HAPLOTYPE: STUDIEMETODER, DIAGNOSER, SJUKDOMAR, EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

En haplotyp är en region i genomet som tenderar att ärva tillsammans genom flera generationer; vanligtvis är det allt på samma kromosom. Haplotyper är produkten av genetisk koppling och förblir intakt under genetisk rekombination.

Ordet "haplotyp" härstammar från en kombination av ordet "haploid" och ordet "genotype." "Haploid" avser celler med en enda uppsättning kromosomer och "genotyp" avser den organiska sammansättningen av en organism.

Schema för distribution av Y-kromosomhapotyper i asiatiska populationer (Källa: Moogalord via Wikimedia Commons) Efter definitionen kan en haplotyp beskriva ett par gener eller mer som ärvs tillsammans på en kromosom från en förälder, eller den kan beskriva en kromosom som ärvs helt från en förälder, till exempel Y-kromosomen hos män.

Till exempel, när haplotyper delar gener för två olika fenotypiska karaktärer, såsom hårfärg och ögonfärg, kommer individer som har genen för hårfärg också att ha den andra genen för ögonfärg.

Haplotyper är ett av de verktyg som mest används idag för studier av släktforskning, för att spåra ursprunget till sjukdomar, för att karakterisera genetisk variation och fylogografi av populationer av olika typer av levande varelser.

Det finns flera verktyg för att studera haplotyper, ett av de mest använda idag är "Haplotype map" (HapMap), som är en webbsida som gör det möjligt att bestämma vilka är genomsegmenten som är haplotyper.

Studiemetoder

Haplotyper representerar en möjlighet att förstå arv av gener och deras polymorfism. Med upptäckten av "Polymerase Chain Reaction" (PCR) -tekniken gjordes mycket framsteg i studien av haplotyper.

För närvarande finns det många metoder för att studera haplotyper, några av de mest framstående är:

DNA-sekvensering och detektion av enstaka nukleotidpolymorfismer (SNP)

Utvecklingen av nästa generations sekvenseringsteknologier representerade ett stort språng för studiet av haplotyper. Ny teknik gör det möjligt att upptäcka variationer av upp till en enda nukleotidbas i specifika regioner av en haplotyp.

I bioinformatik används termen haplotyp också för att hänvisa till arvet från en grupp av enstaka nukleotidpolymorfismer (SNP) i DNA-sekvenser.

Genom att kombinera bioinformatiksprogram med haplotypdetektering med hjälp av nästa generations sekvensering, kan positionen, substitutionen och effekten av varje basförändring i genomets befolkning identifieras exakt.

Mikrosatelliter (SSRS)

Mikrosatelliterna eller SSRS härleder sitt namn från engelska “S imple Sequence Repeat and Short Tandem Repeat”. Dessa är korta nukleotidsekvenser som upprepas i följd inom ett område av genomet.

Det är vanligt att hitta mikrosatelliter inuti icke-kodande haplotyper, därför, genom detektering av variationer i antalet mikrosatellitupprepningar, kan de olika allelerna i haplotyperna hos individer observeras.

Molekylära mikrosatellitmarkörer har utvecklats för att upptäcka ett stort antal haplotyper, från kön av växter som papaya (Carica papaya) till upptäckt av mänskliga sjukdomar såsom sigdcellanemi.

Amplifierade fragment-längdpolymorfismer (AFLP)

Denna teknik kombinerar amplifiering med PCR-reaktioner med spjälkning av DNA med två olika restriktionsenzymer. Tekniken detekterar polymorfa loci i haplotyper enligt de olika klyvningsställena i DNA-sekvensen.

För att illustrera tekniken bättre, låt oss föreställa oss tre tygfragment av samma längd, men skär på olika platser (dessa fragment representerar tre PCR-amplifierade fragment av haplotyp).

När tyget skärs kommer många bitar av olika storlekar att erhållas, eftersom varje tyg skärs på olika ställen. Genom att beställa fragmenten beroende på vilken typ av tyg de kommer från kan vi se var skillnaderna mellan tygerna eller i haplotyperna finns.

