Yindel локус что это

Как определить биологическое отцовство?

Большинство людей считают, что поводом для сомнения в биологическом отцовстве является несовпадение групп крови. Насколько обоснованы эти сомнения? Для решения таких спорных вопросов еще совсем недавно суды требовали представления свидетельских показаний, документов, справок, отзывов и характеристик, чтобы решить, является мужчина биологическим отцом ребенка или нет. Однако все это не могло гарантировать истинного правосудия. Вопрос заключался не в поиске истины, а в том, какая из сторон насобирает больше компромата на другую. В результате иногда даже бесплодные мужчины по решению суда оказывались отцами чужих детей. Сегодня самым надежным и точным методом установления факта биологического отцовства и идентификации личности признан ДНК-анализ, который позволяет полностью исключить подобного рода ошибки.

До возникновения ДНК-анализа для определения биологического отцовства или материнства, а также идентификации людей использовались биологические методы. Эти методы были основаны на определении групп крови, серологическом тестировании и т.п. Группа крови – это генетически наследуемый признак, не изменяющийся в течение жизни при естественных условиях. В крови человека в разных ее составляющих находятся антигены, которые получены каждым человеком по наследству от родителей в равных долях. У разных людей эти, в принципе, похожие антигены по некоторым своим свойствам отличаются друг от друга. Антигены одного типа, но несколько отличающиеся по свойствам, составляют систему. На сегодняшний день известно более десятка такого рода систем. Например, по наиболее широко распространенной системе АВ0 людей принято де­лить на 4 основные группы. Частота встречаемости этих групп составляет примерно: I – 35%; II – 35%; III – 20%; IV – 10%. В основе закономерностей наследования групп крови системы АВ0 лежат следующие понятия: группа крови определяется одним геном, который обнаруживается в трех различных вариантах, то есть аллелях, называемых А, В и 0 (ноль). Аллель – это одна из возможных альтернативных форм гена, каждая из которых характеризуется уникальной последовательностью нуклеотидов.

Если известны группы крови родительской пары, то с по­мощью элементарной комбинаторики можно определить «допустимые» и «невозможные» сочетания группы крови у детей. Для понимания вышеизложенного разберем данные, приведенные в таблице N 1. Например, если оба родителя имеют первую группу крови 0(I), то все дети могут иметь кровь только этой группы. В случае когда один из родителей имеет третью группу крови В(III), а другой – вторую А(II), то дети могут иметь любую из четырех групп крови и т.д.

Группы крови системы АВ0, возможные у ребенка в зависимости от группы крови его родителей

Группа крови матери

Группа крови отца

Понимание закономерностей наследования групп крови помогает разрешить некоторые проблемы, например снять необоснованные подозрения. Однако в ряде случаев использование системы группы крови для установления родства является неэффективным, так как вероятность случайного совпадения очень высока.

В наши дни вопросы установления биологического родства решаются путем применения значительно более информативной системы, основанной на молекулярно-генетических методах исследования ДНК. Что же такое ДНК?

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – высокополимерное природное соединение, содержащееся в ядрах клеток всех живых организмов, носитель генетической информации. ДНК локализована в ядре каждой клетки, состоит из двух цепей и имеет структуру двойной спирали. Она точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков. Общая длина молекул ДНК в каждой клетке составляет около 2 метров, а число пар нуклеотидов – более 3 млрд.

Интересно заметить, что молекулы ДНК любых двух людей (не родственников) отличаются в среднем только одним нуклеотидом из каждых 300–400. Теоретически это означает, что если у сотни человек проанализировать фрагмент ДНК длиной 300–400 нуклеотидов для одного и того же гена, то 99 человек вполне могут оказаться не отличимыми друг от друга. Индивидуализирующие признаки, определяемые на уровне ДНК, характеризуются почти абсолютной устойчи­востью, то есть сохраняются в организме человека неизменными всю его жизнь и неизменными отображаются в его биологических следах. Идентификационная значимость генетических признаков чрезвычайно высока. Поэтому для установления биологического родства или же для идентификации личности используют отнюдь не любые гены, а только полиморфные, то есть те, у которых много аллельных форм.

