stringtranslate.com

Экзом

Экзом состоит из всех экзонов генома , последовательностей, которые при транскрипции остаются в зрелой РНК после удаления интронов в результате сплайсинга РНК . Сюда входят нетранслируемые области информационной РНК (мРНК) и кодирующие области . Секвенирование экзома оказалось эффективным методом определения генетической основы более чем двух десятков менделевских или единичных генных нарушений . [1]

Статистика

Различие между геномом , экзомом и транскриптомом . Экзом состоит из всех экзонов генома. Напротив, траскриптом варьируется в зависимости от типа клеток (например, нейронов или сердечных клеток), включая только часть экзонов, которые фактически транскрибируются в мРНК.

Экзом человека состоит примерно из 233 785 экзонов , около 80% из которых имеют длину менее 200 пар оснований , что составляет в общей сложности около 1,1% от общего генома , или около 30 мегабаз ДНК . [2] [3] [4] Хотя мутации в экзоме составляют очень небольшую часть генома , считается , что они содержат 85% мутаций , которые оказывают большое влияние на заболевание. [5]

Определение

Важно отметить, что экзом отличается от транскриптома , который представляет собой всю транскрибируемую РНК внутри типа клеток. Хотя экзом постоянен от типа клеток к типу клеток, транскриптом меняется в зависимости от структуры и функции клеток. В результате весь экзом не транслируется в белок в каждой клетке. Различные типы клеток транскрибируют только части экзома, и только кодирующие области экзонов в конечном итоге транслируются в белки.

Секвенирование нового поколения

Секвенирование нового поколения (NGS) позволяет быстро секвенировать большие объемы ДНК, значительно продвигая изучение генетики и заменяя старые методы, такие как секвенирование по Сэнгеру . Эта технология начинает становиться все более распространенной в здравоохранении и научных исследованиях не только потому, что это надежный метод определения генетических вариаций, но и потому, что она экономически эффективна и позволяет исследователям секвенировать целые геномы за время от нескольких дней до недель. Это по сравнению с прежними методами, которые могли занять месяцы. Секвенирование следующего поколения включает в себя как секвенирование всего экзома , так и полногеномное секвенирование . [6]

Секвенирование всего экзома

Секвенирование экзома человека вместо всего его генома было предложено как более экономичный и эффективный способ диагностики редких генетических нарушений. [7] [8] Также было обнаружено, что он более эффективен, чем другие методы, такие как кариотипирование и микрочипы . [9] Это различие во многом связано с тем, что фенотипы генетических нарушений являются результатом мутированных экзонов. Кроме того, поскольку экзом составляет всего 1,5% от общего генома, этот процесс более экономичен и быстр, поскольку включает секвенирование около 40 миллионов оснований, а не 3 миллиардов пар оснований, составляющих геном. [10]

Полногеномное секвенирование

С другой стороны, было обнаружено, что полногеномное секвенирование дает более полное представление о вариантах ДНК по сравнению с полноэкзомным секвенированием . Полногеномное секвенирование является более мощным и чувствительным, чем полноэкзомное секвенирование, особенно для однонуклеотидных вариантов , при обнаружении потенциально болезнетворных мутаций внутри экзома. [11] Следует также иметь в виду, что некодирующие области могут быть вовлечены в регуляцию экзонов, составляющих экзом, и поэтому секвенирование всего экзома может быть неполным, чтобы показать все последовательности, участвующие в формировании экзома. .

Этические соображения

Некоторые утверждают, что при любой форме секвенирования , секвенировании всего экзома или полногеномном секвенировании, такие методы следует применять с учетом медицинской этики. В то время как врачи стремятся сохранить автономию пациента, секвенирование намеренно требует от лабораторий изучить генетические варианты , которые могут быть совершенно не связаны с состоянием пациента и потенциально могут выявить результаты, которые не искались намеренно. Кроме того, было высказано предположение, что такое тестирование подразумевает формы дискриминации определенных групп из-за наличия определенных генов, что в результате создает потенциал для стигм или негативного отношения к этой группе. [12]

Болезни и диагнозы

Редкие мутации, влияющие на функцию незаменимых белков, составляют большинство менделевских заболеваний . Кроме того, подавляющее большинство болезнетворных мутаций в менделевских локусах можно обнаружить внутри кодирующей области. [5] С целью найти методы, позволяющие лучше всего обнаруживать вредные мутации и успешно диагностировать пациентов, исследователи ищут в экзоме подсказки, которые помогут в этом процессе.

