В молекулярной биологии массив SNP — это тип микрочипа ДНК , который используется для обнаружения полиморфизмов в популяции. Однонуклеотидный полиморфизм (SNP), вариация в одном сайте ДНК , является наиболее частым типом вариаций в геноме. В геноме человека идентифицировано около 335 миллионов SNP , [1] 15 миллионов из которых присутствуют с частотой 1% или выше в различных популяциях по всему миру. [2]
Принципы
Основные принципы массива SNP такие же, как и микрочипа ДНК. Это конвергенция гибридизации ДНК , флуоресцентной микроскопии и захвата ДНК с твердой поверхности. Тремя обязательными компонентами массивов SNP являются: [3]
Система обнаружения, которая записывает и интерпретирует сигнал гибридизации .
Зонды ASO часто выбираются на основе секвенирования репрезентативной группы людей: в качестве основы для зондов используются позиции, которые, как обнаружено, меняются в панели с определенной частотой. Чипы SNP обычно характеризуются количеством позиций SNP, которые они анализируют. Для каждого положения SNP необходимо использовать два зонда для обнаружения обоих аллелей; если бы использовался только один зонд, неудача эксперимента была бы неотличима от гомозиготности незондированного аллеля. [4]
Приложения
Профиль числа копий ДНК для линии клеток рака молочной железы T47D (Affymetrix SNP Array)Профиль LOH для линии клеток рака молочной железы T47D (Affymetrix SNP Array)
Массив SNP — полезный инструмент для изучения небольших различий между целыми геномами . Наиболее важными клиническими применениями массивов SNP являются определение восприимчивости к заболеваниям [5] и измерение эффективности лекарственной терапии, разработанной специально для отдельных людей. [6] В исследованиях массивы SNP чаще всего используются для полногеномных исследований ассоциаций . [7] У каждого человека есть много SNP. Анализ генетического сцепления на основе SNP можно использовать для картирования локусов заболеваний и определения генов предрасположенности к заболеваниям у людей. Сочетание карт SNP и массивов SNP высокой плотности позволяет использовать SNP в качестве маркеров генетических заболеваний со сложными признаками . Например, полногеномные исследования ассоциации выявили SNP, связанные с такими заболеваниями, как ревматоидный артрит [8] и рак простаты . [9] Массив SNP также можно использовать для создания виртуального кариотипа с помощью программного обеспечения для определения количества копий каждого SNP в массиве, а затем выравнивания SNP в хромосомном порядке. [10]
SNP также можно использовать для изучения генетических аномалий при раке. Например, массивы SNP можно использовать для изучения потери гетерозиготности (LOH). LOH возникает, когда одна аллель гена мутирует вредным образом и нормально функционирующая аллель теряется. LOH обычно возникает при онкогенезе. Например, гены-супрессоры опухолей помогают предотвратить развитие рака. Если у человека есть одна мутированная и дисфункциональная копия гена-супрессора опухоли, а его вторая, функциональная копия гена повреждена, у него может повыситься вероятность развития рака. [11]
Другие методы на основе чипов, такие как сравнительная геномная гибридизация, могут обнаружить геномные приросты или делеции, приводящие к LOH. Однако массивы SNP имеют дополнительное преимущество, заключающееся в способности обнаруживать копировально-нейтральную LOH (также называемую однородительской дисомией или генной конверсией). Копи-нейтральный LOH является формой аллельного дисбаланса. При копировально-нейтральной LOH отсутствует один аллель или целая хромосома от родителя. Эта проблема приводит к дупликации другого родительского аллеля. Нейтральный к копированию LOH может быть патологией. Например, предположим, что аллель матери имеет дикий тип и полностью функционален, а аллель отца мутирован. Если аллель матери отсутствует, а у ребенка есть две копии мутантного аллеля отца, может возникнуть заболевание.
Массивы SNP высокой плотности помогают ученым выявлять закономерности аллельного дисбаланса. Эти исследования имеют потенциальное прогностическое и диагностическое применение. Поскольку LOH очень часто встречается при многих видах рака у человека, массивы SNP имеют большой потенциал в диагностике рака. Например, недавние исследования с использованием массива SNP показали, что солидные опухоли , такие как рак желудка и рак печени, демонстрируют LOH, как и несолидные злокачественные новообразования, такие как гематологические злокачественные новообразования , ОЛЛ , МДС , ХМЛ и другие. Эти исследования могут дать представление о том, как развиваются эти заболевания, а также информацию о том, как разработать методы их лечения. [12]
С появлением массивов SNP произошла революция в разведении ряда видов животных и растений. Метод основан на прогнозировании генетических качеств путем учета взаимоотношений между людьми на основе данных массива SNP. [13] Этот процесс известен как геномная селекция. Массивы для конкретных культур находят применение в сельском хозяйстве. [14] [15]
Рекомендации
^ "Сводка dbSNP" . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 4 октября 2017 г.