На ранних этапах развития ДНК-анализа конечный этап всей сложной многостадийной процедуры сводился к анализу специфических графических изображений, условно говоря, «отпечатков пальцев» наследственного материала человека. В конце 90-х годов прошлого столетия с появлением генетических анализаторов стало возможным получать результаты ДНК-анализа в виде специфического набора цифр, то есть определять уникальный генетический «паспорт» или «удостоверение личности» человека, которое нельзя ни скрыть, ни изменить, ни подделать.

В настоящее время во многих передовых молекулярно-генетических лабораториях установление биологического родства проводят по 16 аутосомным STR-маркерам. Для этого получают генотипы образцов, каждый из которых представляет собой комбинацию из 30 цифр и 2 буквенных обозначений, где «ХХ» указывает принадлежность к женскому, а «ХY» – к мужскому генетическому полу (см. таблицы NN 2 и 3). В случае подтверждения биологического родства по каждому исследованному локусу один из аллельных вариантов в генотипе ребенка должен совпасть с одним из материнских аллельных вариантов, а другой – с одним из отцовских.

Результаты теста, подтверждающие биологическое отцовство

Объекты

Локусы

Генотип
предполагаемого отца
объект N 1

Генотип
ребенка
объект N 3

Генотип
матери
объект N 2

D8S1179

14;15

10 ; 14

Источник

Особенности анализа генотипа лица мужского генетического пола без детекции «Y» при исследовании гена амелогенина

Е.С. Потеряйкин, В.С. Якубович, С.В. Игнатова

Экспертно-криминалистический отдел СУ СК России по Хабаровскому краю и Еврейской автономной области, г. Хабаровск
Кафедра биологии и генетики (зав. – к.б.н. Е.В. Млынар) ФГБОУ ВО ДВГМУ Минздрава России, г. Хабаровск

Особенности анализа генотипа лица мужского генетического пола без детекции «Y» при исследовании гена амелогенина / Потеряйкин Е.С., Якубович В.С., Игнатова С.В. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. — Хабаровск, 2019. — №18. — С. 172-174.

библиографическое описание:
Особенности анализа генотипа лица мужского генетического пола без детекции «Y» при исследовании гена амелогенина / Потеряйкин Е.С., Якубович В.С., Игнатова С.В. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. — Хабаровск, 2019. — №18. — С. 172-174.

код для вставки на форум:

При использовании современных наборов химических реагентов для генотипоскопического исследовании ДНК проводится анализ гена амелогенина, по одной копии которого локализовано как на X-, так и на Y-хромосоме, в обоих случаях на коротком плече.

После электрофореза в исследуемых объектах должны отчетливо выявляться следующие специфические пики на электрофореграммах: один – для женской половой принадлежности (106 п.н., AmelX) и две – для мужской половой принадлежности (106 п.н. AmelX и 112 п.н. AmelY).

Наиболее современные наборы реактивов для амплификации аутосомных STR-локусов, таких производителей, как Promega Corporation, Applied Biosystems, QIAGEN, включают дополнительные гендерные локусы, локализованные на Y-хромосоме. Данные локусы (Y-Indel, DYS391 и пр.) расположены на длинном плече Y-хромосомы и добавлены в наборы реагентов для более корректной диагностики генетического пола в случае появления «ошибок» при анализе гена амелогенина, связанных с делециями в коротком плече Y-хромосомы.

Нами был изучен образец крови трупа гражданина К. (мужчина 50 лет, фенотипически – телосложение по мужскому типу, наружные и внутренние половые органы развиты в соответствии с соматическим полом). Для исследования локусов ядерной ДНК, выделенной из образца крови гражданина К., применяли полимеразную цепную реакцию, используя набор реагентов AmpFlSTR® GlobalFiler™, производства фирмы Applied Biosystems, США, в соответствии с прилагаемой к набору инструкцией. Реакцию амплификации проводили с помощью прибора GeneAmpPCRsystem 9700 фирмы Applied Biosystems, США. Разделение и детекцию флуоресцентно меченных амплифицированных фрагментов проводили с использованием прибора капиллярного электрофореза 3500 GeneticAnalizer, производства фирмы Applied Biosystems, США, в среде полимера POP4. Определение длин амплифицированных фрагментов и установление номеров аллелей проводили на основе внутреннего стандарта длины (GeneScan-600 LIZ Size Standard v 2.0) и входящего в набор реагентов аллельного леддера с помощью программного комплекса GeneMapper ID-Х.

