HAPLOTYP: STUDIJNÍ METODY, DIAGNOSTIKA, NEMOCI, PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Haplotyp je oblast genomu, který má tendenci být dědičné spolu přes několik generací; obvykle se jedná o stejný chromozom. Haplotypy jsou produktem genetického spojení a během genetické rekombinace zůstávají nedotčeny.

Slovo „haplotyp“ je odvozeno od kombinace slova „haploid“ a slova „genotyp“. „Haploid“ označuje buňky s jednou sadou chromozomů a „genotyp“ označuje genetické složení organismu.

Schéma distribuce haplotypů Y chromosomů v asijských populacích (Zdroj: Moogalord prostřednictvím Wikimedia Commons) Po definici může haplotyp popsat pár genů nebo více, které jsou zděděny společně na chromozomu od rodiče, nebo to může popisovat chromozóm, který je zděděn úplně od rodiča, takový jako Y chromozóm u mužů.

Například, když haplotypy sdílejí geny pro dva různé fenotypové znaky, jako je barva vlasů a barva očí, jednotlivci, kteří mají gen pro barvu vlasů, budou mít také jiný gen pro barvu očí.

Haplotypy jsou jedním z nejpoužívanějších nástrojů ke studiu genealogie, ke sledování původu nemocí, k charakterizaci genetické variability a fylogeografie populací různých druhů živých bytostí.

Existuje několik nástrojů pro studium haplotypů, jedním z nejpoužívanějších dnes je "mapa haplotypů" (HapMap), což je webová stránka, která umožňuje určit, které segmenty genomu jsou haplotypy.

Studijní metody

Haplotypy představují příležitost pochopit dědičnost genů a jejich polymorfismus. S objevem techniky „polymerázové řetězové reakce“ (PCR) bylo ve studiu haplotypů dosaženo značného pokroku.

V současné době existuje celá řada metodik pro studium haplotypů, některé z nejvýznamnějších jsou:

Sekvenování DNA a detekce jednonukleotidových polymorfismů (SNP)

Vývoj technologií příští generace pro sekvenování představoval velký skok pro studium haplotypů. Nové technologie umožňují detekovat variace až jedné nukleotidové báze ve specifických oblastech haplotypu.

V bioinformatice se termín haplotyp také používá k označení dědičnosti skupiny jednoduchých nukleotidových polymorfismů (SNP) v sekvencích DNA.

Kombinací bioinformatických programů s detekcí haplotypů pomocí sekvenování příští generace je možné přesně identifikovat polohu, substituci a účinek každé změny báze v genomu populace.

Mikrosatelity (SSRS)

Mikrosatelity nebo SSRS odvozují své jméno z anglického „S imple Repeat Sequence Repeat a Short Tandem Repeat“. Jedná se o krátké nukleotidové sekvence, které se postupně opakují v oblasti genomu.

Je běžné najít mikrosatelity uvnitř nekódujících haplotypů, takže detekcí změn v počtu mikrosatelitních repetic lze pozorovat různé alely v haplotypech jednotlivců.

Molekulární mikrosatelitní markery byly vyvinuty pro detekci nesčetných haplotypů, od sexingu rostlin, jako je Papaya (Carica papaya), až po detekci lidských chorob, jako je srpkovitá anémie.

Polymorfismy délky amplifikovaných fragmentů (AFLP)

Tato technika kombinuje amplifikaci s PCR reakcemi se štěpením DNA se dvěma různými restrikčními enzymy. Tato technika detekuje polymorfní lokusy v haplotypech podle různých míst štěpení v sekvenci DNA.

Abychom tuto techniku ​​lépe ilustrovali, představme si tři fragmenty tkaniny stejné délky, ale rozříznuté na různých místech (tyto fragmenty představují tři fragmenty haplotypu amplifikované pomocí PCR).

Než je textilie řezána, získá se mnoho kusů různých velikostí, protože každá textilie je řezána na různých místech. Pořadí fragmentů podle typu tkaniny, ze které pocházejí, můžeme vidět, kde se nacházejí rozdíly mezi tkaninami nebo v haplotypech.