^ Консорциум проекта «1000 геномов» (2010). «Карта вариаций генома человека по результатам популяционного секвенирования». Природа . 467 (7319): 1061–1073. Бибкод : 2010Natur.467.1061T. дои : 10.1038/nature09534. ISSN 0028-0836. ПМК 3042601 . ПМИД 20981092.{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ ЛаФрамбуаз, Т. (1 июля 2009 г.). «Массивы однонуклеотидного полиморфизма: десятилетие биологических, вычислительных и технологических достижений». Исследования нуклеиновых кислот . 37 (13): 4181–4193. дои : 10.1093/nar/gkp552. ПМК 2715261 . ПМИД 19570852.
^ Рэпли, Ральф; Харброн, Стюарт (2004). Молекулярный анализ и открытие генома . Чичестер [ua]: Уайли. ISBN978-0-471-49919-0.
^ Шааф, Кристиан П.; Вишневска, Джоанна; Боде, Артур Л. (22 сентября 2011 г.). «Количество копий и массивы SNP в клинической диагностике». Ежегодный обзор геномики и генетики человека . 12 (1): 25–51. doi : 10.1146/annurev-genom-092010-110715. ПМИД 21801020.
^ Алви, Зилфалил Бин (2005). «Использование SNP в фармакогеномных исследованиях». Малазийский журнал медицинских наук . 12 (2): 4–12. ISSN 1394-195Х. ПМЦ 3349395 . ПМИД 22605952.
^ Уолш, Элис М.; Уитакер, Джон В.; Хуанг, К. Крис; Черкас, Евгения; Ламберт, Сара Л.; Бродмеркель, Кэрри; Карран, Марк Э.; Добрин, Раду (30 апреля 2016 г.). «Интегративная геномная деконволюция локусов GWAS ревматоидного артрита в ассоциации генов и типов клеток». Геномная биология . 17 (1): 79. дои : 10.1186/s13059-016-0948-6 . ПМЦ 4853861 . ПМИД 27140173.
^ Амин Аль Олама, А.; и другие. (ноябрь 2010 г.). «Генетика диабета 2 типа: что мы узнали из GWAS?». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1212 (1): 59–77. Бибкод : 2010NYASA1212...59B. дои : 10.1111/j.1749-6632.2010.05838.x. ПМК 3057517 . ПМИД 21091714.
^ Сато-Оцубо, Айко; Санада, Масаси; Огава, Сейси (февраль 2012 г.). «Кариотипирование с использованием массива однонуклеотидных полиморфизмов в клинической практике: где, когда и как?». Семинары по онкологии . 39 (1): 13–25. doi :10.1053/j.seminoncol.2011.11.010. ПМИД 22289488.
^ Чжэн, Хай-Тао (2005). «Потеря гетерозиготности, анализируемая с помощью массива однонуклеотидного полиморфизма при раке». Всемирный журнал гастроэнтерологии . 11 (43): 6740–4. дои : 10.3748/wjg.v11.i43.6740 . ПМЦ 4725022 . ПМИД 16425377.
^ Meuwissen TH, Hayes BJ, Goddard ME (2001). «Прогнозирование общей генетической ценности с использованием плотных карт маркеров по всему геному». Генетика . 157 (4): 1819–29. дои : 10.1093/генетика/157.4.1819. ПМЦ 1461589 . ПМИД 11290733.
^ Халс-Кемп, Аманда М ; Лемм, Яна; Плиске, Йорг; Ашрафи, Хамид; Буйярапу, Рамеш; Фанг, Дэвид Д.; Фрелиховски, Джеймс; Гибанд, Марк; Хейга, Стив; Хинце, Лори Л; Кочан, Келли Дж; Риггс, Пенни К.; Шеффлер, Джоди А; Удалл, Джошуа А; Уллоа, Маурисио; Ван, Ширли С; Чжу, Цянь-Хао; Сумка, Сумит К; Бхардвадж, Арчана; Берк, Джон Дж; Байерс, Роберт Л.; Клавери, Мишель; Гор, Майкл А; Харкер, Дэвид Б; Ислам, Мохаммад Сарифул; Дженкинс, Джони Н; Джонс, Дон С; Лакап, Жан-Марк; Ллевеллин, Дэнни Дж; Перси, Ричард Дж; Пеппер, Алан Э; Польша, Джесси А; Мохан Рай, Кришан; Савант, Самир В.; Сингх, Сунил Кумар; Сприггс, Эндрю; Тейлор, Джен М; Ван, Фэй; Вашстон, Скотт М; Чжэн, Сютин; Лоули, Синди Т; Ганал, Мартин В; Ван Дейнзе, Аллен; Уилсон, Иэн В; Стелли, Дэвид М. (01 июня 2015 г.). «Разработка массива SNP 63K для хлопка и картирование высокой плотности внутривидовых и межвидовых популяций видов Gossypium». G3: Гены, геномы, генетика . Генетическое общество Америки ( OUP ). 5 (6): 1187–1209. дои : 10.1534/g3.115.018416. ISSN 2160-1836. ПМЦ 4478548 . PMID 25908569. S2CID 11590488.