Секвенирование всего экзома — это новейшая технология, которая привела к открытию различных генетических нарушений и увеличила частоту диагностики пациентов с редкими генетическими нарушениями. В целом секвенирование всего экзома позволило медицинским работникам диагностировать 30–50% пациентов, у которых считались редкие менделевские расстройства. [ нужна цитация ] Было высказано предположение, что секвенирование всего экзома в клинических условиях имеет множество неизученных преимуществ. Экзом не только может улучшить наше понимание генетических закономерностей, но и в клинических условиях может изменить методы лечения пациентов с редкими и ранее неизвестными заболеваниями, что позволит врачам разрабатывать более целевые и персонализированные вмешательства. [13]

Например, синдром Бартера , также известный как нефропатия с потерей солей, представляет собой наследственное заболевание почек, характеризующееся гипотонией (низким кровяным давлением), гипокалиемией (низким содержанием калия) и алкалозом (высоким уровнем pH крови), приводящим к мышечной усталости и различным уровням фатальности. [14] Это пример редкого заболевания, поражающего менее одного человека на миллион, на пациентов которого положительно повлияло секвенирование всего экзома. Благодаря этому методу у пациентов, у которых раньше не было классических мутаций, связанных с синдромом Бартера, после открытия того, что заболевание имеет мутации за пределами представляющих интерес локусов, был официально диагностирован этот синдром. [5] Таким образом, они смогли получить более целенаправленное и продуктивное лечение этой болезни.

