HAPLOTYP: ŠTUDIJNÉ METÓDY, DIAGNÓZY, CHOROBY, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2025

Haplotypu je oblasť genómu, ktorý má tendenciu byť dedičné spolu cez niekoľko generácií; zvyčajne je to všetko na rovnakom chromozóme. Haplotypy sú produktom genetického spojenia a počas genetickej rekombinácie zostávajú nedotknuté.

Slovo „haplotyp“ je odvodené z kombinácie slova „haploid“ a slova „genotyp“. „Haploid“ sa týka buniek s jednou sadou chromozómov a „genotyp“ sa týka genetického zloženia organizmu.

Schéma distribúcie chromozómových haplotypov Y v ázijských populáciách (Zdroj: Moogalord prostredníctvom Wikimedia Commons) Podľa definície môže haplotyp opísať pár génov alebo viac, ktoré sú zdedené na chromozóme od rodiča, alebo môže opisovať chromozóm, ktorý je zdedený úplne od rodiča, ako je napríklad chromozóm Y u mužov.

Napríklad, keď haplotypy zdieľajú gény pre dva rôzne fenotypové znaky, ako je farba vlasov a farba očí, jednotlivci, ktorí majú gén pre farbu vlasov, budú mať tiež iný gén pre farbu očí.

Haplotypy sú jedným z najpoužívanejších nástrojov na štúdium genealógie, na sledovanie pôvodu chorôb, na charakterizáciu genetickej variability a fylogeografie populácií rôznych druhov živých bytostí.

Existuje niekoľko nástrojov na štúdium haplotypov, jedným z najpoužívanejších dnes je „mapa haplotypov“ (HapMap), čo je webová stránka, ktorá umožňuje určiť, ktoré segmenty genómu sú haplotypy.

Študijné metódy

Haplotypy predstavujú príležitosť pochopiť dedičnosť génov a ich polymorfizmus. S objavom techniky „polymerázovej reťazovej reakcie“ (PCR) sa dosiahol veľký pokrok v štúdii haplotypov.

V súčasnosti existuje mnoho metód na štúdium haplotypov, z ktorých najvýznamnejšie sú:

DNA sekvenovanie a detekcia jednonukleotidových polymorfizmov (SNP)

Vývoj technológií nasledujúcej generácie predstavoval veľký skok v štúdiu haplotypov. Nové technológie umožňujú detekovať variácie až jednej nukleotidovej bázy v špecifických oblastiach haplotypu.

V bioinformatike sa výraz haplotyp používa aj na označenie dedičnosti skupiny jednonukleotidových polymorfizmov (SNP) v sekvenciách DNA.

Kombináciou programov bioinformatiky s detekciou haplotypov pomocou sekvencovania nasledujúcej generácie je možné presne identifikovať polohu, substitúciu a účinok každej zmeny bázy v genóme populácie.

Mikrosatelity (SSRS)

Mikrosatelity alebo SSRS sa odvodzujú od anglického názvu „S imple Sequence Repeat a Short Tandem Repeat“. Sú to krátke nukleotidové sekvencie, ktoré sa opakujú za sebou v oblasti genómu.

Je bežné nájsť mikrosatelity vo vnútri nekódujúcich haplotypov, a preto sa pomocou detekcie odchýlok v počte mikrosatelitových repetícií môžu pozorovať rôzne alely v haplotypoch jednotlivcov.

Molekulárne mikrosatelitné markery boli vyvinuté na detekciu nespočetných haplotypov, od pohlavia rastlín, ako je Papaya (Carica papaya), až po detekciu ľudských chorôb, ako je kosáčikovitá anémia.

Polymorfizmy s amplifikovanou dĺžkou fragmentu (AFLP)

Táto technika kombinuje amplifikáciu s reakciami PCR so štiepením DNA s dvoma rôznymi reštrikčnými enzýmami. Táto technika deteguje polymorfné lokusy v haplotypoch podľa rôznych miest štiepenia v sekvencii DNA.

Pre lepšiu ilustráciu techniky si predstavme tri textilné fragmenty rovnakej dĺžky, ale rozrezané na rôznych miestach (tieto fragmenty predstavujú tri PCR-amplifikované haplotypové fragmenty).

V čase, keď je tkanina nastrihaná, získa sa veľa kusov rôznych veľkostí, pretože každá tkanina je nastrihaná na rôznych miestach. Usporiadaním fragmentov podľa typu tkaniny, z ktorej pochádzajú, môžeme zistiť, kde sa nachádzajú rozdiely medzi tkaninami alebo v haplotypoch.

