HAPLOTYPE: UNDERSØGELSESMETODER, DIAGNOSER, SYGDOMME, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

En haplotype er en region i genomet, der har en tendens til at blive arvet sammen gennem flere generationer; typisk er det hele på det samme kromosom. Haplotyper er produktet af genetisk binding og forbliver intakte under genetisk rekombination.

Ordet "haplotype" stammer fra en kombination af ordet "haploid" og ordet "genotype." "Haploid" henviser til celler med et enkelt sæt kromosomer, og "genotype" henviser til den genetiske sammensætning af en organisme.

Skema med fordelingen af ​​Y-kromosom-haplotyper i asiatiske populationer (Kilde: Moogalord via Wikimedia Commons) Efter definitionen kan en haplotype beskrive et par gener eller mere, der arves sammen på et kromosom fra en forælder, eller det kan beskrive et kromosom, der udelukkende erves fra en forælder, såsom Y-kromosomet hos mænd.

For eksempel, når haplotyper deler gener for to forskellige fænotype karakterer, såsom hårfarve og øjenfarve, vil individer, der besidder genet for hårfarve, også have det andet gen for øjenfarve.

Haplotyper er et af de værktøjer, der mest bruges i dag til undersøgelse af slægtsforskning, til at spore oprindelsen af ​​sygdomme, til at karakterisere genetisk variabilitet og fylogeografi af populationer af forskellige typer af levende væsener.

Der er flere værktøjer til undersøgelse af haplotyper, et af de mest anvendte i dag er "Haplotype map" (HapMap), som er en webside, der gør det muligt at bestemme, hvilke arvssegmenter der er haplotyper.

Undersøgelsesmetoder

Haplotyper repræsenterer en mulighed for at forstå arven af ​​gener og deres polymorfisme. Med opdagelsen af ​​"Polymerase Chain Reaction" (PCR) teknikken blev der gjort meget fremskridt i studiet af haplotyper.

Der er i øjeblikket adskillige metoder til undersøgelse af haplotyper, nogle af de mest fremragende er:

DNA-sekventering og påvisning af enkelt nukleotidpolymorfismer (SNP'er)

Udviklingen af ​​næste generations sekventeringsteknologier repræsenterede et stort spring til studiet af haplotyper. Nye teknologier gør det muligt at detektere variationer på op til en enkelt nukleotidbase i specifikke regioner i en haplotype.

I bioinformatik bruges udtrykket haplotype også til at henvise til arven af ​​en gruppe af enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP'er) i DNA-sekvenser.

Ved at kombinere bioinformatikprogrammer med haplotype-påvisning ved hjælp af næste generations sekventering, kan positionen, substitutionen og effekten af ​​hver basisændring i genomets population identificeres nøjagtigt.

Mikrosatellitter (SSRS)

Mikrosatellitterne eller SSRS stammer deres navn fra den engelske “S imple Sequence Repeat and Short Tandem Repeat”. Dette er korte nukleotidsekvenser, der gentages efter hinanden inden for et område af genomet.

Det er almindeligt at finde mikrosatellitter inde i ikke-kodende haplotyper, derfor kan de forskellige alleler i individuelle haplotyper gennem detektering af variationer i antallet af gentagne mikrosatellitter observeres.

Molekylære mikrosatellitmarkører er udviklet til påvisning af et utal af haplotyper, fra køn med planter såsom Papaya (Carica papaya) til påvisning af menneskelige sygdomme, såsom seglcelleanæmi.

Amplificerede fragmentlængdepolymorfismer (AFLP)

Denne teknik kombinerer amplifikation med PCR-reaktioner med fordøjelse af DNA med to forskellige restriktionsenzymer. Teknikken detekterer polymorfe loci i haplotyper i henhold til de forskellige spaltningssteder i DNA-sekvensen.

For bedre at illustrere teknikken, lad os forestille os tre stoffragmenter af samme længde, men skæres på forskellige steder (disse fragmenter repræsenterer tre PCR-amplificerede haplot fragmenter).

Når stoffet skæres, opnås mange stykker i forskellige størrelser, da hvert stof skæres forskellige steder. Ved at bestille fragmenterne i henhold til den type stof de kommer fra, kan vi se, hvor forskellene mellem tekstilerne eller i haplotyperne findes.

