Однонуклеотидный полиморфизм

Однонуклеотидный полиморфизм (ОНП; англ. Single Nucleotide Polymorphism, SNP, произносится как снип) — отличия последовательности ДНК размером в один нуклеотид (A, T, G или C) в геноме (или в другой сравниваемой последовательности) представителей одного вида или между гомологичными участками гомологичных хромосом. Применяется в качестве генетических ма́ркеров для изучения неравновесного сцепления локусов и полногеномного поиска ассоциаций (GWAS).

В случае SNP гетерогенность первичной структуры ДНК проявляется в однонуклеотидных различиях аллелей

Описание

Если две последовательности ДНК — AAGCCTA и AAGCTTA — отличаются на один нуклеотид, в таком случае говорят о существовании двух аллелей: C и T. Однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs) возникают в результате точечных мутаций.

Однонуклеотидный полиморфизм (наряду с полиморфизмом длин рестрикционных фрагментов (RFLP) и ПДАФ (AFLP)) широко используют в качестве молекулярно-генетических меток (маркеров), например, для построения кладограмм молекулярно-генетической систематики на основе дивергенции (расхождения) гомологичных участков ДНК в филогенезе. В данной области наиболее часто используются спейсеры генов рибосомальной РНК. Ввиду того, что мутации в данных спейсерах не сказываются на структуре конечных продуктов гена (теоретически они не влияют на жизнеспособность), в первом приближении постулируется прямая зависимость между степенью полиморфизма и филогенетическим расстоянием между организмами.

Номенклатура

Единой номенклатуры для SNPs нет: часто существуют несколько различных вариантов названия для одного конкретно выбранного SNP, к какому-то согласию в этом вопросе прийти пока не удается. Один из подходов — писать SNPs с префиксом, точкой и знаком «больше, чем», показывающим нуклеотид или аминокислоту дикого типа и измененную (например, c.76A>T)[1].

Разнообразие SNPs

Однонуклеотидный полиморфизм встречается в пределах кодирующих последовательностей генов, в некодирующих участках или в участках между генами. SNPs, встречающиеся в кодирующих участках, могут не менять аминокислотную последовательность белка из-за вырожденности генетического кода.

Однонуклеотидные полиморфизмы кодирующих участков бывают двух типов: синонимические и несинонимические. Синонимические SNPs оставляют аминокислотную последовательность белка без изменения, тогда как несинонимические SNPs изменяют её. Несинонимические SNPs можно разделить на замены типа missense и nonsense. Однонуклеотидный полиморфизм, встречающийся в некодирующих участках гена, возможно, влияет на генетический сплайсинг, деградацию мРНК, связывание транскрипционных факторов.

Примеры

Области применения

Разнообразием последовательностей ДНК у людей, возможно, объясняется то, как у них происходит течение различных заболеваний, реакции в ответ на патогены, прием лекарств, вакцин и т. п. Огромное значение SNPs в биомедицинских исследованиях состоит в том, что их используют для сравнения участков генома между исследуемыми группами (например, одна группа — люди с определенным заболеванием, а вторая — без него)[5].

Однонуклеотидные полиморфизмы также используются в GWAS — при генетическом картировании как маркеры с высоким разрешением, благодаря их количеству и стабильной наследуемости в ряду поколений. Знание об однонуклеотидном полиморфизме, вероятно, поможет в понимании фармакокинетики и фармакодинамики действия различных лекарств на человека. Широкий спектр заболеваний, такие как рак, инфекционные аутоиммунные заболевания, серповидноклеточная анемия и многие другие, возможно, возникают из-за однонуклеотидного полиморфизма[6].

Методы, основанные на выявлении однонуклеотидных полиморфизмов, получили также широкое распространение в других областях биологии и применительно к сельскохозяйственным видам[7].

Базы данных

Для SNPs существует большое количество баз данных. Ниже приведены некоторые из них.