^ Рашид, Авайс; Хао, Юаньфэн; Ся, Сяньчунь; Хан, Авайс; Сюй, Юнби; Варшни, Раджив К.; Он, Чжунху (2017). «Чипы селекции сельскохозяйственных культур и платформы генотипирования: прогресс, проблемы и перспективы». Молекулярный завод . Chin Acad Sci +Chin Soc Plant Bio+ Шанхайский институт биологических наук ( Elsevier ). 10 (8): 1047–1064. дои : 10.1016/j.molp.2017.06.008 . ISSN 1674-2052. PMID 28669791. S2CID 33780984.
дальнейшее чтение
Барнс, Майкл Р. (2003). «Генетические вариации человека: базы данных и концепции». В Барнсе, Майкл Р.; Грей, Ян С. (ред.). Биоинформатика для генетиков . стр. 39–70. дои : 10.1002/0470867302.ch3. ISBN 978-0-470-84393-2.
Хехир-Ква, JY; Эгмонт-Петерсен, М.; Янссен, ИМ; Смитс, Д.; Ван Кессель, AG; Вельтман, Дж. А. (2007). «Профилирование числа копий по всему геному на бактериальных искусственных хромосомах высокой плотности, однонуклеотидных полиморфизмах и олигонуклеотидных микрочипах: сравнение платформ на основе статистического анализа мощности». Исследование ДНК . 14 (1): 1–11. doi : 10.1093/dnares/dsm002. ПМЦ 2779891 . ПМИД 17363414.
Джон, Салли; Шепард, Нил; Лю, Гоин; Зеггини, Элефтерия; Цао, Манцю; Чен, Вэньвэй; Васавда, Ниша; Миллс, Трейси; Бартон, Энн; Хинкс, Энн; Эйр, Стив; Джонс, Кейт В.; Олье, Уильям; Силман, Алан; Гибсон, Нил; Уортингтон, Джейн; Кеннеди, Джулия К. (2004). «Сканирование всего генома при сложном заболевании с использованием 11 245 однонуклеотидных полиморфизмов: сравнение с микросателлитами». Американский журнал генетики человека . 75 (1): 54–64. дои : 10.1086/422195. ПМК 1182008 . ПМИД 15154113.
Мэй, Р; Галипо, ПК; Прасс, С; Берно, А; Гандур, Г; Патил, Н.; Вольф, РК; Чи, MS; Рид, Би Джей; Локхарт, диджей (2000). «Полногеномное обнаружение аллельного дисбаланса с использованием человеческих SNP и массивов ДНК высокой плотности». Геномные исследования . 10 (8): 1126–37. дои :10.1101/гр.10.8.1126. ПМК 2235196 . ПМИД 10958631.
Шайд, Дэниел Дж.; Гюнтер, Дженнифер С.; Кристенсен, Джеральд Б.; Хеббринг, Скотт; Розенов, Карстен; Хилкер, Кристофер А.; Макдоннелл, Шеннон К.; Каннингем, Джули М.; Слэгер, Сьюзен Л.; Блют, Майкл Л.; Тибодо, Стивен Н. (2004). «Сравнение микросателлитов и однонуклеотидных полиморфизмов при скрининге связи генома локусов предрасположенности к раку простаты». Американский журнал генетики человека . 75 (6): 948–65. дои : 10.1086/425870. ПМЦ 1182157 . ПМИД 15514889.
Селлик, Г.С.; Лонгман, К; Толми, Дж; Ньюбери-Экоб, Р.; Джинхал, Л; Хьюз, С; Уайтфорд, М; Гарретт, К; Хоулстон, RS (2004). «Поиск связей генотипа локусов менделевской болезни может быть эффективно проведен с использованием массивов генотипирования SNP высокой плотности». Исследования нуклеиновых кислот . 32 (20): е164. дои : 10.1093/nar/gnh163. ПМК 534642 . ПМИД 15561999.