Что такое генотип и фенотип: Генотип и фенотип — Психологос

Содержание

Генотип и фенотип. Лицо и мозг генетически связаны. Главные новости 6 апреля

Из 472 геномных регионов, ответственных за развитие мозга, 76 — ответственны и за формирование лица человека. Создана база, в которой собраны научно подтвержденные данные о том, как выглядели неандертальцы и другие гоминиды.

Теги:

Связь

Растения

Генетика

Клетка

Австралия

Генотип, конечно, определяет фенотип (то есть внешние признаки), но происходит это совсем не очевидным образом

Английское выражение «beauty is only skin deep» можно перевести на русский приблизительно: «красота обманчива» или «не суди по лицу». Генетики Стэнфорда решили это выражение несколько конкретизировать. Ученые рассматривали ситуацию, когда две значительно различающиеся по генотипу и фенотипу (внешним признакам) популяции людей смешиваются и скрещиваются. Сохраняется ли различие геномов этих популяций? Генетики пришли к выводу, что спустя несколько поколений геномные различия стираются.

Это происходит даже в том случае, когда в качестве пары выбирается только похожий партнер. В этом случае геномные различия сохраняются несколько дольше, но результат тот же. Может случиться так, что гены, ответственные, например за цвет кожи, оказываются почти единственными, принадлежащими «темной» популяции, а все остальное у человека — от «светлых». В общем, не судите по внешности это — «only skin deep»

Но с другой стороны… В Медицинской школе Стэнфорда выделили гены, ответственные за форму лица человека. Оказалось, что 76 геномных регионов, отвечающих за наше лицо, входят в состав тех 472 геномных регионов, которые отвечают за развитие и формирование мозга. Ученые не ждали такого массового пересечения. Мозг и лицо оказываются тесно связаны в своем развитии. Правда, один из авторов исследования Джоанна Высоцка говорит, что предсказывать по лицу ранний Альцгеймер или, пристально поглядев на человека, узнать его IQ, пока не получится, — за это отвечают другие гены. Но то, что лицо может многое о мозге рассказать, ученые не сомневаются.

В конечном счете внешний вид все равно формируется в основном геномом. Но процесс этого формирования крайне непрост. Резуховидка Таля или Arabidopsis thaliana — это такая мушка дрозофила для генетиков (только среди растений). У нее довольно короткий геном (150 млн пар нуклеотидов) и с ней удобно работать. Генетики Стэнфордского университета провели PHK-секвенирование (ScRNA-seq) 20 тысяч клеток на верней и нижней сторонах листа резуховидки. Ученые постарались установить, как происходит процесс дифференцировки стволовых клеток. РНК-секвенирование позволяет отследить редкие, временные изменения, возникающие при дифференцировке клеток. Оказалось, что клетки вовсе не идут строем по прямой. Они ведут себя очень индивидуально, и даже могут, как бы посомневавшись, вернуться к той форме, которую уже прошли — заложить петлю. Эта работа имеет большое значение для понимания самого процесса морфогенеза, то есть образования различных органов и тканей из эмбриональных клеток.

Рассматривая изображения вымерших гоминид, мы составляем свое представление о них. И часто это представление не основано ни на чем, кроме воображения художника, который их нарисовал. Райн Кэмбелл антрополог из Университета Аделаиды, Австралия замечает: «Неандертальцев обычно рисуют с грязными, всклоченными волосами. Но это чистая выдумка. Мы можем сделать некоторые обоснованные предположения о цвете волос, но мы не знаем, как неандертальцы ухаживали за своими волосами и какие они использовали средства гигиены. Животные ухаживают за шерстью очень тщательно. Почему же мы отказываем в этом неандертальцам?» Антропологи из Университета Говарда в Вашингтоне и Университета Аделаиды решили поправить эту ситуацию и создали специальную базу данных, в которой собрали известные на сегодня научные представления о внешнем виде ископаемых гоминид. Ученые полагают, что правильное представление о наших предках важно и с научной, и с этической точек зрения.

Genetic Phenomena and Terminology | Biology

12.1: Генетический язык

Обзор

Организм диплоидный, если он наследует два варианта, или аллели, каждого гена, по одному от каждого родителя. Эти два аллеля представляют собой генотип данного гена. Термин генотип также используется для обозначения полного набора генов организма. Диплоидный организм с двумя одинаковыми аллелями имеет гомозиготный генотип, в то время как два разных аллеля указывают на гетерозиготный генотип. Наблюдаемые черты, вытекающие из генотипов, называются фенотипами, на которые также могут влиять факторы окружающей среды. Аллель доминирует, если только одна копия необходима для проявления связанного фенотипа и рецессивного, если для фенотипического выражения требуется две копии.