  • dbSNP[8] — база данных SNPs, свободный общественный архив, содержащий данные по наследственной изменчивости различных видов, разработанный и поддерживаемый NCBI (National Center for Biotechnology Information — Национальный центр биотехнологической информации США). Хотя такое название базы данных подразумевает, что там собран только один класс полиморфизмов, а именно SNPs, на самом деле она содержит большое количество информации и о других молекулярных изменениях в аминокислотных последовательностях. dbSNP была создана в сентябре 1998 года в дополнение к GenBank, в котором представлены нуклеотидные и аминокислотные последовательности, находящиеся в свободном доступе[9]. К 2010 году dbSNP содержала свыше 184 миллионов последовательностей, представляя более 64 миллионов различных вариантов для 55 организмов, включая Homo sapiens, Mus musculus, Oryza sativa и множество других[10].
  • SNPedia — биоинформатический вики-сайт, который служит как база данных SNPs. Каждая статья про отдельные SNPs предоставляет собой краткое описание, ссылки на научные статьи, и, кроме того, информацию о ДНК-микрочипе, содержащем однонуклеотидный полиморфизм данного типа. SNPedia помогает в интерпретации результатов собственной генетической информации с помощью таких программ как, например, Promethease, 23andMe, Navigenics, deCODEme или Knome[11]. SNPedia была создана и поддерживается генетиком Грегом Ленноном и программистом Майком Кариазо. К 14 сентября 2017 года в базе данных содержалось 107 125 однонуклеотидных полиморфизмов[12].
  • База данных GWAS Central выдает краткое содержание объединенных данных в одном или нескольких полногеномных исследованиях. В этой базе данных представлено наиболее полное собрание p-value ассоциаций. GWAS Central использует мощные графические и текстовые методы представления данных для открытия и одновременной визуализации многих однонуклеотидных полиморфизмов. Исследователям также предоставляется возможность просматривать их персональные данные рядом с выбранными. Кроме того, данные находятся в свободном доступе для скачивания их научными сообществами.
  • Международный проект HapMap — организация, целью которой является развитие карты гаплотипов человеческого генома, которая будет описывать общие паттерны генетической изменчивости у людей. HapMap — основной ресурс для выявления генетической изменчивости, влияющую на здоровье, факторы окружающей среды и т. п. Вся предоставляемая информация находится в свободном доступе. Этот проект — результат сотрудничества различных групп ученых из Канады, Китая, Японии, Нигерии, Великобритании и США, окончательная версия которого увидела свет весной 2009 года. В определенном участке генома располагается набор свободных SNPs (Tag SNPs), которые хорошо коррелируют со всеми остальными SNPs в данном участке. Далее, изучив аллели свободных SNPs, можно с большей вероятностью определить гаплотип индивидуума. Так определяют гаплотипы у нескольких представителей (некоторые болеют определенным заболеванием, а другие нет), а потом, сравнивая две группы, определяют наиболее вероятное расположение SNPs и гаплотипов, которые вовлечены в заболевание.
  • MirSNP — база данных однонуклеотидных полиморфизмов, изменяющих сайты связывания микроРНК. В ней содержится 12 846 SNPs, включая 1940 SNPs в пре-микроРНК[13].

Методы исследования SNPs

Аналитические методы открытия новых SNPs и обнаружения уже известных SNPs включают:

1. Гибридизационные методы

  • Принцип молекулярных маяков.
Суть этого принципа в том, что концы пробы (на которых находятся соответственно метка и тушитель флуоресценции) комплементарны друг другу. В результате при температуре отжига праймеров они схлопываются и образуют структуру типа «ручки сковородки» (шпильки — stem-loop), где зона комплементарности пробы с матрицей находится в петле. При гибридизации пробы с матрицей вторичная структура разрушается, флуоресцентная метка и тушитель расходятся в разные стороны, и флуоресценция от метки может быть детектирована.

2. Ферментативные методы

3. Методы, основанные на физических свойствах ДНК:

4. Секвенирование ДНК[16]. Для картирования SNPs на протяжении всего генома сейчас применяют методы секвенирования нового поколения.