Diagnózy a choroby

Dôležitou výhodou genetického výskumu haplotypov je to, že zostávajú takmer nedotknuté alebo nezmenené tisíce generácií, čo umožňuje identifikáciu vzdialených predkov a každej z mutácií, ktoré jednotlivci prispievajú k rozvoju chorôb.

Haplotypy v ľudstve sa líšia v závislosti od rás a na základe tohto prvého boli gény detegované v haplotypoch, ktoré spôsobujú závažné ochorenia v každom z ľudských rás.

Projekt HapMap zahŕňa štyri rasové skupiny: Európania, Nigérijčania, Yoruba, Han Číňania a Japonci.

Týmto spôsobom môže projekt HapMap pokrývať rôzne skupiny obyvateľstva a sledovať pôvod a vývoj mnohých dedičných chorôb, ktoré ovplyvňujú každú zo štyroch ras.

Jedným z najčastejšie diagnostikovaných ochorení pomocou haplotypovej analýzy je kosáčikovitá anémia u ľudí. Táto choroba sa diagnostikuje sledovaním frekvencie afrických haplotypov v populácii.

Identifikácia afrických haplotypov v populáciách, ktoré sú pôvodom z Afriky, uľahčuje vysledovanie ľudí, ktorí majú mutáciu v genetickej sekvencii pre beta globíny v kosáčikovitých erytrocytoch (charakteristika patológie).

Príklady

Pri haplotypoch sú konštruované fylogenetické stromy, ktoré predstavujú evolučný vzťah medzi každým z haplotypov nachádzajúcich sa vo vzorke homológnych molekúl DNA alebo od tých istých druhov v oblasti, ktorá má malú alebo žiadnu rekombináciu.

Jednou z najviac študovaných vetiev haplotypov je vývoj ľudského imunitného systému. Pre neandertálske a denisovanské genómy boli identifikované haplotypy kódujúce receptor typullll (kľúčová zložka vrodeného imunitného systému).

To im umožňuje sledovať, ako sa genetické sekvencie v „modernej“ ľudskej populácii zmenili zo sekvencií haplotypov, ktoré zodpovedajú „pôvodným“ ľuďom.

Budovanie siete genetických vzťahov z mitochondriálnych haplotypických štúdií, ako sa vyskytuje zakladajúci účinok u druhov, pretože to umožňuje vedcom zistiť, kedy sa populácie prestali reprodukovať medzi sebou a usadili sa ako samostatný druh.

Distribúcia haplotypu R (Y-DNA) v domorodých populáciách (Zdroj: Maulucioni, prostredníctvom Wikimedia Commons) Diverzita haplotypov sa používa na sledovanie a štúdium genetickej diverzity chovaných zvierat. Tieto techniky sa používajú najmä pre druhy, ktoré sa dajú vo voľnej prírode ťažko sledovať.

Živočíšne druhy, ako sú žraloky, vtáky a veľké cicavce, ako sú jaguary, slony, sa geneticky vyhodnocujú prostredníctvom mitochondriálnych haplotypov, aby sa monitoroval genetický stav populácií v zajatí.

Referencie

1. Bahlo, M., Stankovič, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Detekcia zdieľania haplotypov širokého genómu pomocou údajov SNP alebo mikrosatelitných haplotypov. Human genetics, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM a Kelso, J. (2016). Ingresia haplotypov podobných neandertálovým a Denisovanovým prispieva k adaptívnej variácii ľudských receptorov podobných Toll. The American Journal of Human Genetics, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & te Meerman, GJ (1996). Identita haplotypu medzi jednotlivcami, ktorí zdieľajú alelu mutácie CFTR „identicky podľa pôvodu“: preukázanie užitočnosti koncepcie zdieľania haplotypov na mapovanie génov v reálnych populáciách. Human genetics, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, a Dawkins, RL (1992). Predkové haplotypy: konzervovaná populácia MHC haplotypy. Ľudská imunológia, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F. a Rozenberg, L. (2009, jún). Inferencia haplotypu obmedzená hodnovernými údajmi haplotypu. V ročnom sympóziu o kombinatorickom porovnávaní vzorov (s. 339 - 352). Springer, Berlín, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … a Liu-Cordero, SN (2002). Štruktúra blokov haplotypu v ľudskom genóme. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. Medzinárodné konzorcium HapMap. (2005). Haplotypová mapa ľudského genómu. Náture, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Diverzita haplotypov mitochondriálnej DNA a pôvod žraločích žralokov v zajatí (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, a Zhang, K. (2007). Inferencia haplotypov pre súčasné - chýbajúce údaje o genotypoch pomocou predtým identifikovaných haplotypov a haplotypových vzorov. Bioinformatics, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). Aplastická anémia. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.