HAPLOTYPE: STUDIEMETODER, DIAGNOSER, SYKDOMMER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

En haplotype er en region i genomet som har en tendens til å arves sammen gjennom flere generasjoner; vanligvis er det alt på samme kromosom. Haplotyper er produktet av genetisk kobling og forblir intakte under genetisk rekombinasjon.

Ordet "haplotype" er avledet fra en kombinasjon av ordet "haploid" og ordet "genotype." "Haploid" refererer til celler med et enkelt sett med kromosomer og "genotype" refererer til den genetiske sammensetningen av en organisme.

Skjema for distribusjon av Y-kromosom-haplotyper i asiatiske populasjoner (Kilde: Moogalord via Wikimedia Commons) Etter definisjonen kan en haplotype beskrive et par gener eller mer som arves sammen på et kromosom fra en forelder, eller den kan beskrive et kromosom som arves helt fra en forelder, for eksempel Y-kromosomet hos menn.

Når for eksempel haplotyper deler gener for to forskjellige fenotype tegn, som hårfarge og øyenfarge, vil individer som har genet for hårfarge også ha det andre genet for øyenfarge.

Haplotyper er et av verktøyene som brukes mest i dag for studier av slektsgransking, for å spore opprinnelsen til sykdommer, for å karakterisere genetisk variabilitet og fylogeografi av bestander av forskjellige typer levende vesener.

Det er flere verktøy for å studere haplotyper, et av de mest brukte i dag er "Haplotype map" (HapMap), som er en webside som gjør det mulig å bestemme hvilke genomsegmenter som er haplotyper.

Studiemetoder

Haplotyper representerer en mulighet til å forstå arven fra gener og deres polymorfisme. Med oppdagelsen av "Polymerase Chain Reaction" (PCR) -teknikken ble det gjort store fremskritt i studiet av haplotyper.

For tiden er det mange metoder for å studere haplotyper, noen av de mest fremragende er:

DNA-sekvensering og påvisning av enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP)

Utviklingen av neste generasjons sekvenseringsteknologier representerte et stort sprang for studiet av haplotyper. Nye teknologier gjør det mulig å oppdage variasjoner av opptil en enkelt nukleotidbase i spesifikke regioner av en haplotype.

I bioinformatikk brukes begrepet haplotype også for å referere til arven av en gruppe enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP) i DNA-sekvenser.

Ved å kombinere bioinformatikkprogrammer med haplotypedeteksjon ved bruk av neste generasjons sekvensering, kan posisjonen, substitusjonen og effekten av hver basisendring i genomet til en populasjon identifiseres nøyaktig.

Mikrosatellitter (SSRS)

Mikrosatellittene eller SSRS, stammer navnet fra den engelske “S imple Sequence Repeat and Short Tandem Repeat”. Dette er korte nukleotidsekvenser som gjentas i rekkefølge i et område av genomet.

Det er vanlig å finne mikrosatellitter inne i ikke-kodende haplotyper, derfor kan de forskjellige allelene i haplotypene til individer observeres gjennom deteksjon av variasjoner i antall gjentakelser av mikrosatellitter.

Molekylære mikrosatellittmarkører er utviklet for påvisning av et utall haplotyper, fra kjønn av planter som Papaya (Carica papaya) til påvisning av menneskelige sykdommer som sigdcelleanemi.

Amplifiserte fragmentlengdepolymorfismer (AFLP)

Denne teknikken kombinerer amplifisering med PCR-reaksjoner med fordøyelse av DNA med to forskjellige restriksjonsenzymer. Teknikken oppdager polymorfe loki i haplotyper i henhold til de forskjellige spaltingsstedene i DNA-sekvensen.

For å illustrere teknikken bedre, la oss forestille oss tre stofffragmenter med samme lengde, men kutt på forskjellige steder (disse fragmentene representerer tre PCR-amplifiserte fragmenter av haplotype).

Når stoffet blir kuttet, vil mange stykker av forskjellige størrelser oppnås, siden hvert stoff er kuttet på forskjellige steder. Ved å bestille fragmentene i henhold til hvilken type stoff de kommer fra, kan vi se hvor forskjellene mellom stoffene eller i haplotypene finnes.

