Genomul uman

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Într - o celulă (excluzând anumite tipuri particulare care lipsesc nucleul și gameții care au jumătate din ADN - ul nuclear) , există în mod normal 23 de perechi de cromozomi (46 în total), fiecare dintre ele conținând sute de gene separate prin regiuni intergenice. Regiunile intergenice pot conține secvențe de reglare și ADN - ul non-codare.

Genomul uman este secvența completă de nucleotide care alcătuiesc patrimoniul genetic al Homo sapiens , inclusiv nuclear ADN și ADN - ul mitocondrial .

Acesta are un inventar de aproximativ 3,2 miliarde de ADN de perechi de baze conținând aproximativ 20.000 proteineleadaugate care codifică gene [1] .

Proiectul genomului uman a identificat o euchromatic secvență de referință, care este utilizat la nivel global in stiintele biomedicale. De asemenea, studiul a constatat ca non-codare ADN totalizează 98,5%, mai mult decât era de așteptat, și , prin urmare , doar aproximativ 1,5% din lungimea totală a ADN - ului se bazează pe secvențe de codificare. [2]

Caracteristici

O reprezentare grafică a feminin și masculin umane normale cariotipului

cromozomi

ADN - ul nuclear uman este grupat în 24 de tipuri de cromozomi : 22 autozomi , plus doi cromozomi care determina sexul ( X cromozom și cromozomul Y ). Cromozomii 1-22 sunt numerotate în ordinea descrescătoare a lungimii. Celulele somatice au doua copii de cromozomi 1-22 fiecare dintr - un părinte plus un cromozom X de la mamă și un X sau Y cromozomilor (în respectiv feminin și masculin) de la tată, pentru un total de 46 de cromozomi distribuite in 23 de perechi , 22 de cromozomi omologi (autozomi) si unul dintre cromozomi sexuali ( heterosomilor ).

genele

Existența aproximativ 20.000 de proteineleadaugate codare gene a fost emis ipoteza. Numărul estimat de gene umane a fost redus în mod repetat de la predicțiile inițiale de 100.000 sau mai mult ca calitatea de secvențiere si genomice previzionare genei metode s- au îmbunătățit, și poate continua să scadă. Conform unei estimări de Craig Venter (în 2007), genele sunt 23224, în timp ce în conformitate cu Jim Kent (2007), care sunt 20433 de codificare și 5871 non-codare.

Surprinzător, numărul de gene umane pare a fi doar puțin mai mult decât dublu de organisme mult mai simple, cum ar fi Caenorhabditis si Drosophila melanogaster . În orice caz, celulele umane folosesc masiv despicare alternative pentru a produce un număr mare de proteine diferite dintr - o singură genă, iar uman proteomul este considerat a fi mult mai mare decât cea a organismelor menționate mai sus.

Cele mai multe gene umane au multiple exoni și introni , care sunt în mod frecvent mult mai mult decât exoni de flancare.

Genele umane sunt inegal distribuite de-a lungul cromozomi. Fiecare cromozom contine gene bogate si gene-saraci diferite regiuni, care par a fi corelate cu benzi cromozomiale și conținutul GC . Semnificația acestei alternanță non-aleatoare de densitate a genei nu este bine înțeleasă în stadiul actual al cunoștințelor științifice.

In plus fata de gene care codifică proteine, genomul uman conține mai multe mii de ARN care codifică gene, inclusiv ARNt , ribozomale ARN și microRNA , precum și alte gene non-codare ARN.

Mărimea genelor care codifică pentru proteine

Dimensiunea genelor care codifică proteine ​​in genomul uman este extrem de variabil (tabelul 1). De exemplu, gena pentru H1A histone (HIST1H1A) este relativ scurt și simplu, neavând introni și care produc un ARN mesager lung 781 de bază și care codifică o proteină de 215 aminoacizi (648 de baze ale secvenței de codificare). Gena distrofină (DMD) este una dintre cele mai lungi gene care codifică proteine care ating 2200 mii de baze în lungime. Gena pentru Titin (TTN), pe de altă parte, este gena care codifică proteina cu cea mai lungă secvență de codificare (114,414 baze), cu cel mai mare număr de exoni (363) și cu cea mai lungă singur exon (17,106 baze).

