoča določitev, kateri so genomski segmenti, ki so haplotipi.

Metode študija

Haplotipi predstavljajo priložnost za razumevanje dednosti genov in njihovega polimorfizma. Z odkritjem tehnike "polimerazna verižna reakcija" (PCR) je bil pri preučevanju haplotipov veliko napredka.

Trenutno obstaja veliko metodologij za preučevanje haplotipov, nekatere najbolj izjemne so:

Sekvenciranje DNK in odkrivanje polimorfizmov posameznih nukleotidov (SNPs)

Razvoj tehnologij za zaporedje naslednje generacije je pomenil velik preskok za preučevanje haplotipov. Nove tehnologije omogočajo odkrivanje sprememb do ene same nukleotidne baze v določenih območjih haplotipa.

V bioinformatiki se izraz haplotip uporablja tudi za označevanje dedovanja skupine enojnih nukleotidnih polimorfizmov (SNP) v zaporedjih DNK.

S kombiniranjem programov bioinformatike z odkrivanjem haplotipov z zaporednimi zaporednimi generacijami naslednje generacije je mogoče natančno določiti položaj, substitucijo in učinek vsake osnovne spremembe v genomu populacije.

Mikrosateliti (SSRS)

Mikrosateliti ali SSRS izhajajo iz angleškega imena "S implemen Sequence Repeat and Short Tandem Repeat". To so kratka nukleotidna zaporedja, ki se zaporedoma ponavljajo znotraj območja genoma.

Običajno je najti mikrosatelite znotraj haptipij, ki ne kodirajo, zato lahko z zaznavanjem sprememb v številu ponovitev mikrosatelitov opazimo različne alele v haplotipih posameznikov.

Za odkrivanje številnih haplotipov so razvili molekularne mikrosatelitske markerje, od spola rastlin, kot je papaja (Carica papaya), do odkrivanja človeških bolezni, kot je srpastecelična anemija.

Polimorfizmi dolžine ojačenih fragmentov (AFLP)

Ta tehnika združuje amplifikacijo s PCR reakcijami s prebavo DNK z dvema različnima restriktivnima encimoma. Tehnika zazna polimorfne lokuse v haplotipih glede na različna mesta cepitve v zaporedju DNK.

Za boljšo ponazoritev tehnike si predstavljajmo tri fragmente tkanine iste dolžine, ki pa jih razrežemo na različnih mestih (ti fragmenti predstavljajo tri fragmente haplotipa, ojačene s PCR).

V času, ko se tkanina razreže, bomo dobili veliko kosov različnih velikosti, saj je vsaka tkanina razrezana na različnih mestih. Če naročimo fragmente glede na vrsto tkanine, iz katere prihajajo, lahko vidimo, kje najdemo razlike med tkaninami ali v haplotipih.

Diagnoze in bolezni

Pomembna prednost genetske študije haplotipov je, da ostanejo skoraj nedotaknjeni ali nespremenjeni na tisoče generacij in to omogoča identifikacijo oddaljenih prednikov in vsake mutacije, ki jih posamezniki prispevajo k razvoju bolezni.

Haplotipi v človeštvu se razlikujejo glede na rase in na podlagi tega so bili najprej odkriti geni znotraj haplotipov, ki povzročajo hude bolezni pri vsaki človeški rasi.

Projekt HapMap vključuje štiri rasne skupine: Evropejci, Nigerijci, Yoruba, Han Kitajci in Japonci.

Na ta način lahko projekt HapMap zajema različne skupine prebivalstva in izsledi nastanek in razvoj številnih podedovanih bolezni, ki prizadenejo vsako od štirih ras.

Ena od bolezni, ki se najpogosteje diagnosticira s pomočjo haplotipne analize, je srpastecelična anemija pri ljudeh. Ta bolezen se diagnosticira s sledenjem pogostosti afriških haplotipov v populaciji.

Ker je bolezen iz Afrike, prepoznavanje afriških haplotipov v populaciji olajša izsleditev ljudi, ki imajo mutacijo v genskem zaporedju za beta globine v srpastih eritrocitih (značilno za bolezen).

Primeri

S haplotipi gradijo filogenetska drevesa, ki predstavljajo evolucijsko razmerje med vsakim haplotipom, ki ga najdemo v vzorcu homolognih molekul DNK ali iste vrste, na območju, ki ima malo ali nič rekombinacije.

Ena najbolj preučenih vej skozi haplotipe je evolucija človeškega imunskega sistema. Za genoma neandertalca in Denisovana so bili ugotovljeni haplotipi, ki kodirajo receptorju podoben TOll (ključni sestavni del prirojenega imunskega sistema).

To jim omogoča, da spremljajo, kako so se genetske sekvence v "moderni" človeški populaciji spremenile iz serij haplotipov, ki ustrezajo "prednikovim" ljudem.

Gradnja mreže genetskih odnosov iz mitohondrijskih haplotipov proučuje, kako se pri vrstah pojavlja učinek ustanovitelja, saj to omogoča znanstvenikom, da ugotovijo, kdaj se je populacija prenehala razmnoževati med seboj in so se uveljavile kot ločene vrste.

Porazdelitev haplotipa R (Y-DNA) v domorodnih populacijah (vir: Maulucioni, prek Wikimedia Commons) Raznolikost haplotipov se uporablja za sledenje in proučevanje genske raznolikosti živali v ujetništvu. Te tehnike se uporabljajo zlasti za vrste, ki jih je težko spremljati v naravi.

Živalske vrste, kot so morski psi, ptice in veliki sesalci, kot so jaguarji, sloni, med drugim nenehno genetsko ocenjujejo z mitohondrijskimi haplotipi za spremljanje genetskega statusa populacij v ujetništvu.

Reference

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Zaznavanje skupne rabe haplotipov v genomu z uporabo podatkov SNP ali mikrosatelitskega haplotipa. Človeška genetika, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Napadanje haplotipov, ki so podobni neandertalcem in Denisovanu, prispeva k prilagodljivi spremembi človeških celičnih receptorjev. Ameriški časopis za človeško genetiko, 98 (1), 22–33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & te Meerman, GJ (1996). Haplotipna identiteta med posamezniki, ki si delijo CFTR mutacijski alel "enak po izvoru": prikaz koristnosti koncepta delitve haplotipov za kartiranje genov v resničnih populacijah. Človeška genetika, 98 (3), 304–309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ in Dawkins, RL (1992). Ancestralni haplotipi: ohranjeni populacijski haplotipi MHC. Človeška imunologija, 34 (4), 242-252.
5. Sodelavci, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, junij). Haplotip sklepanja, ki ga omejujejo verodostojni podatki o haplotipu. V letnem simpoziju o ujemanju kombinacijskih vzorcev (str. 339–352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). Struktura blokov haplotipa v človeškem genomu. Znanost, 296 (5576), 2225-2229.
7. Mednarodni konzorcij HapMap (2005). Haplotipni zemljevid človeškega genoma. Narava, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Razsežnost haplotipa mitohondrijske DNK in izvor ujetniških tigrastih morskih morskih psov (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74–78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Zaznavanje haplotipov za trenutno odsotne podatke genotipa z uporabo predhodno opredeljenih haplotipov in vzorcev haplotipov. Bioinformatika, 23 (18), 2399-2406.
10. Mladi, NS (2018). Aplastična anemija. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643–1656.