Аллели могут влиять на фенотипы

Диплоидные организмы, в том числе люди, большинство других животных, и многие растения, имеют дубликат набора хромосом в соматических (неполовых) клетках. Эти хромосомные дубликаты гомологичны, имеют сходную длину, положения центромера и расположение генов. Диплоидные организмы наследуют по две версии каждого гена, по одному от каждого родителя. Эти два варианта генов, или аллели, расположены в одном относительном локусе, или положении, на двух гомологичных хромосомах. Каждая хромосома содержит много генетических локусов, и часто существует несколько возможных аллелей данного гена.

Два аллеля, унаследованные диплоидным организмом, составляют его. генотип в локусе. Термин генотип также относится к общему набору генов организма. Различные генотипы могут приводить к различным фенотипам или наблюдаемым характеристикам (например, цвет глаз). Фенотипы возникают в результате генотипов, хотя несколько генотипов могут вызывать один и тот же фенотип. Фенотипы также часто находятся под влиянием факторов окружающей среды.

Генотип может состоять из двух одинаковых или различных аллелей

Для данного гена два унаследованных аллеля могут иметь идентичные или различные нуклеотидные последовательности. Организм с двумя идентичными аллелями имеет гомозиготный генотип (или гомозигот). Организм с двумя разными аллелями имеет гетерозиготный генотип (т.е. гетерозигот). Если два аллеля отличаются (гетерозиготный генотип), но только один влияет на фенотип, — доминирует аллель, влияющий на фенотип. Другой аллель, который не влияет на фенотип, является рецессивным.

Первоначально считалось, что цвет глаз определяется одним геном, и поэтому он часто используется для иллюстрации генетического доминирования (коричневые глаза) и рецессивности (голубые глаза). Тем не менее, ученые обнаружили по крайней мере восемь генов, которые регулируют цвет глаз. Хотя ген OCA2 отвечает за почти три четверти вариации в сине-коричневом цветовом спектре глаз, другие гены иногда изменяют или переопределяют эти эффекты. Тем не менее, цвет глаз может быть полезным примером для иллюстрации доминирующих и рецессивных аллелей.

В следующем примере мы используем упрощенный пример цвета глаз, чтобы проиллюстрировать связь между генотипом и фенотипом. Аллель для карих глаз обозначается B, а аллель для голубых глаз b. Гетерозигота будет иметь генотип Bb в результате получения доминирующей аллель от одного родителя и рецессивный аллель от другого. Этот человек будет иметь карие глаза, доминирующий фенотип. Доминирующий аллель(B)переопределяет или «скрывает» инструкции от рецессивного аллеля для голубых глаз. Таким образом, человек с голубыми глазами обязательно будет иметь генотип bb, в то время как человек с карими глазами может иметь либо генотип BB или Bb.

Доминирующие и рецессивные модели наследования заболеваний связаны с риском заболевания

Хотя большинство признаков контролируются несколькими генами, а не одним причинным геном, эти принципы могут быть полезны для прогнозирования вероятности важных результатов. Например, болезнь Хантингтона (HD) является прогрессирующим, нейродегенеративным состоянием, которое вызывает неконтролируемые движения и когнитивные и эмоциональные нарушения. HD считается одним геном расстройства, поскольку она вызвана мутацией в одном гене (HTT), хотя другие гены могут изменить течение заболевания. HD вызвано доминирующей мутацией, а это означает, что один мутировавший аллель приводит к болезни. Если родитель имеет нормальный и мутировавший вариант гена, потомство имеет 50% шанс получить мутировавший аллель, и заболевание разовьётся. HD также обычно не проявляется до среднего возраста. Таким образом, хотя реальность неприятна, человек с пострадавшим родителем может пройти генетическое тестирование, чтобы определить, есть ли у них причинно-следственная аллель и, в свою очередь, информировать их планирования семьи.

Литература для дополнительного чтения

Fay, David, and Andy Spencer. Dominant Mutations. WormBook, 2006. [Source].