При исследовании ДНК, выделенной из образца крови гражданина К., выявлены однои двуаллельные сочетания, в результате исследования пол специфичного сегмента амелогенинового гена (Amelogenin) выявлен только Х-специфичный фрагмент, что характерно для лица женского генетического пола, но при этом детектировались аллели локусов Y-Indel, DYS391. В зарубежной литературе данное явление описано как AMELY-negative males (AMELY-отрицательные мужчины).

Можно предположить два варианта для объяснения данного явления: мутацией в области посадки используемого праймера или делецией короткого плеча Y-хромосомы. В отечественной литературе частота затрагивающих ген AMELY делеций, их характеристики практически не описаны.

Для более полного установления генетических признаков гражданина К. нами использовался набор реактивов AmpF/STR® Yfller™ Plus PCR Amplification Kit (Applied Biosystems, США), который включает следующие локусы: DYS576, DYS389I, DYS635, DYS389II, DYS627, DYS460, DYS458, DYS19, YGATAH4, DYS448, DYS391, DYS456, DYS390, DYS438, DYS392, DYS518, DYS570, DYS437, DYS385 a/b, DYS449, DYS393, DYS439, DYS481, DYF387S1, DYS533.

При этом в коротком плече локализованы такие локусы, как DYS576, DYS458, DYS456, DYS570, DYS393, DYS481, DYS449, DYS19; последний расположен ближе к центромере.

При анализе гаплотипа Y-хромосомы у гражданина К. установлено, что отсутствуют аллели в локусах DYS576, DYS458, DYS481, DYS449, при условии, что аллели некоторых локусов, расположенных в коротком плече, и аллели локусов, расположенных в длинном плече Y-хромосомы, детектировались на электрофореграмме без особенностей. Таким образом, можно сделать вывод, что у гражданина К. отсутствует участок Y-хромосомы между расположением локуса DYS570 с одной стороны и DYS19 с другой стороны, включающий локализацию гена амелогенина.

Приведенный нами пример из экспертной практики при дополнительном изучении с набором реагентов для анализа STR-локусов Y-хромосомы следует описать в исследовательской части экспертного заключения как вариант делеции фрагмента короткого плеча Y-хромосомы. С точки зрения прикладного значения, стоит отметить, что подобные делеции значительно ограничивают возможности популяционных исследований при установлении территориальноэтнической принадлежности субъекта, поскольку число исследованных локусов существенно ограничивается. Данное явление встречается довольно редко в практике экспертно-криминалистических исследований, что дает возможность в более категоричной форме высказываться о тождестве (след–след или след–лицо) при сравнительном исследовании объектов, генотипы которых установлены только по STR-локусам Y-хромосомы. Нам представляется актуальным дальнейшее накопление подобных примеров с целью уточнения сведений о частотах встречаемости делеций Y-хромосомы в отдельно взятых регионах Российской Федерации.

Источник

Что показывает ДНК тест

Результат ДНК-теста дает гарантированно точные ответы относительно того, являются ли два человека родственниками или нет. После выполнения тестирования клиент получает на руки подробный отчет, в котором содержится несколько показателей и большое количество цифр. Это одновременно научный и юридический документ, поэтому вопрос, как понять ДНК тест, волнует всех, кто заказал генетическое исследование.

Расшифровка ДНК-теста

После получения образцов ДНК в лаборатории приступают к извлечению генетических маркеров. В таблице отчета о родстве указаны каждый из них. Есть две колонки: одна колонка для предполагаемого отца, одна – для ребенка. Иногда добавляют третью – например, для анализа образца матери.

Хотя в этой таблице указан 21 генетический маркер (или, как его еще называют, локус – увеличенный фрагмент ДНК), фактически проверяются 20 из них. 21-й генетический маркер известен как ген пола – амелогенин. Этот ген является одним из многих генов, определяющих пол. Этот ген анализирует только для чтобы убедиться, что клиенты не ошиблись при упаковке своих образцов.