Diagnózy a nemoci

Důležitou výhodou genetické studie haplotypů je to, že zůstávají téměř neporušené nebo nezměněné po tisíce generací, a to umožňuje identifikaci vzdálených předků a každé z mutací, které jednotlivci přispívají k rozvoji nemocí.

Haplotypy v lidstvu se liší v závislosti na rasách a na základě tohoto prvního byly geny detekovány v haplotypech, které způsobují vážné choroby v každém z lidských ras.

Projekt HapMap zahrnuje čtyři rasové skupiny: Evropané, Nigerijci, Yoruba, Han Číňané a Japonci.

Tímto způsobem může projekt HapMap pokrýt různé skupiny populace a sledovat původ a vývoj mnoha dědičných nemocí, které ovlivňují každou ze čtyř ras.

Jedním z nejčastěji diagnostikovaných nemocí pomocí analýzy haplotypů je srpkovitá anémie u lidí. Toto onemocnění je diagnostikováno sledováním četnosti afrických haplotypů v populaci.

Identifikace afrických haplotypů v populacích, která je původem z Afriky, usnadňuje vysledování lidí, kteří mají mutaci v genetické sekvenci pro beta globiny v srpkovitých erytrocytech (charakteristika patologie).

Příklady

U haplotypů jsou konstruovány fylogenetické stromy, které představují evoluční vztahy mezi každým z haplotypů nalezených ve vzorku homologních molekul DNA nebo ze stejných druhů v oblasti, která má malou nebo žádnou rekombinaci.

Jednou z nejvíce studovaných oborů haplotypů je vývoj lidského imunitního systému. Haplotypy kódující TOll-like receptor (klíčová složka vrozeného imunitního systému) byly identifikovány pro neandertálské a Denisovanské genomy.

To jim umožňuje sledovat, jak se genetické sekvence v „moderních“ lidských populacích změnily od sekvencí haplotypů, které odpovídají „předkům“ lidí.

Budování sítě genetických vztahů z mitochondriálních haplotypů zkoumá, jak se vyskytuje zakladatelský efekt u druhů, protože to vědcům umožňuje identifikovat, kdy se populace přestaly mezi sebou reprodukovat a etablovaly se jako samostatný druh.

Distribuce haplotypu R (Y-DNA) v domorodých populacích (Zdroj: Maulucioni, přes Wikimedia Commons) Haplotypová diverzita se používá ke sledování a studiu genetické rozmanitosti zvířat chovaných v zajetí. Tyto techniky se používají zejména u druhů, které je obtížné ve volné přírodě sledovat.

Živočišné druhy, jako jsou žraloci, ptáci a velcí savci, jako jsou jaguáři, sloni, jsou neustále geneticky hodnoceni pomocí mitochondriálních haplotypů, aby sledovali genetický stav populací v zajetí.

Reference

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Detekce sdílení širokého haplotypu genomu pomocí dat SNP nebo mikrosatelitního haplotypu. Human genetics, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, a Kelso, J. (2016). Ingrese haplotypů typu neandertálních a Denisovanů přispívá k adaptivní variaci lidských receptorů 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). Haplotypová identita mezi jednotlivci, kteří sdílejí alelu mutace CFTR „identickou podle původu“: demonstrace užitečnosti konceptu sdílení haplotypů pro mapování genů v reálných populacích. Human genetics, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, a Dawkins, RL (1992). Předkové haplotypy: konzervovaná populace MHC haplotypy. Lidská imunologie, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F. a Rozenberg, L. (2009, červen). Inference haplotypů omezená věrohodnými haplotypovými daty. V ročním sympoziu o kombinatorickém párování vzorů (str. 339–352). Springer, Berlín, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B.,… & Liu-Cordero, SN (2002). Struktura bloků haplotypu v lidském genomu. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. Mezinárodní konsorcium HapMap. (2005). Haplotypová mapa lidského genomu. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., a Wilding, C. (2018). Diverzita haplotypů mitochondriální DNA a původ žraločích žraloků v zajetí (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Inference haplotypů pro současná - chybějící genotypová data pomocí dříve identifikovaných haplotypů a haplotypových vzorců. Bioinformatics, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). Aplastická anémie. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.