Генетичен полиморфизъм. Функционално значение на полиморфизмите

Генетичен полиморфизъм. Функционално значение
на полиморфизмите за генетичните
предразположения към заболявания и лекарствена
терапия.

Генетичен полиморфизъм – същност и видове.
Вариации в ДНК секвенцията-
мутации и ДНК полиморфизъм
Генетичен полиморфизъм-
наличие на алелни варианти,
чиято честота е постоянна и
надвишава 1% в популацията.
Когато честотата на алелния
вариант е под 1% и варира в
популациите е мутация
Видове:
- SNP (single nucleotide
polymorphism) –единичен
нуклеотиден полиморфизъм –
промяна в нуклеотидната
секвенция на гена, засягаща само
една база.
- възникване – резултат от
субституции
микросателити – Ди, три и
тетрануклеотидни повтори, –
резултат от делеции, инсерции и
амплификация. Анализ на VNTR

Ако приемем С –алела за див то 3 вида
SNP са възможни (А,Т и G), като най-
честия е C/T

TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT ATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT TATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT GATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT AATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT TATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT GATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT TATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT TATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT CATACTGCCCCCACCACAGCTCC
TCATCTGTGGGAAGGGAGTCCCTGGCT TATACTGCCCCCACCACAGCTCC
different alleles

Честота на SNP в човешкия геном
0.3% от генома са SNP

ДНК –полиморфизъм при човек
99.9% от ДНК секвенцията на един
индивид е идентична с тази на друг не
родствен индивид. Разликата от 0.1%
е индивидуалната специфичност в
секвенцията на ДНК, която е
достатъчна за разграничаване на два
индивида с точност от 99.95%.
Тези различия се дължат предимно на
SNP, чиято сума съставлява 90% от
всички полиморфизми.
Разликата по микросателити – 5 до
20% в количеството ДНК
Честота на полиморфизмите при човек
– 3÷10х10
6
Унаследяване – хаплотип
Картиране на SNP при човек –две
големи групи: U.S. Human Genome
Project (HGP) и обединението на
фармасевтични компании SNP
Consortium or TSC project

SNPs са генетично и еволюционно стабилни и слабо
променящи се в поколенията
SNPs са значими поради
ефекта, който оказват върху
изявата на гена и/или
функцията на генния продукт

~ 25,000 non-synonymous cSNPs
несинонимен кодиращ
~ 50,000 synonymous cSNPs
синонимен кодиращ
~ 25,000 regulatory region SNPs
в регулаторна област
~ 50,000 intragenic non-coding SNPs
в интрони на гена
~ 50,000 distributed intergenic SNPs
в междугенната спейсерна ДНК
Разпределение на видовете SNP в
Човешкия геном

Функционално значение на
полиморфизмите
Асоциация с продуцираното
количество от съответния
протеин:
Високо и ниско продуциращи
алели- напр. Цитокиновите
гени за TNF, IL-10, IL-12,
INF-
- Асоциация с генетично
предразположение към
инфекциозни, автоимунни и
многофакторни болести като
рак, диабет, сърдечно-
съдови и някои психични
заболявания
- Асоциация с индивидуална
реакция към медикаменти -
факмакогеномикс
Функционалното значение
зависи от мястото на
засегнатия нуклеотид: екзон,
интрон, промотор и 3’UTR
- аминокиселинна
субституция, когато SNP се
намира в екзон
- сплайсинг варианти, когато
е в сигналните
рекомбинантни секвенции на
интрона
- промяна в експресията на
ниво РНК, когато е в
промотора
-промяна в експресията на
ниво белтък, когато е в
3’UTR областта, напр.
стабилността на иРНК и
възможност за транслация

Eфект на SNP върху генния продукт, когато е
разположено в кодиращия регион: без промяна в АК
последователност на протеина

Eфект на SNP върху генния продукт, когато е разположено в
кодиращия регион: с промяна в АК на протеина, която не
води до съществена промяна във функцията

Eфект на SNP върху генния продукт, когато е разположен в
кодиращия регион: с промяна в АК на протеина, която води
до съществена промяна във функцията

Eфект на SNP върху генния продукт, когато е
разположено в некодиращия регион (по-
голямата част от SNPs)