В каждом из локусов находятся так называемые короткие тандемные повторы, наследуемые от обоих родителей. Проще говоря, это молекулярные маркеры родства. Во второй и третьей колонке вы увидите числа – это количество таких маркеров. К примеру, в первом локусе (D13S1358) указаны значения 16 и 18, то есть 18 переданы от отца. В случае когда ребенок наследует и от отца, и от матери один и тот же набор маркеров (аллель), дается одно число. К примеру, во втором локусе vWA, который содержит данная расшифровка анализа ДНК, стоит только одно число 17.

Индекс отцовства

Это показатель, с помощью которого определяются шансы наследования ребенком обязательной аллели от предполагаемого отца, а не случайного мужчины, который не проходит тестирование. Индекс отцовства (PI) подсчитывается для каждого маркера родства математическим путем. В таблице вы увидите это число возле каждого локуса. Например, возле локуса D16S539 стоит индекс 1,75. Это достаточно высокий индекс, говорящий о сильном совпадении. Однако, если известно, что большинство людей будут иметь аллельное значение 12 в этом месте, PI может быть меньше, например 0,83. Таким образом, в ДНК обоих участников есть совпадение, но это может быть связано с разными вероятностями: либо с тем, что один из них действительно является биологическим отцом ребенка, либо с тем, что большинство людей в этой популяции имеют такое же значение аллеля в этом месте.

Позже все индексы объединяют вместе путем умножения всех отдельных PI, чтобы получить комбинированный индекс отцовства. Комбинированный индекс отцовства, или CPI, – это алгоритм, используемый для установления вероятности отцовства. CPI, как показано в наших примерах, позволяет определить процентную вероятность того, что испытуемый человек исключается или не исключается в качестве биологического отца ребенка.

Если ДНК тест показывает, например, число CPI 200 000, это значит следующее: вероятность отцовства мужчины, который проходит данное тестирование, в 200 000 раз выше, чем вероятность отцовства случайного человека из данной популяции. Если по результатам исследования тестируемый человек не признан отцом, в индексе отцовства будет стоять 0.

Как понять вероятность отцовства?

Для того, чтобы предполагаемый отец считался отцом ребенка (чтобы его биологическое отцовство было «не исключено»), значение CPI должно составлять не менее 100. Значение CPI 100 соответствует вероятности отцовства 99,0000%, значение CPI 10 000 дает вероятность 99,9900% и так далее.

Почему вероятность отцовства не может быть равной 100%? Это связано со статистической погрешностью, поскольку для получения 100% вероятности отцовства необходимо протестировать каждого мужчину данного этноса как предполагаемого отца. Всегда остается небольшая вероятность существования у человека его генетического близнеца.

Однако вероятность отцовства в 99,99% это настолько сильный показатель, что ее принято считать доказательством отцовства. И в этом согласны как ученые-генетики, так и суды во всем мире. Как выглядит исключение отцовства? Этот показатель всегда будет равен 100%.

Как происходит процедура анализа ДНК

Сегодня для ДНК-тестирования используются компьютерное оборудование, которое сделало процедуру точной и быстрой. С его помощью можно не только устанавливать родство, но и выполнять генетическую реконструкцию отцовства без участия отца, определять этническую принадлежность, резус-фактор плода во время беременности.

Количество ДНК, которое можно извлечь из полученного образца, очень мало, а загрязнение может повлиять на возможность секвенирования. Поэтому ДНК сначала необходимо амплифицировать, сделав множество копий последовательности. Это делается методом ПЦР – полимеразной цепной реакции. При этом фокусируются на 700 000 участков ДНК, которые, как известно, различаются между людьми (остальные 99,9% последовательности практически одинаковы для всех). Эти участки называются SNP – это однонуклеотидный полиморфизм, отличия последовательности дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Затем эти амплифицированные участки помещают на маленький чип с множеством пор, которые связывают каждый фрагмент с красным или зеленым флуоресцентным сигналом. Специализированное программное обеспечение затем может прочитать чип и перевести цвета в A, T, G и C. Файл с этой последовательностью позволяет перейти к вычислительному анализу.