См. также

Примечания
  1. Den Dunnen J. T. Recommendations for the description of sequence variants (англ.) // Human Genome Variation Society : journal. — 2008.
  2. Giegling I., Hartmann A. M., Möller H. J., Rujescu D. Anger- and aggression-related traits are associated with polymorphisms in the 5-HT-2A gene (англ.) // Journal of Affective Disorders : journal. — 2006. — November (vol. 96, no. 1—2). — P. 75—81. — doi:10.1016/j.jad.2006.05.016. — PMID 16814396.
  3. Morita, Akihiko; Nakayama, Tomohiro; Doba, Nobutaka; Hinohara, Shigeaki; Mizutani, Tomohiko; Soma, Masayoshi. Genotyping of triallelic SNPs using TaqMan PCR (англ.) // Molecular and Cellular Probes : journal. — 2007. — Vol. 21, no. 3. — P. 171—176. — doi:10.1016/j.mcp.2006.10.005. — PMID 17161935.
  4. Ammitzbøll, Christian Gytz; Kjær, Troels Rønn; Steffensen, Rudi; Stengaard-Pedersen, Kristian; Nielsen, Hans Jørgen; Thiel, Steffen; Bøgsted, Martin; Jensenius, Jens Christian. Non-Synonymous Polymorphisms in the FCN1 Gene Determine Ligand-Binding Ability and Serum Levels of M-Ficolin (англ.) // PLoS ONE : journal. — 2012. — 28 November (vol. 7, no. 11). — P. e50585. — doi:10.1371/journal.pone.0050585.
  5. Carlson et al. SNPs — A Shortcut to Personalized Medicine (англ.) // Genetic Engineering & Biotechnology News. — 2008.
  6. Ingram et al. A specific chemical difference between the globins of normal human and sickle-cell anaemia haemoglobin (англ.) // Nature : journal. — 1956.
  7. Romanov M. N., Miao Y., Wilson P. W., Morris A., Sharp P. J., Dunn I. C. (1999-05-16). «Detection and assay of polymorphism in reproductive gene loci in a commercial broiler breeder population for use in association studies» in Conference «From Jay Lush to Genomics: Visions for Animal Breeding and Genetics» (Ames, 16—18 May 1999). Proceedings: 155, Ames, IA, USA: Iowa State University. Abstract 15. OCLC 899128332. Дата обращения: 2005-03-14. (англ.)
  8. Wheeler et al. Database resources of the National Center for Biotechnology Information (англ.) // Nucleic Acids Research : journal. — 2007.
  9. Sherry et al. dbSNP - database for single nucleotide polymorphisms and other classes of minor genetic variation (англ.) // Genome Research : journal. — 1999.
  10. Полный список организмов можно найти по ссылке: SNP summary.
  11. Cariaso, Michael. SNPedia: A Wiki for Personal Genomics (англ.) // Bio-IT World. — 2007.
  12. Cariaso, Michael; Lennon, Greg. SNPedia: a wiki supporting personal genome annotation, interpretation and analysis (англ.) // Nucleic Acids Research : journal. — 2011.
  13. Chenxing Liu et al. MirSNP, a database of polymorphisms altering miRNA target sites, identifies miRNA-related SNPs in GWAS SNPs and eQTLs (англ.) // BMC Genomics : journal. — 2012.
  14. Drabovich et al. Identification of base pairs in single-nucleotide polymorphisms by MutS protein-mediated capillary electrophoresis (англ.) // Analytical chemistry : journal. — 2006.
  15. Griffin et al. Genetic identification by mass spectrometric analysis of single-nucleotide polymorphisms: ternary encoding of genotypes (англ.) // Analytical chemistry : journal. — 2000.
  16. Altshuler et al. An SNP map of the human genome generated by reduced representation shotgun sequencing (англ.) // Nature : journal. — 2000.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.