Proteină Cromozom Gene Lungime exonilor Lungimea exonilor lungimea Intron despicare alternativă
Cancer de san Susceptibilitatea de proteine de tip 2 13 BRCA2 84.193 27 11,386 72807 Nu
Regulator de conductanță transmembranară a fibroza chistica 7 CFTR 190.299 28 6.105 184.194 da
citocromul b MT MTCYB 1.140 1 1.140 0 Nu
Distrofina X DMD 2220391 78 13897 2206494 da
Gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenază 12 GAPDH 3.971 9 1.493 2.478 da
Subunitatea beta a hemoglobinei 11 HBB 1.606 3 626 980 Nu
Istone H1A 6 HIST1H1A 781 1 781 0 Nu
Titina 2 TTN 281.435 363 109.224 172211 da

Tabelul 1. Exemple de proteine codificare gene umane. (Date de la: GeneBase 1.1 [3] și Centrul National pentru Biotechnology Information Gene baze de date, iulie 2017).

O primă analiză a datelor disponibile în 2001, anul secventa genomului uman a fost publicat pentru prima data [2] [4] , a estimat lungimea medie a unui exon de a fi 145 baze (mediana: 122 baze), numărul mediu de exonilor a fost de 8,8 (mediana: 7) și că o secvență de codificare medie codificată 477 aminoacizi ( in medie: 367; Tabelul 21 din [2] ). Dintr - o analiză sistematică recentă a datelor genomului uman actualizate [3] , se pare că cea mai lungă gena umană per proteină este RBFOX1, 2470 mii de baze. Across genomului uman, avand in vedere un grup revizuit de proteine ​​codificare gene, valorile anterioare au fost actualizate la următoarele: lungimea medie a unei gene per proteină este estimată la 66,577 baze (mediana: 26,288 baze); lungimea medie a unui exon este estimat a fi de 309 baze (mediana: 133 baze), numărul mediu de exonilor este estimat a fi de 11 (mediana: 8) și o secvență medie care codifică pentru 553 aminoacizi (mediana: 425 aminoacizi ; tabelele 2 și 5 [3] ).

Secvențele reglatoare

Genomul uman are multe diferite secvențe de reglare , care sunt cruciale in controlul expresia genelor . Acestea sunt, de obicei secvențe scurte, care apar în apropierea și în gene. O înțelegere sistematică a acestor secvențe de reglementare și modul în care acestea acționează împreună într - o rețea de reglementare gena este abia acum începe să iasă din mare capacitate de a procesa informații prin intermediul genomica comparativa studii.

Identificarea secvențelor de reglementare se bazează parțial pe conservarea evolutivă. Evenimentul divergență evolutiv între oameni și șoareci , de exemplu, a avut loc în urmă cu 70-90 de milioane de ani. [5] Astfel, comparații computerizate ale secvențelor genei care identifică secvențe conservate non-codare vor indica importanța lor în sarcini precum reglementarea gena. [6]

Un alt genomica comparativa abordare a secvențelor regulatoare localizarea la om constă din secventierea pește Puffer gene. Aceste vertebrate au în esență aceleași gene și secvențe de gene de reglementare ca oameni, dar cu o optime a ADN-ului „junk“. Secvența de ADN compactă a pufferfish face mult mai ușor pentru a localiza gene de reglementare. [7]

mai ADN

Secvențele de codificare de proteine ( în mod specific, exon de codificare) cuprind mai puțin de 1,5% din genomul uman. [2] . In afara de gene cunoscute si secvente de reglementare, genomul uman conține mari regiuni ale ADN-ului a cărui funcție, dacă există, rămâne necunoscut. Aceste regiuni cuprind de fapt majoritatea, estimat de unii 97%, a genomului uman. O mare parte din aceasta include:

elemente repetate

transpozoni

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Transpozonii .
  • retrotransposons
    • Retrotransposons echipat cu LTR
      • TY1-copiere
      • Ty3-Gypsy
    • Retrotransposons care nu sunt echipate cu LTR
  • transpozoni ADN

pseudogenes

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: pseudoqene .

Cu toate acestea, există încă o cantitate mare de secvențe care nu se încadrează în nicio categorie cunoscută.

Multe dintre aceste secvențe ar putea fi un artefact evolutiv care nu are sfârșit astăzi, iar aceste regiuni sunt denumite uneori în totalitate ca ADN - ul nedorite sau ADN - ul nedorite. Există, totuși, o varietate de dovezi emergente care indică faptul că anumite secvențe din cadrul acestor regiuni pot funcționa în moduri care nu sunt încă înțelese. Recente microarray Experimentele au arătat că o fracțiune substanțială a ADN - ului non-genetic este de fapt transcrise în ARN , [8] conducând la ipoteza că transcrierile rezultate pot avea funcții necunoscute. Mai mult, conservarea evolutivă a lungul mamiferelor genomurile atâtor secvențe care depășesc porțiunea de codificare a proteinei indică faptul că mulți, și , probabil , cele mai multe, dintre elementele funcționale ale genomului rămân necunoscute. [9] În prezent, în ciuda acestor perspective interesante, o mare parte a genomului uman nu este transcrisă și nu este dovedit a avea o secvență extrem de conservată. Cercetări privind informațiile purtate de vaste secvențe ale genomului uman, ale căror funcții rămân necunoscute este încă una dintre cele mai importante căi de investigație științifică.