В каждой паре хромосом одна хромосома передается от матери и одна от отца. Технология генотипирования, которая читает образец ДНК, определяет, какие генотипы унаследованы от родителей для каждого SNP, а процедура фазирования группирует варианты, унаследованные от каждого из родителей в две отдельные группы для дальнейшего сравнения.

Заказать ДНК-тест в лаборатории Медикал Геномикс Украина

Лаборатория Медикал Геномикс Украина предлагает широкий спектр генетических исследований. Здесь вы можете заказать тест для установления отцовства/материнства, сиблинговые тесты и другие исследования родственных отношений. С помощью ДНК-исследований вы также можете узнать больше о вашем этническом происхождении и том, какую роль играет наследственность и повреждения ДНК в вашем здоровье.

ДНК-исследования в лаборатории Медикал Геномикс Украина – это удобно, качественно и доступно. Вы можете сдать биоматериал в одном из 78 пунктов сбора образцов в 43 городах Украины или заказать набор для домашнего забора материала. В лаборатории используется современное оборудование, которое исключает возможность ошибки и человеческого фактора, а каждый результат проверяется дважды – двумя независимыми группами ученых под руководством четырех докторов наук в генетике.

Источник

Yindel локус что это

Как наследуются заболевания и какими бывают мутации – сложные темы. Но без понимания, что такое аллель и где именно образуются поломки в генах не обойтись, если вы хотите анализировать результаты секвенирования. Эта теория тесно связана с практикой.

Что и как секвенируют?

ДНК для секвенирования выделяют из биологических материалов, которые мы отправляем в лабораторию. Это может быть щеточка с буккальным соскобом ребенка (эпителий с внутренней стороны щеки), кровь в пробирке или кровь, высушенная на фильтровальной бумаге (для удобства почтовой пересылки).

Если выделенной ДНК окажется достаточно и она пройдет контроль качества, то вам могут сообщить, что ваш образец принят. Далее он ждет своей очереди, чтобы с десятками других пройти секвенирование. Чем больше образцов обрабатывают одновременно и чем дольше продолжается секвенирование, тем дешевле его себестоимость.

Так что же конкретно читает секвенатор?

Представим, что наш генетический код (генотип) – это чертежи, записанные четырехбуквенным языком. По этим чертежам внутри клеток из аминокислот собираются белки. А с белками прямо или косвенно связаны все процессы в нашем организме.

Информация чертежей закодирована лишь четырьмя буквами A, T, G, C, точнее, молекулами из которых состоит ДНК. Но и четырех букв вполне достаточно.

Чтобы лучше понимать, что такое ДНК, рекомендую посмотреть это видео.

Технология секвенирования – это автоматическое чтение под микроскопом последовательности молекул A, T, G или C, помеченных так, чтобы они стали отличимыми друг от друга.

Сначала ДНК режется на множество отрезков. Их длина достаточна для того, чтобы не перепутать между собой. Затем каждый из этих отрезков копируется множество раз. Чтение происходит параллельно для многих копий отрезка сразу с двух сторон. Благодаря такому масштабированию и одновременности секвентатор может быстро прочитать геном или экзом. Многократное дублирование позволяет снизить вероятность ошибок.

Если вы хотите поглубже познакомиться с технологией секвенирования Illumina, рекомендую посмотреть это видео на английском языке.

После секвенирования компьютер находит место прочитанных отрезков относительно эталонного генома, то есть «выравнивает» фрагменты. Прочтения могут накладываются друг на друга, поэтому у каждой конкретной молекулы ДНК будет свое количество прочтений, которое называется «покрытие».

В этом определении нет устоявшегося термина и могут быть разные переводы с английского. Слова «покрытие», «глубина прочтения», «охват», «глубина секвенирования» могут означать одно и то же. Например, в следующих главах покрытие для конкретного нуклеотида будет обозначаться DP (DePth).

Среднее число прочитанных молекул участка (локуса), экзома или генома – называется «среднее покрытие».