Diagnoser og sygdomme

En vigtig fordel ved den genetiske undersøgelse af haplotyper er, at de forbliver næsten intakte eller uændrede i tusinder af generationer, og dette gør det muligt at identificere fjerne forfædre og hver af de mutationer, som individer bidrager til udvikling af sygdomme.

Haplotyper i menneskeheden varierer afhængigt af racerne, og på baggrund heraf er gener blevet påvist inden for de haplotyper, der forårsager alvorlige sygdomme i hver af de menneskelige racer.

HapMap-projektet omfatter fire racegrupper: europæere, nigerianere, Yoruba, han-kinesere og japanere.

På denne måde kan HapMap-projektet dække forskellige befolkningsgrupper og spore oprindelsen og udviklingen af ​​mange af de arvelige sygdomme, der påvirker hver af de fire løb.

En af de sygdomme, der hyppigst diagnosticeres ved hjælp af haplotypeanalyse, er seglcelleanæmi hos mennesker. Denne sygdom diagnosticeres ved at spore hyppigheden af ​​afrikanske haplotyper i en population.

At være en sygdom, der er hjemmehørende i Afrika, ved at identificere afrikanske haplotyper i populationer gør det let at spore mennesker, der har mutationen i den genetiske sekvens for beta-globiner i seglformede erytrocytter (karakteristisk for sygdommen).

eksempler

Med haplotyper konstrueres fylogenetiske træer, der repræsenterer de evolutionære forhold mellem hver af de haplotyper, der findes i en prøve af homologe DNA-molekyler eller fra den samme art, i en region, der har ringe eller ingen rekombination.

En af de mest studerede grene gennem haplotyper er udviklingen af ​​det menneskelige immunsystem. Haplotyper, der koder for den TOll-lignende receptor (en nøglekomponent i det medfødte immunsystem) er blevet identificeret for Neanderthal- og Denisovan-genomerne.

Dette giver dem mulighed for at spore, hvordan genetiske sekvenser i "moderne" menneskelige populationer har ændret sig fra haplotypesekvenser, der svarer til "forfædres" mennesker.

Opbygning af et netværk af genetiske sammenhænge fra mitokondrielle haplotyper undersøger, hvordan grundlæggereffekten forekommer i arter, da dette giver forskere mulighed for at identificere, når populationer stoppede med at reproducere sig imellem og etablerede sig som separate arter.

Distribution af Haplotype R (Y-DNA) i indfødte befolkninger (Kilde: Maulucioni, via Wikimedia Commons) Haplotype mangfoldighed bruges til at spore og studere den genetiske mangfoldighed hos dyr, der er fanget i fangenskab. Disse teknikker bruges især til arter, der er vanskelige at overvåge i naturen.

Dyrearter som hajer, fugle og store pattedyr såsom jaguarer, elefanter, evalueres konstant genetisk gennem mitokondrielle haplotyper for at overvåge den genetiske status for populationer i fangenskab.

Referencer

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Påvisning af genombred haplotypedeling ved hjælp af SNP- eller mikrosatellit-haplotypedata. Human genetik, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Introgression af Neandertal- og Denisovan-lignende haplotyper bidrager til adaptiv variation i humane bompengelignende receptorer. 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). Haplotype-identitet mellem individer, der deler en CFTR-mutations-allel "identisk efter nedstigning": demonstration af nytten af ​​haplotypedelingskonceptet til genmapping i reelle populationer. Human genetik, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, & Dawkins, RL (1992). Ancestral haplotypes: conserved population MHC haplotypes. Human immunologi, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, June). Haplotype inferens begrænset af plausible haplotype data. I årligt symposium om kombinatorisk mønster matching (s. 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B.,… & Liu-Cordero, SN (2002). Strukturen af ​​haplotype-blokke i det menneskelige genom. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. International HapMap Consortium. (2005). Et haplotypekort over det menneskelige genom. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Mitokondrisk DNA-haplotypediversitet og oprindelse for fangede sandtigerhajer (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Haplotype inferens for nuværende - fraværende genotype data ved hjælp af tidligere identificerede haplotyper og haplotype mønstre. Bioinformatik, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). Aplastisk anæmi. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.