Diagnoser och sjukdomar

En viktig fördel med den genetiska studien av haplotyper är att de förblir nästan intakta eller oförändrade i tusentals generationer, och detta möjliggör identifiering av avlägsna förfäder och var och en av de mutationer som individer bidrar till utvecklingen av sjukdomar.

Haplotyper i mänskligheten varierar beroende på raserna och baserat på detta först har gener upptäckts inom de haplotyper som orsakar allvarliga sjukdomar i var och en av de mänskliga raserna.

HapMap-projektet omfattar fyra rasgrupper: européer, nigerianer, Yoruba, Han-kineser och japanska.

På detta sätt kan HapMap-projektet täcka de olika befolkningsgrupperna och spåra ursprunget och utvecklingen av många av de ärvda sjukdomarna som drabbar var och en av de fyra raserna.

En av de sjukdomar som oftast diagnostiseras med hjälp av haplotypanalys är sigdcellanemi hos människor. Denna sjukdom diagnostiseras genom att spåra frekvensen av afrikanska haplotyper i en population.

Att vara en sjukdom som är infödd i Afrika och att identifiera afrikanska haplotyper i populationer gör det lätt att spåra personer som har mutationen i den genetiska sekvensen för betaglobiner i seglformade erytrocyter (kännetecknande för sjukdomen).

exempel

Med haplotyperna byggs fylogenetiska träd som representerar de evolutionära förhållandena mellan var och en av de haplotyper som finns i ett prov av homologa DNA-molekyler eller av samma art, i en region som har liten eller ingen rekombination.

En av de mest studerade grenarna genom haplotyper är utvecklingen av det mänskliga immunsystemet. Haplotyper som kodar för den TOll-liknande receptorn (en nyckelkomponent i det medfödda immunsystemet) har identifierats för Neanderthal- och Denisovan-genomen.

Detta gör att de kan spåra hur genetiska sekvenser i "moderna" mänskliga populationer har förändrats från haplotypsekvenser som motsvarar "förfäder" människor.

Att bygga ett nätverk av genetiska förhållanden från mitokondriella haplotyper undersöker hur grundareffekten uppstår i arter, eftersom detta gör det möjligt för forskare att identifiera när populationer slutade att reproducera sig och etablerade sig som separata arter.

Distribution av Haplotype R (Y-DNA) i infödda befolkningar (Källa: Maulucioni, via Wikimedia Commons) Haplotype-mångfald används för att spåra och studera den genetiska mångfalden hos djur som fångas upp. Dessa tekniker används särskilt för arter som är svåra att övervaka i naturen.

Djurarter som hajar, fåglar och stora däggdjur som jaguarer, elefanter, bland andra, utvärderas ständigt genetiskt genom mitokondriella haplotyper för att övervaka den genetiska statusen i fångstpopulationer.

referenser

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Upptäcka genombredning av haplotyp genom genom att använda SNP- eller mikrosatellit-haplotypdata. Human genetics, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Introgression av Neandertal-och Denisovan-liknande haplotyper bidrar till adaptiv variation i mänskliga toll-liknande receptorer. 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 mellan individer som delar en CFTR-mutationsallel "identisk genom härkomst": demonstration av nyttan av haplotypdelningskonceptet för genkartläggning i verkliga populationer. Human genetics, 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 immunology, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, juni). Haplotype-inferens begränsad av rimlig haplotypdata. I årligt symposium om kombinatorisk mönstermatchning (s. 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). Strukturen för haplotypblock i det mänskliga genomet. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. International HapMap Consortium. (2005). En haplotypkarta av det mänskliga genomet. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Mitokondriell DNA-haplotypdiversitet och ursprung för fångna sandtigerhajar (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Haplotype-inferens för nuvarande frånvarande genotypdata med tidigare identifierade haplotyper och haplotypmönster. Bioinformatik, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). Aplastisk anemi. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.