Сумарен ефект на SNPs – индивидуален генетичен
профил
Честота на SNP зависи от :
- природата на гена –за
отделните гени варирира, като
една промяна на 100 до 300 или
500 нд (38% несинонимни)
- мястото в гена – по-ниска
честота в некодиращите области

Значение на специфичния
профил SNPs за отделният
индивид
Генетичните фактори
определят чувствителността
и резистентността към всяка
болест. Вероятно всяко
заболяване се описва от
индивидуален профил на
SNPs в генотипа. Въпрос на
време е да се въведе
скриниране при хората за
възприемчивост към всяка
болест чрез анализиране на
специфичния SNP
индивидуален профил.
От 2008 компанията
Novogenics-USA въведе
изследване за 16 болести
Натрупване на база данни
за SNP -
http://www.ncbi.nlm.nih.gov
/entrez/query.fcgi?db=snp&c
md=search&term

Изследвани гени

SNPs и определяне
предразположението
към различни видове
тумори

SNPs и развитие на белодробен рак

CYP2A6 Gene Deletion and Lung Cancer Risk CYP2A6
genotype

Healthy controls
(%)
Lung cancer cases
(%)
OR 95% CI
wild-type 27 (13.4) 59 (24.0) 1.00
wild/del 27 (15.9) 20 (8.1) 0.29 0.14-0.59*
del/del 9 (4.5) 5 (2.0) 0.25 0.08-0.83*


There were 246 cases and 201 controls, in total. Information on smoking history was not
provided.
*significantly different from healthy controls (p<0.05)

Miyamoto et al., Biochem. Biophys. Res. Comm., 1999

Prediction on risks of Gynecological tumors
and recommendations on early prevention
and diagnosis
GenSeqTM Gynecological Tumors
Susceptibility Panel
Breast/Ovarian Cancer: Sequencing the whole
exons of BRCA1,BRCA2 and XRCC2 genes
Ovarian Cancer: Sequencing the whole exons of
BRCA1,BRCA2 and RAD51C genes
Endometrial cancer: Sequencing the whole
exons of MLH1,MSH2, MSH6 and PMS2 genes

SNPs и развитие на Невродегенеративни
заболявания
-SNPs и определяне предразположението
към болест на Алцхаймер
Генът ApoE има два SNPs които резултират
в три алела- Е2,Е3 и Е4, всеки различаващ
се по 2АК (112 и 158 cys/arg; Е2:112 и 158
cys; Е4-arg).
Наличието на един Е4 е предразположение
към развитие на Алцхаймер, коронарна
сърдечна болест и мозъчно-съдова болест,
докато наличие на Е2 осигурява протекция
към тази болест.
J Hum Genet. 2013,Nov;58(11):711-9. : Четири
SNPs в 3’областта на гена за α-synuclein
(SNCA) са асоциирани с генетична
предиспозиция към спорадична
Паркинсонова боласт (PD-OMIM 168600) в
различните етнически групи.
(протективен алел-rs356219-A).

PD се характеризира със загуба на
допаминергични неврони в
сустанция nigra of the midbrain и
присъствие на intracellular
inclusions known as Lewy bodies

The collaborative study examined more
than 300,000 such markers and found 12
that were linked to bone mineral density
and 6 linked to fragility fractures. Some of
these 18SNPs are close to genes that are
already known to be associated with
osteoporosis.

В метаболизирането на
лекарствените
вещества (активация,
разграждане и
секреция) участват
голям брой ензими,
всеки със своите SNPs,
чиято съвкупност
определя
индивидуалната
чувствителност към
медикамента. Основно
е значението на поли-
морфизмити по Cyt
P450 – монооксигенази,
участващи в метабо-
лизирането на много
лекарства (CYP2D6*10)

SNPs и отговор към лекарствена терапия –
индивидуално лечение
Три основни типа: responder; non-responder;
toxic responder; бързи и бавни метаболизатори

8 SNP разполажени в гена ADD2, значимо свързани
с антихипертензивна лекарствена терапия
SNPs в
гените за
хетеро-
димера α/β
на белтъка
адуцин -2хр.,
експресиран
в кръво-
носната
система са
свързани с
регулацията
на кръвното
налягане при
човек

Различни начина на представяне на
индивидуален SNPs профил
-SNPs в регулаторните
региони, които имат
отношение към степента
на генна експресия са
асоциирани с
предразположението
към комплексните
болести, като диабет и
инфаркт на миокарда.