Variabilitate

Multe dintre studiile de variabilitate genetică umane s- au concentrat asupra SNPs , polimorfisme unice de nucleotide, care sunt înlocuitori ai unei singure baze de-a lungul unui cromozom. Mai multe analize estimează că un SNP este prezent , în medie , pentru fiecare 100 sau la fiecare 1000 de perechi de baze în eucromatină genomului uman, cu toate că ele nu prezintă cu o densitate uniformă. În consecință, comună spunând că „toți oamenii sunt cel puțin 99% identică genetic“ este respectată, deși acest lucru ar trebui să fie definită de mulți geneticieni. O provocare de colaborare pe scară largă pentru a SNPs catalog în genomul uman a fost realizată de către Proiectul Internațional HapMap .

Locii genomice si lungimea unor tipuri de mici secvențe repetitive sunt foarte variabile de la o persoană la alta, iar această caracteristică este baza de amprentare ADN - ului și a tehnologiilor de testare a paternității analiză ADN. Heterochromatic , parte a genomului uman, care , în total , este format din mai multe sute de milioane de perechi de baze, este considerat a fi destul de variabilă în cadrul populației umane (este atât de repetitiv și atât de mult încât să nu poată fi ordonate cu precizie cu tehnologiile actuale). Această regiune nu conține gene și pare puțin probabil ca orice semnificativă fenotipice efect va rezulta din variațiile tipice în repetiții sau heterochromatin.

Multe mutatii genomice brute in celulele germinale , probabil ca rezultat embrioni non-viabile; Cu toate acestea, un număr de patologii umane sunt legate de scară largă anomalii genomice . Jos , sindromul Turner și o serie de alte boli sunt rezultatul non-disjuncției de cromozomi întregi. Cancer de celule arată în mod frecvent aneuploidiei de cromozomi și brațe cromozomiale, deși o relație cauză-efect între aneuploidiei și tumora nu a fost încă stabilită.

Într - un articol publicat în 2006 în Nature [10] , unii cercetători a constatat că variația numărului de copii (CNV) de secvențe de ADN la oameni și alte animale pot fi considerabile. Deleții, inserții, duplicări și variantele de mai multe situri, denumite în mod colectiv ca variații număr copie (CNVs) sau copia polimorfisme numerice (CNPS), au fost detectate la toți oamenii și animalele testate.

bolile genetice

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: boli genetice .

Aceste condiții sunt cauzate de exprimarea anormală a uneia sau mai multor gene care sunt asociate cu un fenotip clinic. Boala poate fi cauzata de o mutatie genetica, de un număr anormal de cromozomi, prin mutații în repetarea și extinderea tripleți. Numărul actual de boli genetice recunoscute este de aproximativ 4.000, dintre care cel mai frecvent este fibroza chistica .

Studiile boli genetice sunt adesea efectuate folosind genetica populației . Tratamentul este efectuat de un medic genetician, care este specializata in genetica clinica. Constatările Proiectul genomului uman sunt susceptibile de a crește disponibilitatea de testare genetica pentru boli genetice asociate și , eventual , chiar poate duce la imbunatatiri in protocoalele de tratament. Părinții pot fi testate pentru a evalua condițiile lor ereditare și de a fi informat cu privire la consecințele acestora, probabilitatea unei anumite boli fiind moștenită și cum să evite sau atenua-l la copiii lor.

Una dintre cele mai evidente efecte asupra omului fenotip deriva la nivel de doza de gene, efectele care joacă un rol în bolile cauzate de duplicarea, pierderea sau ruperea de cromozomi. De exemplu, o rată ridicată a persoanelor cu sindrom Down sau trisomia 21, sunt predispuse la boala Alzheimer , un efect considerat a fi datorat supraexprimarea precursoare de amiloid proteinei , o substanta Alzheimer legate a căror genă mapează pe cromozomul 21. [ 11] pacientii cu sindrom Invers, Down sunt mai puțin predispuse la sân cancer: acest lucru poate fi , probabil , din cauza supraexpresia unei supresoare tumorale gena. [12]

Evoluţie

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Evoluția umană .

