Лекция №4 . Лечебный факультет.
Геном человека. Геномика. Протеомика.
Геном человека.
Мультигенные семейства генома человека
Митохондриальная ДНК человека
Геномика. Протеомика. |
Геном человека типичный эукариотический геном, но имеет свои особенности. Проект «Геном человека» первоначально был создан как международная программа секвенирования гаплоидного генома человека в 1990 г. (участвовали США, Франция, Великобритания, Япония, Китай и др. страны). Был в основном завершен в середине 2000 г. Были созданы генетические карты каждой хромосомы. Определена нуклеотидная последовательность генома человека. Успех секвенирования генома человека обеспечили современные молекулярно-генетические методы исследований. Однако и до настоящего времени идентифицированы еще не все гены. Геном человека содержит более 3 млн. нуклеотидов, но только 5% из них кодируют белки. Геном насчитывает примерно 25-30 тыс. генов, хотя ранее считали, что их значительно больше. Размеры генов человека сильно варьируют, причем мелкие гены могут находиться внутри интронов. Особенность генома человека в том, что он значительно крупнее, чем геномы других эукариот, и структурные гены содержат больше интронов. На повторы приходится примерно 50 % генома. 10% генома это короткие (Sine) и длинные (Line) рассеянные повторы. Встраивание нового мобильного элемента в ДНК человека может нарушить функцию гена. Повторяющиеся последовательности в ДНК являются источником перестройки генома. Гены распределены на 24 хромосомах и в кольцевидной ДНК митохондрий. Установлено, что наименьшее число генов содержится в Y-хромосоме. Для человека характерно различие в плотности генов в разных хромосомах и даже в разных плечах одной и той же хромосомы. Наибольшая плотность генов в 19 хромосоме, а наименьшая в 13 и Y – хромосоме. Структурные гены отделены от бессмысленной или «эгоистической» ДНК протяженными монотонными последовательностями из Г-Ц до 30 тыс. п.н. В геноме человека гигантское количество вариаций, большинство из них однонуклеотидные полиморфизмы ( snips- снипс) определяющие индивидуальные отличия людей. Снипов очень много в некодирующих районах ДНК, в кодирующих районах они могут привести к изменению белков.
Примером служат гены рибосомной РНК, иммуноглобулиновые гены, α и ß глобиновые гены. Они могут образовывать комплексы (глобиновые гены) или расселены по многим различным хромосомам. Так глобин человека состоит из 2-х α и 2-х ß цепей, которые кодируются генами 16 и 11 хромосом соответственно. В ß-цепи нескольких генов, и, каждый из которых кодирует ß-цепи в соответствующий период онтогенеза: ранний эмбриогенез, плодный, детский и взрослый. Все гены расположены на участке длиной 80 килобайт. На 80000 пар нуклеотидов 3000 кодирует ß-цепь, и экзоны составляют только 4%. Мультигенные семейства определяют многообразие белков.
Митохондриальная ДНК человека имеет несколько разновидностей, причем одинаковые митохондриальные ДНК могут быть у людей, относящихся к разным популяциям и даже расам. Митохондриальная ДНК человека короче чем у низших эукариот. Она содержит гены 2 видов РНК, 22-t РНКи некоторых полипептидов дыхательной цепи. Часто эти полипептиды являются лишь частью белковой молекулы , другая часть которой контролируется генами ядерной ДНК. Дальнейшей задачей исследования генома человека является установление функций всех генов, и определение точных взаимодействий между генами и между их белковыми продуктами.
В 1986 году генетик Томас Родерик ввел термин геномика для обозначения картирования, секвенирования и характеристики геномов. Функциональная геномика анализирует функцию гена. Транскриптомика занимается широко маштабным анализом экспрессии мРНК. Научное направление протеомика исследует белки, их синтез, структуру и взаимодействие. Протеомика- это один из основных компонентов молекулярной медицины, т.к. мишенями для современных лекарств являются именно белки. Анализ белков клетки позволяет определить функциональное состояние как нормальной, так и патологически измененной клетки. Набор белков клетки называют протеомом. Протеомика позволяет установить роль белков в различных клеточных процессах. Сейчас полностью секвенированы геномы более чем 60 видов организмов, хотя секвенирование многих прокариот и эукариот завершено еще не полностью. Дальнейшей задачей исследования генома человека является установление функций всех его генов и определение всех белковых продуктов генов т.е. протеомики , создание индивидуального протеомного паспорта. Выполнение программы «Геном человека» способствует развитию сравнительной геномики ее роли в изучении вопросов антропогенеза. Это имеет значение не только для изучения генетического разнообразия человечества, его расселений, происхождений этносов , но и создание лекарств нового поколения с учетом генетических особенностей . Благодаря расшифровке генома человека появляется возможность создания «генетического паспорта», что позволяет разработать индивидуальный подбор лекарств и направленного создания новых лекарственных средств (фармокогеномика) и определить индивидуальную реакцию на лекарственные препараты или химические вещества (фармокогенетика) .Благодаря появлению геномики стало возможным новое направление в медицине – молекулярная медицина. Она занимается вопросами молекулярной диагностики, геномной дактилоскопией , генной терапией , лежит в основе пренатальной и превентивной ( до появления клинической симптоматики) диагностики наследственных болезней, заболеваний с наследственной предрасположенностью , в том числе онкологических. |