От фенотипа к генотипу — PMC

Список журналов
Джей Дент Рез
PMC4293721

Являясь библиотекой, NLM предоставляет доступ к научной литературе. Включение в базу данных NLM не означает одобрения или согласия с содержание NLM или Национальных институтов здравоохранения. Узнайте больше о нашем отказе от ответственности.

Дж Дент Рез. 2014 июль; 93 (7 Дополнение): 3S–6S.

doi: 10.1177/0022034514533569

Введение в геномику и трансформация первичной медико-санитарной помощи во всем мире

Информация об авторе Информация об авторских правах и лицензиях Отказ от ответственности лет. Биомаркеры (белки, углеводы, липиды, гормоны, различные РНК и кДНК, микрочипы) были обнаружены и коррелированы с заболеваниями и расстройствами, а также с физиологическими реакциями на болезни, травмы, стрессы в крови, моче и слюне. Трехмерное цифровое изображение улучшило то, как мы «видим» и используем фенотипы для диагностики, лечения и прогноза. В каждом примере научное открытие привело к информированию клинического здравоохранения. В тандеме генетика развилась от менделевского наследования (мутации одного гена) до комплексных заболеваний человека (множественных взаимодействий ген-ген и ген-среда). Кроме того, эпигенетика расцвела новым пониманием генных модификаторов (например, метилирование гистонов и негистоновых хромосомных белков, ацетилирование, сульфатирование, фосфорилирование).

Сейчас мы находимся в начале новой эры использования полногеномного секвенирования человека и микробов для принятия важных медицинских решений в отношении риска, стратификации пациентов, диагностики, лечения и результатов. Готовы ли мы как клиницисты, ученые и преподаватели к расширению сферы нашей практики, базы знаний, интеграции в первичную медико-санитарную помощь (медицина, фармацевтика, сестринское дело и смежные медицинские науки) и клинические подходы к черепно-лицевой, ротовой и стоматологической помощи? ? Время настало.

Ключевые слова: персонализированная медицина и стоматология, полногеномное секвенирование, биоинформатика, эпигенетика, черепно-лицевые и рото-стоматологические заболевания и расстройства, феномика

Шестьдесят один год назад Уотсон и Крик опубликовали свою одностраничную статью о структуре ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) с возможными биологическими последствиями (Watson and Crick, 1953). Препарат ДНК, который Розалинд Франклин использовала для своих исследований с помощью рентгеновской кристаллографии, был приготовлен молодым дантистом по имени Норман Симмонс. Тридцать девять лет назад я посетил семинар по рекомбинантной ДНК (19 лет).75) в Асиломаре, Калифорния, когда международное сообщество разработало, рекомендовало и приняло практические принципы. Двадцать шесть лет назад Джеймс Уотсон был назначен руководителем федерально спонсируемого проекта «Геном человека» (HGP). Год спустя его заменил Фрэнсис Коллинз, который довел HGP до завершения. В 2000 году президент Билл Клинтон просигнализировал о почти завершении HGP (Lander

и др. ., 2001; Venter и др. ., 2001). В 2004 г. HGP был завершен в рамках бюджета и в срок; на это ушло 13 лет и 2,7 миллиарда долларов (Collins, 2010; Feero 9).0027 и др. ., 2010).

В первые годы существования HGP (1988–2004 гг.) требовалось много месяцев или даже лет, чтобы завершить создание одного генома человека, что стоило миллионы долларов. Тем временем федеральные инвестиции вкладывались в биоинформатику, приборы и оборудование для высокопроизводительного секвенирования нуклеиновых кислот, чтобы ускорить и снизить стоимость секвенирования всего генома. В 2007 г. отдельные последовательности генома с аннотациями были завершены для Дж. Крейга Вентера и Джеймса Уотсона (Venter, 2007; Watson, 2009).). Это ознаменовало начало буквально персонализированного здравоохранения. В 2010 году Кевин Дэвис спроектировал индивидуальный геном стоимостью 1000 долларов и представил революцию в секвенировании ДНК и новую эру персонализированной медицины (и стоматологии) (Davies, 2010). Год назад Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило первую методологию и оборудование, способные завершить расшифровку генома человека в течение 24 часов при стоимости менее 5000 долларов США (Collins and Hamburg, 2013).

Теперь мы знаем, что количество генетических вариаций между любыми двумя неродственными людьми составляет одно основание или нуклеотид (А, аденозин, Т, тимидин, С, цитозин и G, гуанозин) на тыс. оснований, или 0,1%. Каждый человек обладает вариациями примерно в 3 миллионах оснований из общего числа 3 миллиардов оснований, составляющих геном человека.