Studiile genomice comparative ale genomilor mamifere sugerează că aproximativ 5% din genomul uman a fost conservat în timpul evoluției deoarece divergența dintre aceste specii în urmă cu aproximativ 200 de milioane de ani. Această porțiune conține o conservata mare majoritate de gene și secvențe de reglare. Intrigatoare, deoarece genele și secvențele de reglare reprezintă, probabil, mai puțin de 2% din genomul, acest lucru sugereaza ca pot exista secvențe funcționale mai necunoscute decât cunoscute. O mai mici, dar încă mare, fracțiunea de gene umane pare sa fie impartita intre majoritatea vertebratelor analizate.

Cimpanzeu genomului este de 98,77% identic cu cel uman. In medie, o genă care codifică o proteină într - un uman diferă de la ei ortolog in cimpanzeu prin doar două aminoacizi substituții; aproape o treime din gene umane au exact aceeași traducere de proteine ​​ca ortologele lor de cimpanzeu. O mare diferenta intre cele doua gene este reprezentat de om cromozomul 2 , care este produsul fuziunii dintre cromozomii 12 și 13 din cimpanzeu. [13]

Specia umană a suferit o pierdere masivă a olfactive receptorilor în timpul evoluției sale recente și acest lucru ar putea explica de ce simtul mirosului este aproximativ egal cu cel al majorității mamiferelor. Dovezi evoluționistă sugerează că dezvoltarea de viziune de culoare la om și alte câteva primate poate fi redus nevoia de simțul mirosului. [14]

genomul mitocondrial

Uman genomul mitocondrial este de mare interes pentru geneticieni, deoarece , fără îndoială , joacă un rol important în bolile genetice mitocondriale. Mai mult decât atât, este în măsură să clarifice unele puncte „întunecate“ ale evoluției umane; de exemplu, analiza variabilității genomului mitocondrial uman a condus la ipoteza unui strămoș comun recent pentru toți oamenii de-a lungul liniei materne. ( a se vedea Eva mitocondrială )

Din cauza lipsei unui sistem de control al erorilor de copiere, ADN-ul mitocondrial (mtDNA) prezintă o rată mai mare de variație decât ADN-ul nuclear. Această creștere de aproximativ 20 de ori rata de mutatie permite utilizarea mtDNA ca instrument pentru a urmări mai bine strămoșul materne. Studii de ADNmt in populatii ne - au permis să urmărească fluxurile migratoare antice, cum ar fi migrarea americani indieni din Siberia sau polinezienii din sud - estul Asiei . Acesta a fost de asemenea folosit pentru a arăta că există urme de Neanderthal a ADN - ului in genomul uman european care parts 1-4% din genomul [15] .

Brevetabilitatea și dispute

Brevetabilitatea genomului uman reprezintă o bioetică problemă, atât pentru dreptul universal la sănătate și costurile de sănătate ale promitatoare terapii genetice legate de probleme de drepturile de autor , precum și pentru interzicerea eugenie practici.

Există jurisprudență pe acest subiect. Prima teză în această privință este hotărârea Departamentului Manhattan-ului de Justiție (martie 2010), în recursul între Uniunea ONG Civil American și a brevetelor Foundation si compania privata Genetica Myriad, titularul de brevete asupra genelor BRCA1 si BRCA2, considerat mutagene și din cauza cancer mamar si ovarian. Potrivit judecătorului, izolarea chimică a unei substanțe deja existente în natură, descoperirea proprietăților terapeutice sau dezvoltarea unui protocol de tratament bazat pe aceste elemente preexistente ale tratamentului nu sunt suficiente pentru acordarea unui brevet, care este poate obține o genă modificată sau pentru terapii genetice derivate din descoperirile de ADN, în orice caz , dintr - un produs derivat și diferit obținut dintr - o transformare a elementului de pornire existent în natură.

