Материал: Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия

инженерии

Функциональный анализ генома человека

ВВЕДЕНИЕ. Целью функционального анализа генома

человека) и таким образом изучать механизм их дей-

человека в первую очередь является установление

ствия.

В

этой

свя-

генетической

генетических механизмов моногенных или полиген-

зи особое место занимает анализ генома мыши.

ных наследственных заболеваний. Для этого необхо-

Нуклеотидная

последовательность генома

мыши

димо идентифицировать гены, отвечающие за фор-

(3,3 млрд п.н.) полностью расшифрована; показано,

мирование фенотипического признака, а затем

что геном мыши обладает большим генетическим и

установить, какие изменения в нуклеотидной после-

физиологическим сходством с геномом человека.

довательности приводят к измененному фенотипу,

Линии «нокаутных» мышей, у которых направленно

соответствующему симптомам заболевания. Неко-

выключены определенные гены или регуляторные

Методы

торые наследственные заболевания обусловлены

элементы, служат моделью некоторых заболеваний

заменой лишь одного нуклеотида (полиморфизм

человека (например, линия мышей с болезнью Альц-

одного нуклеотида, или сокращенно снипса, SNP),

геймера, мыши линии SCID с тяжелым комбиниро-

например муковисцидоз. Данные функционального

ванным иммунодефицитом). Изучение таких моде-

анализа генома человека необходимы для: 1) генети-

лей занимает центральное место в фундаментальных

ческого исследования тех участков генома, которые

и медицинских исследованиях. Результаты этих ис-

могут быть причислены к «областям риска»; 2) раз-

следований открывают новые перспективы для диаг-

работки новых терапевтических препаратов с новыми

ностики генетических заболеваний, например с по-

«мишенями»; 3) индивидуального подхода к лечению

мощью ДНК-чипов: по результатам секвенирования

заболевания с учетом генетических причин патоло-

определенных областей генома можно предсказать,

гии; 4) генной терапии; 5) изучения молекулярной

болен ли пациент в настоящее время и насколько ве-

физиологии и патофизиологии человека (см. также

лик риск развития патологии в будущем. Конечно,

раздел «Протеомика», стр. 272

при обсуждении возможностей применения таких

ДИАГНОСТИКА ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ. В сос-

подходов обязательно затрагивается этический ас-

таве двойного хромосомного набора каждый индиви-

пект проблемы.

дуум обладает примерно 6 млн снипсов (SNP)

МИШЕНИ ДЛЯ ДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРА-

(в среднем 1 на 1000 п.н. ДНК). В рамках междуна-

ТОВ. Если установлено, что причиной наследственно-

родного проекта HapMap к середине 2005 г. в на-

го заболевания является изменение определенного

учных базах данных должно оказаться около 1 млн

белка или его сигнальной последовательности, этот

снипсов (SNP) индивидов европейского, китайского,

белок или белковый комплекс, полученный в реком-

японского и нигерийского происхождения. Если снипс

бинантной форме, становится мишенью при скринин-

(SNP) находится внутри сайта узнавания некоторой

ге новых лекарственных препаратов. Однако регуля-

рестриктазы, фермент перестает узнавать этот сайт,

ция обмена веществ и фармакодинамика в организме

однако по-прежнему расщепляет интактную ДНК в

(его усвояемость, распределение, метаболизм в орга-

другой хромосоме. Таким образом, данные рестрикт-

низме и др.) – все это очень усложняет проблему, а

ного анализа отличаются у двух аллелей одного гена,

изучение действия препарата на рекомбинантные

т. е. наблюдается полиморфизм длины рестрикцион-

белки – всего лишь начальная стадия пути к лекарст-

ных фрагментов (ПДРФ). Большинство снипсов

венному препарату.

(SNP) не приводят к фенотипическим проявлениям.

ФАРМАКОГЕНОМИКА. Целью фармакогеномики яв-

Установление их связи с моногенными (некоторые за-

ляется установление индивидуальных различий при

болевания крови, брахидактилия) или полигенными

полигенных заболеваниях (т. е. поиск мишени для

(цвет волос, интеллект, предрасположенность к онко-

терапии в каждом конкретном случае), изучение осо-

логическим заболеваниям) фенотипическими призна-

бенностей метаболизма лекарств у пациента и разра-

ками – очень сложная задача. Для ее решения требу-

ботка индивидуальной стратегии лечения. Предпола-

ется применение самых разнообразных методов,

гается, что полученные таким способом данные в

прежде всего – анализа сцепленных признаков. Важ-

будущем смогут помочь при выборе наиболее эффе-

ная информация может быть получена при сравнении

ктивного лекарства, а также снизить риск возникно-

генома человека с геномами других организмов. Да-

вения нежелательных побочных явлений.

же такие филогенетически отдаленные организмы,

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ. Детальный анализ структуры и

как плодовая мушка, нематода или дрожжи (Drosophi-

функций генома человека позволяет использовать

la, Caenorhabditis, Saccharomyces), обладают множе-

методы генетической инженерии в генной терапии,

ством генов, функционально и структурно сходных с

например заменять дефектный ген на его полноцен-

генами человека. В исследовательских целях гены

ную копию.

260

этих организмов можно подвергнуть определенным

изменениям (что непозволительно делать с генами

Полиморфизм и снипсы (SNP)

ДНК (аллель 1)

ДНК (аллель 2)

Рестрикция

Рестрикция

4 рестрикционных фрагмента

3 рестрикционных фрагмента

Случай 2 Полиморфизм одного нуклеотида – SNP

Аллель 1

Аллель 2

Полная комплементарность,

Неполная комплементарность,

стабильный дуплекс ДНК

дуплекс содержит неспаренные

основания (

mismatch)

Фармакогеномика

Пациент А: лекарство оказывает

Пациент В: лекарство

Пациент С: лекарство

положительное действие

не оказывает никакого действия

не оказывает никакого действия

Лекарство

Лекарство

–

Наследование ПДРФ (полиморфизм длины рестриктных фрагментов)

ДНК, взятая у членов

семьи с наследуемой

лимфобластомой

(из коллекции Центра

изучения полимор-

физма человека,

Париж). Был создан

ПДРФ-зонд для локуса

на хромосоме 5.

Наследование признака

продемонстрировано

результатами гель-

Гомозиготы

электрофореза.