Информация о каждой из последовательностей нашего генома, такая как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), теперь используется для понимания того, как вариации ДНК в нашем геноме могут влиять на наше здоровье (Kornman and Duff, 2012). Еще одно ключевое соображение для объяснения геномной изменчивости называется вариантами числа копий (CNV). Существует по меньшей мере 1500 CNV — сегментов хромосом, дублированных или утраченных у разных людей, — и они разбросаны по всему человеческому геному. Сейчас мы находимся в начале новой эры использования геномной информации для принятия важных медицинских решений для персонализированной стоматологии и медицины (Collins, 2010; Feero 9).0027 и др. ., 2010).

Исторически сложилось так, что генетика изучает наследственность, процесс, при котором родитель передает определенные гены своим детям. Внешний вид или фенотип человека — рост, цвет волос, цвет кожи и цвет глаз — определяется генами (генотипами). Дополнительные характеристики или фенотипы, на которые влияет наследственность или спонтанные генетические мутации, включают метаболизм, умственные способности, природные таланты и восприимчивость или устойчивость к определенным заболеваниям или расстройствам.

После завершения HGP в 2004 году появилось гораздо более четкое понимание генома человека. Взрослые люди имеют десять триллионов соматических клеток, каждая из которых содержит 46 хромосом [2 половые хромосомы и 22 пары аутосомных хромосом (названы в соответствии с их размером, 1 самая большая и 22 самые маленькие)]. В геноме человека в ядре каждой соматической клетки тела содержится 21 000 функциональных генов и 19 000 псевдогенов. Незначительные вариации встречаются менее чем в 1% последовательности ДНК, что приводит к вариантам определенного гена, называемого аллелями (Feero 9).0027 и др. ., 2010). Гены представляют собой участки ДНК, а расположение гена называется локусом гена. Большинство функциональных генов кодируют информацию в экзонах, разделенных интронами, для создания белков. Каждый ген имеет расположенные выше последовательности энхансера и промотора, а также концевую стоп-последовательность. Каждый ген может производить более одного белка посредством процесса, называемого альтернативным сплайсингом. Кроме того, митохондрии внутриклеточных органелл также содержат ДНК (митДНК), унаследованную исключительно от наших матерей.

Несовершенный амелогенез, несовершенный дентиногенез, семейная агенезия зубов, синдром Папийона-Лефевра и серповидноклеточная анемия — вот лишь несколько примеров из 10 000 заболеваний и нарушений, которые наследуются от мутаций одного гена через менделевское наследование. Известно более 60 наследственных заболеваний, возникающих в результате изменений (мутаций) митДНК, ассоциированных с рядом фенотипов, таких как слепота, тугоухость, низкорослость, метаболические нарушения. Подавляющее большинство заболеваний и расстройств человека являются полигенными и отражают множество взаимодействий ген-ген и ген-окружающая среда в сочетании с эпигенетическими модификаторами генов.

Любопытно, но мы знаем, что монозиготные близнецы имеют общий генотип. Имеют ли они общий фенотип? Недавно в нескольких исследованиях было установлено, что у монозиготных близнецов наблюдается фенотипическое несоответствие, такое как различия в восприимчивости к болезням, а также широкий спектр антропоморфных особенностей. В то время как монозиготные близнецы эпигенетически неразличимы в первые годы жизни, у старших близнецов обнаруживаются значительные различия в распределении 5-метилцитозиновой ДНК и ацетилировании гистонов, что влияет на портрет экспрессии их генов. Короче говоря, многие новые исследования в настоящее время предоставляют доказательства того, что эпигенетика помогает понять различные фенотипы, которые могут происходить от одного и того же генотипа.

Еще одним аспектом геномики являются унаследованные, а также приобретенные мутации, например, обнаруживаемые при различных видах рака. Множественная эндокринная неоплазия типа 2 (МЭН 2) является примером аутосомно-доминантного наследственного ракового синдрома, вызванного миссенс-мутациями с усилением функции протоонкогена RET, и представляет собой сильные корреляции генотип-фенотип (Франка-Рауэ и Франка-Рауэ). , 2010). Повреждение окружающей среды канцерогенами или мутагенами, такими как обнаруженные в табачных изделиях и бензоле, являются примерами приобретенных мутаций в течение жизни, которые вызывают неоплазию, представленную при раке полости рта и глотки. Несколько различных генных мутаций, связанных с регуляцией клеточного цикла и внутриклеточных сигнальных сетей, вызывают различные виды рака. Полногеномное секвенирование образцов ДНК из биопсии очага поражения пациента может быстро помочь в диагностике онкологических заболеваний и стратегиях химиотерапии (McDermott 9).0027 и др. ., 2011).