Notă

  1. ^ International Human Genome Sequencing Consortium, finisare secventa euchromatic a genomului uman. , în Nature , vol. 431, nr. 7011, 2004, pp. 931-45, PMID 15496913 . Finalizarea secvenței euchromatic a genomului uman: Articolul: Natura
  2. ^ A b c d International Human Genome Sequencing Consortium, secventiere si analiza a genomului uman inițială. , în Nature , vol. 409, nr. 6822, 2001, pp. 860-921, PMID 11237011 . Secventiere initiala si analiza a genomului uman: Articolul: Natura
  3. ^ A b c Piovesan A, Caracausi M și Antonaros F, Pelleri MC, Vitale L, GeneBase 1.1: un instrument pentru a rezuma datele din seturile de date de gene NCBI și aplicarea sa la o actualizare a statisticilor gene umane , în baza de date, voi. 2016, n. 0, o ianuarie 2016, DOI : 10.1093 / baze de date / baw153 . Adus pe 14 iulie 2017 .
  4. ^ (RO) J. Craig Venter, Mark D. Adams și Eugene W. Myers, secvența genomului uman , in Science, voi. 291, nr. 5507, 16 februarie 2001, pp. 1304-1351, DOI : 10.1126 / science.1058040 . Adus pe 14 iulie 2017 .
  5. ^ Nei M, Xu P, Glazko G, Estimarea ori divergență între secvențele de multiprotein pentru câteva specii de mamifere și mai multe organisme înrudite de . , în Proc Natl Acad Sci SUA , vol. 98, nr. 5, 2001, pp. 2497-502, PMID 11226267 .
  6. ^ Loots G, Locksley R, Blankespoor C, Wang Z, Miller W, Rubin E, Frazer K, Identificarea unui regulator de coordonate interleukinelor 4, 13, și 5 prin specii încrucișate comparații de secvență. , în Știință , vol. 288, nr. 5463, 2000, pp. 136-40, PMID 10753117 . rezumat
  7. ^ (EN) Monique Meunier, Genoscope și Whitehead anunța o acoperire mare secventa a genomului GSP , pe cns.fr, Genoscope. Adus de 12 septembrie 2006 (arhivate de la original la data de 16 octombrie 2006).
  8. ^ "... O matrice placare cu rezoluție de 5 nucleotide care activitatea de transcriere cartografiate de-a lungul 10 cromozomi umani au arătat că o medie de 10% din genomul (comparativ cu 1 la 2% reprezentat de bona fide exoni) corespunde transcrieri polydenylated, din care mai mult de jumătate nu se suprapun cu gene locații cunoscute. Claverie J, mai putine gene, mai noncoding ARN. , în Știință , vol. 309, nr. 5740, 2005, pp. 1529-1530, PMID 1611064 .
  9. ^ “... Proporția de mici (50-100 pb) segmente in genomul de mamifere , care este sub (purificare) selecție poate fi estimat la aproximativ 5%. Această proporție este mult mai mare decât poate fi explicată prin proteină care codifică secvențe singur, ceea ce implică faptul că genomul conține multe caracteristici suplimentare (cum ar fi regiunile netraduse, elemente regulatry, gene care codifică non-proteină și elemente structurale chromosal) sub selecție pentru funcția biologică . "Mouse Genome Sequencing Consortium, secventierea initiala si analiza comparativa a genomului mouse - ului. , în Nature , vol. 420, n. 6915, 2002, pp. 520-62, PMID 12466850 .
  10. ^ Variația globală în număr de copii în genomul uman: Articolul: Natura
  11. ^ Armstrong R, Cairns N, Myers D, Smith C, Lantos P, Rossor M, O comparație a depositino beta-amiloid in lobul temporal medial in boala sporadice Alzheimer, sindromul Down și creierul normale in varsta. , În Neurodegeneration, vol. 5, nr. 1, 1996, pp. 35-41, PMID 8731380 .
  12. ^ Kwak HI, Gustafson T, Metz RP, Laffin B, Schedin P, Porter WW, Inibition de crestere a cancerului de sân și invazia de 2s o singură minte. , În Carcinogeneza, ePub, PMID 16840439 .
  13. ^ „Cromozomul uman 2 rezultat dintr - o fuziune a doi cromozomi ancestrale care au rămas separate în cimpanzeu liniar“ Cimpanzeul etapizarea și Analiză Consortium, sequenze initiala a genomului cimpanzeu și compararea cu genomul uman. , în Nature , vol. 437, nr. 7055, 2005, pp. 69-87, PMID 16136131 .
    "Scară largă secventiere a genomului cimpanzeu este acum iminentă. "Olson M, Varki A, secventierea genomului cimpanzeu: Insights int evolutia umana si     a bolii. , În Nat Rev Genet, vol. 4, nr. 1, 2003, pp. 20-8, PMID 12509750 .
  14. ^ “Descoperirile noastre sugereaza ca deteriorarea repertoriului olfactiv a avut loc concomitent cu achiziționarea completă viziune de culoare trichromatic la primate. "Gilad Y, Wiebe V, Przeworski M, Lancet D, PBO S, Pierderea olfactiv gene receptorilor coincide cu acquisino de vizibilitate deplină trichromatic la primate. , În PloS Biol, vol. 2, nr. 1, 2004, pp. E5, PMID 14737185 .
  15. ^ „ADN - ul vechi setat pentru a rescrie istoria omenirii“

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității NDL (RO, JA) 01009113
Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Human_Genome&oldid=120892301 “