Поскольку процесс чтения – случайный, всегда найдутся участки с настолько низким DP, что будут отброшены при контроле качества. Если речь идет о постановке диагноза, то таких «некачественных» прочтений, особенно в кодирующей части ДНК, должно быть немного и требования к среднему покрытию, соответственно, растут. Среднее покрытие экзома или генома определяет себестоимость и конечную цену секвенирования.

Как правило, если секвенируют целый геном, то приемлемым считают покрытие выше х20. Это означает, что каждый участок ДНК был в среднем прочитан не менее 20 раз. Экзом составляет около 2% от генома и ему можно уделить, по крайней мере, втрое больше внимания – здесь приемлемым будет покрытие x75 и более.

Дождавшись результатов секвенирования, вы получите флешку, внешний жесткий диск или email со ссылками на медицинский отчет и файлы с данными секвенирования. Оптимальным будет, если вы получите FASTQ файлы, BAM (или SAM) файл, VCF-файл и pdf-отчеты. Все их желательно сохранить у себя.

1) Исходный материал – это большой по размеру многотомный архив с FASTQ файлами, которые содержат, по сути, сырые и неупорядоченные данные секвенирования. Для экзома их размер будет составлять около 10GB. Эти файлы важны тем, что на их основе можно будет создавать новые отчеты со свежими уточнениями. Также по этим файлам можно достоверно оценивать качество секвенирования.

2) BAM-файл или SAM-файл с выровненными относительно эталонного генома данными. То есть, с уже упорядоченной информацией о ДНК, которую можно просматривать с помощью специальных ДНК-броузеров.

3) Самое интересное для клинического анализа – это выявление различий между геномом пациента и эталонным геномом человека (variant calling). Выявленные различия записывают в сравнительно небольшой VCF-файл. С помощью специальных программ его анализируют для выявления нарушений.

Аллели и наследственные менделевские заболевания

Считается, что ДНК двух людей идентичны на 99.9% и лишь 0.1% отличий определяет разницу между нами. Но самое интересное то, что различие ДНК существует и внутри наших клеток. По сути, в них содержится информация о двух разных людях, то есть две парных хромосомы. Благодаря этому, даже несмотря на множество мутаций у каждого из нас, мы обычно не заболеваем тяжелыми наследственными заболеваниями. Если на одной хромосоме есть дефектный ген, то вторая хромосома продолжает работать как надо. И обычно одного из двух «работников» бывает достаточно, чтобы произвести нужное количество «правильных» белков.

Чтобы лучше понять, как происходит наследование признаков, рекомендую познакомиться с этим видео.

Двое разных людей в наших генах – это, конечно же, мама и папа. После оплодотворения материнские и отцовские хромосомы соединяются и обмениваются различными участками. Перемешивание генов происходит не отдельными молекулами ДНК, а большими блоками, которые обмениваются как единое целое (их называют гаплотипами). В итоге почти все наши гены состоят из двух копий-половинок, унаследованных от обоих родителей (за исключением генов половых хромосом).

Кстати, иногда, варианты генов не наследуются. Под действием внешних факторов могут происходить мутации de novo, то есть вариант гена, которого не было ни у кого из родителей.

Аллели – это различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковой позиции (локусе) хромосомы. Если эти участки совпадают, их называют гомозиготными, если различаются, тогда их называют гетерозиготными.

Если аллели гомозиготные, то белки получаются одинаковые и эффект такого варианта на функцию гена одинаков – тут более-менее все понятно. Но при гетерозиготном варианте, один аллель может подавлять другой во внешних проявлениях. Такие отношения между аллелями называют доминантностью. Доминантный аллель будет проявляться в фенотипе – характеристике человека (цвет волос, непереносимость продукта и т.п.), а рецессивный никак не будет себя проявлять, оставляя играть роль доминантному.

Конечно, степени подавления могут быть разными, например, может быть и смешанный тип, когда свои особенности проявляют оба аллеля.

Вспомним школьный урок биологии про законы Грегора Менделя, рисунки с белыми и красными тюльпанами, а также варианты потомства, которое они дают при различных типах наследования. Следующие поколения тюльпанов при скрещивании могут оставаться красными и белыми, быть промежуточными по окрасу (розовыми) или даже с разными цветами отдельных лепестков.

