МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕДИЦИНА Л4ppt. Диагностика геномная дактилоскопия (точная идентификация личности)

ДИАГНОСТИКА

геномная «дактилоскопия» (точная идентификация личности)

экспериментальные и клинические основы генной терапии наследственных и ненаследственных болезней

исследования по фармакогенетике и фармакогеномике

молекулярные основы профилактической (предиктивной) медицины

включает в себя:

введение в клетки гена для восстановления недостаточной функции собственного гена, приводящей к развитию заболевания;

подавление с помощью молекулярно-генетических технологий избыточной функции собственного гена, вызывающей заболевание;

введение генов, усиливающих иммуногенность и гибель патологических клеток, а также повышающих иммунный ответ организма.

Начало работ-1990 г. Первая версия последовательности нуклеотидов закончена в 2000 г.

Конечная версия(Build 35) – закончена в 2004 г.

Т.е., геном это не только все гены, но и все остальные участки ДНК с пока неизвестной функцией.

Первый в мире патент на микробиочипы для определения структуры ДНК принадлежит нашей стране, коллективу академика Андрея Мирзабекова

Он – соавтор статьи за которую дана Нобелевская премия (В.Гилберт, секвенирование ДНК) N.Novgorodpublic lecture N.Novgorodpublic lecture, 4 Dec 2004

Zvenigorod30 Nov 2005

1. Выявить группы генов координировано повышающих(или понижающих) уровень транскрипции. Достижение этой цели - основа диагностики.

Предполагается, что эти гены функционально связаны через общие транскрипционные факторы и сайты их действия в данных генах.

2. Выявить те из координировано транскрибируемых генов, которые отвечают за формирование фенотипа в ответ на воздействие (или препятствует ему). Достижение этой цели–основа терапии

Продукты работы генов могут заменить все лекарства

Н.К. Янковский, ИОГен 3.07.2006

Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого организма.

Является инструментом биотехнологии, используя исследования таких биологических наук, как молекулярная биология, цитология, генетика, микробиология.

Осуществление этих двух этапов - получение гена и введение его в клетку - составляет основу той отрасли биотехнологии, которая получила название индустрии ДНК.

Так, с 1980 г. гормон роста человека соматотропин получают из бактерии Е. coli (кишечной палочки).

Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост человеческого тела; его недостаток приводит к карликовости.

Соматотропин - единственное средство лечения детей, страдающих карликовостью из-за недостатка этого гормона.

Модификация животных и человека

молекулярные биологи научились вводить искусственные гены в живые организмы.

Ферментом лигазой "сшивают" оба куска ДНК (гена и плазмиды), в результате получается рекомбинантная кольцевая плазмида, которую вводят в бактерию Е. coli.

2. Лигирование - включение фрагментов ДНК человека в плазмиды благодаря сшиванию липких концов ферментом лигазой.

3. Трансформация - введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки, обработанные специальным образом - так, чтобы они на короткое время стали проницаемыми для макромолекул.

4. Скрининг - отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые содержат плазмиды, несущие нужный ген человека.

Однако, ряд серьёзных неудач указал на небезопасность такого подхода. У некоторых пациентов инъекции вирусов вызывали тяжелые, иногда - смертельные, иммунные реакции.

Простейшим вектором для гена является плазмида – кольцевая ДНК из нескольких тысяч пар нуклеотидов, созданная методами генной инженерии.

Плазмида содержит

-целевой ген и его промотор,

- различные регуляторные и сигнальные последовательности, необходимые для синтеза больших количеств полноценной мРНК и целевого белка а также

- сервисные последовательности и гены, благодаря которым ее можно размножать в клетках бактерий.

и невирусные векторы (липосомы, дендримеры, ДНК-липидные комплексы и др.).

Адресная доставка определяется наличием на поверхности векторов специальных молекул, узнаваемых рецепторами на клетках-мишенях.

Коллекцию разных клонов называют клонотекой, геномной библиотекой или банком генов.

Для полной библиотеки генома человека требуется получить около 800 тыс. разных клонов.

Процесс выделения и клонирования генов в значительной степени автоматизирован.

занята НЕ генами (63 -74%)

Сам ген внутри «пустой»:

95% -некодирующая часть

Мы не знаем зачем нам столько ДНК



и что делает 99% ее некодирующей части




ГЕН= фрагмент геномной ДНК с котранскрибируемыми субфрагментами. Это определение гена неполное. Напр., возможна транскрипция с 2- х цепей.

только для Менделирующих заболеваний

собственно наследственных болезней (менделирующих, или моногенных).

В мире до 10 миллионов больных Менделирующими(«простыми ») заболеваниями.

Все это болезни с детства.

В развитии и возникновении мультифакториальных (многофакторных) заболеваний (МФЗ) существенны как генетические, так и факторы внешней среды.

В геноме человека выявлено

1112 “генов болезней” +94“ составных” гена,

образующихся при опухолевых перестройках генома

Суммарная частота менделирующих заболеваний <1% новорожденных

Мутации в кодирующей части гена–лишь часть из возможных причин потери функции. Другая часть– дефекты процессинга генетической информации (сплайсинга, регуляции транскрипции и трансляции)

Тысяча разных мутаций в одном гене (CF) может быть причиной одной и той же болезни (муковисцидоз).

Для ДНК-идентификации нужны тысячи диагностикумов или пересиквенирование гена.

Около полутора тысяч генов наследственных болезней известно, и число диагностикумов составит, возможно, миллионы.