Diagnoser og sykdommer

En viktig fordel med den genetiske studien av haplotyper er at de forblir nesten intakte eller uendret i tusenvis av generasjoner, og dette gjør det mulig å identifisere fjerne forfedre og hver av mutasjonene som individer bidrar til utvikling av sykdommer.

Haplotyper i menneskeheten varierer avhengig av rasene, og på bakgrunn av dette først er gener blitt oppdaget innen haplotypene som forårsaker alvorlige sykdommer i hver av de menneskelige rasene.

HapMap-prosjektet inkluderer fire rasegrupper: europeere, nigerianere, Yoruba, Han-kinesere og japanere.

På denne måten kan HapMap-prosjektet dekke forskjellige befolkningsgrupper og spore opprinnelsen og utviklingen til mange av de arvelige sykdommene som påvirker hvert av de fire løpene.

En av sykdommene som oftest diagnostiseres ved hjelp av haplotypeanalyse er sigdcelleanemi hos mennesker. Denne sykdommen diagnostiseres ved å spore hyppigheten av afrikanske haplotyper i en populasjon.

Å være en sykdom hjemmehørende i Afrika, og identifisere afrikanske haplotyper i populasjoner gjør det enkelt å spore mennesker som har mutasjonen i den genetiske sekvensen for beta-globiner i sigdformede erytrocytter (karakteristisk for patologien).

eksempler

Med haplotypene bygges fylogenetiske trær som representerer de evolusjonsrelasjoner mellom hver av haplotypene som finnes i en prøve av homologe DNA-molekyler eller av samme art, i et område som har liten eller ingen rekombinasjon.

En av de mest studerte grenene gjennom haplotyper er utviklingen av det menneskelige immunforsvaret. Haplotyper som koder for den TOll-lignende reseptoren (en nøkkelkomponent i det medfødte immunsystemet) er identifisert for Neandertal- og Denisovan-genomene.

Dette lar dem spore hvordan genetiske sekvenser i "moderne" menneskelige bestander har endret seg fra haplotypesekvenser som tilsvarer "forfedres" mennesker.

Å bygge et nettverk av genetiske sammenhenger fra mitokondrielle haplotyper studerer hvordan grunnleggereffekten oppstår i arter, siden dette lar forskere identifisere når bestander sluttet å reprodusere seg imellom og etablerte seg som separate arter.

Distribusjon av Haplotype R (Y-DNA) i innfødte befolkninger (Kilde: Maulucioni, via Wikimedia Commons) Haplotype mangfoldighet brukes til å spore og studere det genetiske mangfoldet til dyr med fangenskap. Disse teknikkene brukes spesielt for arter som er vanskelige å overvåke i naturen.

Dyrearter som hai, fugl og store pattedyr som jaguarer, elefanter, blant andre, blir kontinuerlig genetisk evaluert gjennom mitokondrielle haplotyper for å overvåke den genetiske statusen til fangenskapsbestander.

referanser

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Oppdage deling av bred haplotyp av genom ved hjelp av SNP- eller mikrosatellitt-haplotypedata. Human genetics, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Introgression av Neandertal-og Denisovan-lignende haplotyper bidrar til adaptiv variasjon i humane bompengelignende reseptorer. 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). Haplotype-identitet mellom individer som deler en CFTR-mutasjonsallel “identisk etter nedstigning”: demonstrasjon av nytten av haplotypedelingskonseptet for genkartlegging i reelle populasjoner. Human genetics, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, & Dawkins, RL (1992). Forfedres haplotyper: konservert MHC-haplotype populasjon. Human immunologi, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, June). Haplotype-inferens begrenset av plausible haplotypedata. I årlig symposium om kombinatorisk mønstermatching (s. 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). Strukturen til haplotypeblokker i det menneskelige genom. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. International HapMap Consortium. (2005). Et kart over menneskets genom. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Mitokondriell DNA-haplotypediversitet og opprinnelse til fangede sandtigerhaier (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Haplotype inferanse for nåværende - fraværende genotypedata ved bruk av tidligere identifiserte haplotyper og haplotypemønstre. Bioinformatikk, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). Aplastisk anemi. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.