Так и большинство генетических нарушений – моногенные и имеют понятные закономерности наследования в соответствии с законами Менделя. Поэтому они называются менделевскими заболеваниями.

Отсюда, два основных типа менделевских заболеваний. Оба могут быть предсказаны по законам генетики с определенной вероятностью, если известны варианты генов отца и матери.

Аутосомно-доминантное наследование, при котором болезнь может проявиться в случае, если у человека есть хотя бы один «дефектный» ген, унаследованный от отца или матери.

Если хотя бы у одного из родителей есть соответствующий генетический дефект, то не только у него развивается заболевание, но с вероятностью 50% это заболевание передастся ребенку. Выраженность заболевания будет зависеть от степени доминирования и степени повреждения гена, а она может меняться при передаче. Нарушения у родителя могут быть с очень «смазанными» симптомами (низкая пенетрантность) или проявиться уже в зрелом возрасте. Также аутосомно-доминантное наследование часто связано с мутациями de novo.

Аутосомно-рецессивное наследование, при котором болезнь проявляется только в том случае, если «дефектный» ген был унаследован от обоих родителей. То есть, обе парные хромосомы содержат мутацию на одном и том же участке.

Мы все носим множество редких «дефектных» генов. Но человек, имеющий только одну копию «дефектного» гена (а другую – «нормального» гена), при этом типе наследования является полностью или почти полностью здоровым. Он лишь носитель. Если же оказалось, что оба родителя ребенка являются носителями одной и той же болезни, то с вероятностью 25% ребенок унаследует генетический дефект от обоих родителей, а ни одной нормальной копии соответствующего гена у него не будет. В этом случае развивается заболевание.

Сцепленное с полом наследование связано с непарными половыми хромосомами. Правда непарные (XY) они только у мужчин, а у женщин они парные (XX), как и остальные хромосомы.

Некоторые заболевания передаются только от отца к сыну (когда «плохой» ген находится на мужской Y-хромосоме) или же от матери детям обоего пола (когда вызывающая болезнь мутация происходит на женской Х-хромосоме).

Этот тип заболеваний чаще всего проявляется у мужчин. Ведь, если «плохой» аллель находится на Y-хромосоме, то женщина, в принципе, не может его получить, так как обе половые хромосомы у женщин – это Х-хромосомы. Если болезнь связана с мутацией в женской половой хромосоме, то мужчина, получивший «плохую» хромосому, будет болен (так как у него в геноме нет «здоровой» пары).

У девочки-носителя действие мутантного аллеля обычно маскируется его здоровым напарником, и болезнь проявляется только в том случае, если обе ее Х-хромосомы несут мутацию.

Понятно, что редкое наследственное заболевание означает, что соответствующий аллель мало распространен. Частота аллеля (AF) – ключевой параметр, с которым мы будем работать. Она измеряется в процентах или как число от нуля до единицы. Частота аллеля определяется, как доля всех хромосом в популяции, которые несут эту аллель. Их расчетом занимается популяционная генетика.

Что может поломаться в гене?

Путь от гена до образования белка – это удивительно красивый процесс. Он состоит из двух основных этапов – транскрипции и трансляции, который происходит по цепочке: Ген –> РНК-полимераза –> мРНК (она же иРНК) –> рибосома –> белок.

Образование белка хорошо описано в этих видео [тут и тут].

Наши белки состоят из 20 аминокислот. Каждая аминокислота белка кодируется тремя идущими подряд буквами ДНК. Эта тройка называются триплетом (или кодоном). Подробнее о кодировании на английском можно почитать тут.

Большинство генетических вариаций – это точечные замены одной буквы ДНК на другую. Они называются однонуклеотидный полиморфизм – SNP или SNV (Single nucleotide polymorphism/variant). Но также распространены индели (indel) – это короткие вставки лишних молекул ДНК или наоборот выпадения тех нуклеотидов, которые должны быть (делеции).

Ошибки даже в одной из букв триплета могут привести ко вставке неправильной аминокислоты. А это, в свою очередь, может привести к неправильному образованию белка, когда его функция будет снижена или вообще утрачена.