5-10 мутаций являются причиной болезни у 80–90% страдающих данным заболеванием. Практически необходимое число диагностикумов–десятки тысяч.

90% наследственных болезней не моногенны от природы. Число диагностикумов для них–сотни тысяч.

•Для жителей Восточной Азии достаточны меньшие дозы, чем для Европейцев при приеме психотропных препаратов(антидепрессанты, нейролептики)

•Китайцы более чувствительны, чем Европейцы к бетаблокаторам, снижающим пульс и давление крови

Раннее развитие алкогольной зависимости и острого алкогольного психоза:

Предрасположенность может быть повышена до 10 раз, что может быть выявлено пренатально при некоторых генотипах, специфичных для данного генетического фона

(поЭ.К. Хуснутдиновой, ИБиГРАН, Уфа)

Сочетания генотипов и относительный риск

Для мужчин русской национальности:

9/9 или9/10 гена переносчика дофаминаиG/G гена2Арецептора серотонина(OR = 3,41),

A1/A2,N1/N2 илиA2/A2,N2/N2 генаD2 рецептора дофамина сG/G гена2Арецепт. Серотонина (OR = 5,46).

аллели 456 и209 двух локусов гена моноаминоксидазы АиL/L гена переносчика серотонина(OR = 9,08).

Для мужчин татарской национальности:

209 двух локусов гена моноаминоксидазыАиG/G гена переносчика ДОФАМИНА;A2/A2 гена D2 рецепт. дофамина, 9/9 и9/10 гена переносчика дофамина иG/G гена 2А рецептора серотонина(OR = 7,47).



аллели 456 и 239 двух локусов гена моноаминоксидазыАиL/S гена переносчика серотонина(OR = 9,50).




Для мужчин башкирской национальности:




аллели 456 и209 двух локусов гена моноаминоксидазыАиL/S гена-переносчика серотонина(OR = 6,1)

Роль генетических факторов в индивидуальной реакции организма человека на лекарственные препараты и неблагоприятные экологические воздействия впервые показана в 1958 году

Фогель, Мотульский(США), Калов(Канада).

Гены детоксикаци и ксенобиотиков получили название генов "внешней среды"

Рак легких, желудка,

кожи

Лейкемия

Нарушение репродуктивной

системы

От входа до выхода ксенобиотика из организма клетки, как правило, должны сделать его доступным для соответствующих систем, что требует химической модификации исходного КБ, т.е. его метаболизма

Метаболиты, образуемые в организме из ксенобиотиков, более реакционно способны, чем исходный КБ, и потому часто

ТОКСИФИКАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ СИСТЕМОЙ ЦИТОХРОМОВ Р – 450

Хлороформ CHCl3 ------------ Фосген Cl2C=O

Парацетамол -------- метаболит, повреждающий печень и почки

Бензпирен (содержится в выхлопных газах автомобиля ---------Дигидроксиэпоксид (канцероген)

Генетически детерминировано наличие у человека высоко- или низкоактивной формы этого фермента

Люди с высокоактивной формой параоксаназы менее восприимчивы к действию фосфорорганических соединений

Вариабельность чувствительности американских солдат (Gulf War Syndrome) к действию фосфорорганических веществ, которые применялись при военных действиях в Персидском заливе.

Разная чувствительность людей к зарину во время атаки в Японском метро.

Низкоактивная форма выявляется у 50% белых американцев, реже встречается у индейцев и африканцев

Они осуществляют ферментную конъюгацию сульфгидрильной группы SH2 c органическими электрофильными молекулами ксенобиотиков.

Детоксикация ксенобиотиков глутатионтранс-феразами играет ключевую роль в предотвращении деструкции ДНК.

Особенно высока их концентрация в плаценте, печени, почках, легких, мозге и кишечнике.

«Менделирующие» болезни

Есть1 мутантный ген=>есть болезнь. Примеры–гемофилия, фенилкетонурия,

Огромный прогресс в понимании и диагностике за 10 лет.

Доля этих болезней мала

<10% из всех болезней человека (<3000 из примерно 30 000)

Частота этих болезней мала -<2% людей поражено. Это болезни детства

Комплексные заболевания

Несколько генов с мутациями=> одна болезнь. Примеры–сердечно-сосудистые,почти нет прогресса в понимании и диагностике за 10 лет

Доля этих болезней велика (их>90%)

Частота этих болезней велика «>100%» (по паре на каждого)

Это болезни активной части населения

Проблема:

Присутствие у индивида аллеля более частого у больных не является

ни необходимым, ни достаточным для проявления фенотипа «заболевание»

Основные гены распространенных заболеваний будут идентифицированы за 5-7 лет

Только в 1700 генах выявлены мутации,

вовлеченные в развитие менделирующих

наследственных заболеваний.

Но 3-я по частоте(20%) причина смерти в США- не то или не так лекарство прописали!

Известно состояние этих участков, определяющих повышенную чувствительность или устойчивость к ксенобиотикам. Каждое из этих состояний может быть выявлено в том числе до рождения.

Частоты встречаемости данных состояний уникальны и постоянны на данной территории и у данного Сочетания неблагоприятных состояний дают кумулятивный эффект.

Известна повышенная вредность определенных факторов среды. Сочетание неблагоприятных факторов дает кумулятивный эффект, Оно уникально и постоянно на данном производстве.

Сочетание генетических и средовых факторов риска – Уникальная и фиксированная характеристика данного производства.