Основное внимание при секвенировании экзома в контексте диагностики заболеваний уделялось белкам, кодирующим аллели «потери функции». Однако исследования показали, что будущие достижения, которые позволят изучать некодирующие области внутри экзома и за его пределами, могут привести к дополнительным возможностям в диагностике редких менделевских расстройств. [15] Экзом — это часть генома , состоящая из экзонов , последовательностей, которые при транскрипции остаются в зрелой РНК после удаления интронов в результате сплайсинга РНК и способствуют образованию конечного белкового продукта, кодируемого этим геном. Он состоит из всей ДНК, которая транскрибируется в зрелую РНК в клетках любого типа, в отличие от транскриптома , который представляет собой РНК, транскрибируемую только в определенной популяции клеток. Экзом генома человека состоит примерно из 180 000 экзонов , составляющих около 1% всего генома , или около 30 мегабаз ДНК . [16] Хотя мутации в экзоме составляют очень небольшую часть генома , считается , что они содержат 85% мутаций , которые оказывают большое влияние на заболевание. [17] [18] Секвенирование экзома оказалось эффективной стратегией для определения генетической основы более чем двух десятков менделевских или одиночных генных нарушений . [19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бамшад М.Дж., Нг С.Б., Бигхэм А.В., Табор Х.К., Эмонд М.Дж., Никерсон Д.А., Шендуре Дж. (сентябрь 2011 г.). «Секвенирование экзома как инструмент для открытия генов менделевской болезни». Обзоры природы Генетика . 12 (11): 745–55. дои : 10.1038/nrg3031. PMID  21946919. S2CID  15615317.
  2. ^ Сахаркар МК, Чоу В.Т., Кангеан П. (2004). «Распределение экзонов и интронов в геноме человека». В кремниевой биологии . 4 (4): 387–93. ПМИД  15217358.
  3. ^ Вентер Дж.К., Адамс, доктор медицинских наук, Майерс Э.В., Ли П.В., Мурал Р.Дж., Саттон Г.Г. и др. (февраль 2001 г.). «Последовательность генома человека». Наука . 291 (5507): 1304–51. Бибкод : 2001Sci...291.1304V. дои : 10.1126/science.1058040. ПМИД  11181995.
  4. ^ Нг С.Б., Тернер Э.Х., Робертсон П.Д., Флайгэр С.Д., Бигэм А.В., Ли С. и др. (сентябрь 2009 г.). «Целевой захват и массовое параллельное секвенирование 12 экзомов человека». Природа . 461 (7261): 272–6. Бибкод : 2009Natur.461..272N. дои : 10.1038/nature08250. ПМЦ 2844771 . ПМИД  19684571. 
  5. ^ abc Чой М., Шолль У.И., Джи В., Лю Т., Тихонова И.Р., Зумбо П. и др. (ноябрь 2009 г.). «Генетическая диагностика путем захвата всего экзома и массового параллельного секвенирования ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (45): 19096–101. Бибкод : 2009PNAS..10619096C. дои : 10.1073/pnas.0910672106 . ПМЦ 2768590 . ПМИД  19861545. 
  6. ^ «Что такое полносеквенирование экзома и полногеномное секвенирование?» Домашний справочник по генетике . Национальная медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения, Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 07.11.2019 .
  7. ^ Эрьявец С.О., Гельфман С., Абдельазиз А.Р., Ли Э.Ю., Монга И., Алкелай А., Ионита-Лаза И., Петухова Л., Кристиано А.М. (февраль 2022 г.). «Полное секвенирование экзома при очаговой алопеции выявляет редкие варианты KRT82». Нат Коммун . 13 (1): 800. Бибкод : 2022NatCo..13..800E. дои : 10.1038/s41467-022-28343-3. ПМЦ 8831607 . ПМИД  35145093. 
  8. ^ Ян Ю, Музни Д.М., Рид Дж.Г., Бейнбридж М.Н., Уиллис А., Уорд П.А. и др. (Октябрь 2013). «Клиническое секвенирование всего экзома для диагностики менделевских расстройств». Медицинский журнал Новой Англии . 369 (16): 1502–11. дои : 10.1056/NEJMoa1306555. ПМК 4211433 . ПМИД  24088041. 
  9. ^ Эдельсон П.К., Дугофф Л., Бромли Б. (01.01.2019). «Глава 11 – Генетическая оценка сонографических отклонений плода». В Нортон М.Э., Куллер Дж.А., Дугофф Л. (ред.). Перинатальная генетика . Только хранилище контента!. стр. 105–124. ISBN 9780323530941.
  10. ^ Нагеле П. (ноябрь 2013 г.). «Секвенирование экзома: один маленький шаг к злокачественной гипертермии, один гигантский шаг для нашей специальности — почему секвенирование экзома важно для всех нас, а не только для экспертов». Анестезиология . 119 (5): 1006–8. doi : 10.1097/ALN.0b013e3182a8a90c. ПМЦ 3980570 . ПМИД  24195944. 
  11. ^ Белкади А., Бользе А., Итан Ю., Кобат А., Винсент К.Б., Антипенко А. и др. (апрель 2015 г.). «Целогеномное секвенирование более эффективно, чем полноэкзомное секвенирование, для обнаружения вариантов экзома». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (17): 5473–8. Бибкод : 2015PNAS..112.5473B. дои : 10.1073/pnas.1418631112 . ПМЦ 4418901 . ПМИД  25827230. 
  12. ↑ Gaff CL, Macciocca I (1 января 2016 г.). «Глава 15 – Геномная перспектива генетического консультирования». В Кумар Д., Антонаракис С. (ред.). Медицинская и медицинская геномика . Академическая пресса. стр. 201–212. дои : 10.1016/b978-0-12-420196-5.00015-0. ISBN 9780124201965.
  13. ^ Чжу X, Петровски С., Се П., Руццо Е.К., Лу Ю.Ф., МакСвини К.М. и др. (октябрь 2015 г.). «Целоэкзомное секвенирование при недиагностированных генетических заболеваниях: интерпретация 119 трио». Генетика в медицине . 17 (10): 774–81. дои : 10.1038/gim.2014.191. ПМЦ 4791490 . ПМИД  25590979. 
  14. ^ «Синдром Бартера». Домашний справочник по генетике . Национальная медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения, Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 19 ноября 2019 г.
  15. ^ Фресар Л., Монтгомери С.Б. (декабрь 2018 г.). «Диагностика редких заболеваний по экзому». Молекулярные исследования Колд-Спринг-Харбора . 4 (6): а003392. doi : 10.1101/mcs.a003392. ПМК 6318767 . ПМИД  30559314. 
  16. ^ Нг С.Б., Тернер Э.Х., Робертсон П.Д., Флайгэр С.Д., Бигэм А.В., Ли С. и др. (сентябрь 2009 г.). «Целевой захват и массовое параллельное секвенирование 12 экзомов человека». Природа . 461 (7261): 272–6. Бибкод : 2009Natur.461..272N. дои : 10.1038/nature08250. ПМЦ 2844771 . ПМИД  19684571. 
  17. ^ Сулейман С.Х., Коко М.Э., Насир В.Х., Эльфатех О., Эльгизули Великобритания, Абдаллах М.О. и др. (2015). «Секвенирование экзома семейства колоректального рака выявляет общий паттерн мутаций и схему предрасположенности на путях развития опухоли». Границы генетики . 6 : 288. дои : 10.3389/fgene.2015.00288 . ПМЦ 4584935 . ПМИД  26442106. 
  18. ^ Чой М., Шолль У.И., Джи В., Лю Т., Тихонова И.Р., Зумбо П. и др. (ноябрь 2009 г.). «Генетическая диагностика путем захвата всего экзома и массового параллельного секвенирования ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (45): 19096–101. Бибкод : 2009PNAS..10619096C. дои : 10.1073/pnas.0910672106 . ПМЦ 2768590 . ПМИД  19861545. 
  19. ^ Бамшад М.Дж., Нг С.Б., Бигхэм А.В., Табор Х.К., Эмонд М.Дж., Никерсон Д.А., Шендуре Дж. (сентябрь 2011 г.). «Секвенирование экзома как инструмент для открытия генов менделевской болезни». Обзоры природы Генетика . 12 (11): 745–55. дои : 10.1038/nrg3031. PMID  21946919. S2CID  15615317.