Иногда SNP становятся причиной тяжелых генетических заболеваний (например, муковисцидоза). Но гораздо чаще точечные изменения безобидны, поэтому их и называют не мутациями, а вариантами.

Более 160 миллионов описанных в медицине и генетике вариантов хранятся в генетической энциклопедии полиморфизмов dbSNP, под уникальными номерами (RefSNP), которые начинаются с префикса rs.

Приведем пример очень распространенного SNP, который вы, возможно, найдете в своих результатах секвенирования:

Вариант под номером rs1801131 – это SNP в гене MTHFR. В нашем случае был вариант T>G (то есть, однонуклеотидная замена “T” на “G”) в хромосоме 1 в позиции 11,794,419 по референсоному геному GRCh38. Такая замена ДНК приведет к тому, что в белке вместо аминокислоты глутамин будет вставлена аминокислота аланин.

Белок МТНFR (метилентетрагидрофолатредуктаза) участвует в превращении гомоцистеина в метионин. При гетерозиготном варианте функция гена сохранена примерно на 65%, а при гомозиготном – примерно на 30%.

Согласно данным 1000 Genome, частота аллеля в мире составляет 24,94%. Это означает что вероятность быть носителем гомозиготного варианта составляет около 6%.

Под номером 3521 этот же вариант хранится в клинической базе данных Clinvar, где записаны те SNV, которые имеют медицинское значение. В разделе Conditions можно прочитать про ассоциированные заболевания.

Влияние варианта на функцию белка можно прогнозировать не только на основании клинических баз данных, но и на базе алгоритмов, которые учитывают, какой именно участок гена был изменен.

Но как так сразу можно узнать о серьезности мутации?

Участок ДНК гена состоит из нескольких фрагментов, которые неравнозначны по важности. Первый фрагмент указывает РНК-полимеразе на начало считывания, далее идет область экзонов вместе с интронами, завершающий фрагмент кода указывает на конец гена, то есть, служит командой для прекращения считывания. Повреждения в этих областях будут иметь совершенно различные последствия.

Схематическая структура гена

Как будет выглядеть такой анализ на практике?

Когда мы будем делать аннотирование VCF-файла, то инструмент snpEff добавит к каждому варианту множество подписей. Среди них будет столбец ANN[*].IMPACT (Impact prediction), в котором записано одно из четырех значений HIGH, MODERATE, LOW, MODIFIER. За редкими исключениями, с нарушением могут быть связаны варианты HIGH или MODERATE.

Чтобы оценить влияние конкретного варианта, программа ориентируется на таблицу соответствия. То есть, на записи соседнего столбца ANN[*].EFFECT. Сюда алгоритм записывает, какую именно часть или структуру гена затронул вариант.

Повреждения очевидно будут сильными (HIGH), если они связаны с исчезновением целого экзона (exon_loss_variant), нарушению кратности считывания триплета ДНК (frameshift_variant), преждевременной остановке считывания (stop_gained) и прочими серьезными структурными проблемами.

Зато на этапе первичного анализа можно не обращать внимания на строки LOW и MODIFIER. В них, например, записаны SNP в некодирующей области (intron_variant), синонимичные варианты, которые несмотря на замену в ДНК приведут к кодированию одной и той же аминокислоты, а также другие малозначимые изменения.

Например, для описанного выше варианта rs1801131 может быть такая запись.

Поскольку данный вариант затрагивает транскрипцию двух генов (MTHFR и C1orf167), то для них записаны два различных эффекта.

Для гена C1orf167 – это downstream, то есть вариант в некодирующей части ДНК, который не имеет значения (MODIFIER).

Для гена MTHFR – это missense, то есть вариант, который, хотя и не разрушает белок, но может привести к изменению его эффективности. Поэтому нужно выяснить его значимость (а пока считаем, что он умеренный – MODERATE).

Больше о патогенности варианта, мы узнаем из клинического опыта, то есть других баз данных (например, Clinvar, о которой речь пойдет ниже).

Содержание:

Часть 2. Немного теории: чтение ДНК, аллели, поломки генов
2.1. Что и как секвенируют?
2.2. Аллели и наследственные менделевские заболевания
2.3. Что может поломаться в гене?

Источник