Три примера выбраны, чтобы подчеркнуть внедрение персонализированной медицины и стоматологии. Спустя более полувека после открытия молекулярной основы серповидно-клеточной анемии причины или объяснения фенотипической гетерогенности заболевания только проясняются. Серповидноклеточная анемия — это генетическое заболевание, при котором бета-цепь гена человеческого гемоглобина (Hb) мутирует, что приводит к аномальному гемоглобину. Эта мутация приводит к тому, что эритроциты (эритроциты) приобретают серповидную форму в условиях гипоксии, что приводит к множеству фенотипов, таких как анемия, клеточная адгезия, вазоокклюзия, сильная боль, инсульт и недостаточность органов. Генетическая мутация вызвана заменой одной аминокислоты глутаминовой кислоты на валин в шестом положении цепи бета-глобина. Это связано с заменой одного нуклеотида GAG → GTG в кодоне 6 гена бета-глобина, расположенного на хромосоме 11p15.5. Недавние исследования с использованием генотипирования SNP у пациентов с различными фенотипами выявили значительное участие SNP различных генов, отличных от бета-глобиновой цепи (Driss 9).0027 и др. ., 2009). SNP в генах, участвующих в путях трансформирующего фактора роста-бета/костного морфогенетического белка (TGF-бета/BMP), связаны с рядом фенотипических особенностей подмножеств у пациентов с серповидно-клеточной анемией (Driss et al. ., 2009).

Диабет – это хроническое заболевание, определяемое гипергликемией. Различная степень резистентности к инсулину и/или дисфункция инсулин-продуцирующих бета-клеток поджелудочной железы вызывают диабет. Фенотип заболевания гетерогенен и может быть разделен на подтипы в зависимости от основной генетической причины (причин). Распространенные формы диабета — диабет 1-го типа (TIDM) и диабет 2-го типа (T2DM) — имеют значительную генетическую основу, но не имеют четкой модели наследования (Hornstein and Shuldiner, 2004). Фенотипы болезни возникают в результате взаимодействия нескольких вариантов генов с факторами окружающей среды. Следовательно, проведение генетических исследований в нескольких популяциях людей может выявить аллели риска заболевания, которые распространены в одной популяции, но чрезвычайно редки в других. Этот подход может пролить свет на патофизиологию, различия в состоянии здоровья и популяционно-генетическое происхождение аллелей болезней. Недавнее исследование показало, что варианты последовательности аллеля SLC16A11 являются частыми факторами риска развития диабета 2 типа в Мексике, но чрезвычайно редки в популяциях Европы и Африки (Williams 9).0027 и др. ., 2013). Продукты гена SLC16A11 изменяют метаболизм липидов и вызывают внутриклеточное увеличение метаболизма триацилглицеринов (Williams et al. ., 2013). Любопытно, что пациенты с плохо контролируемым диабетом (, т.е. , люди с риском развития ретинопатии, невропатии и макрососудистых заболеваний) будут предрасположены или подвержены риску пародонтита с прогрессирующей потерей соединительной ткани и альвеолярной кости (Pihlstrom et al ., 2005). ).

Заболевания пародонта широко распространены и поражают более 70% населения мира. Это заболевание приводит к значительной потере соединительной ткани и потере костной массы, связанной с потерей зубов у взрослых. В дополнение к различным микроорганизмам, образующим биопленку, этому заболеванию способствуют генетические факторы и факторы окружающей среды, особенно употребление табака. Генетические, дерматологические, гематологические, гранулематозные, иммунодепрессивные и опухолевые заболевания связаны с пародонтальными проявлениями (Pihlstrom 9).0027 и др. ., 2005). Дополнительные сведения получены в результате открытия того, что четыре различные мутации в экзонах гена катепсина С, обнаруженные на хромосоме 11q14, ответственны за синдром Папийона-Лефевра (Hart et al. ., 1999). Другие генетические нарушения с проявлениями заболеваний пародонта включают семейную и циклическую нейтропению, болезнь клеток Лангерганса, синдромы Чедиака-Хигаси, Элерса-Данлоса, Марфана, Дауна и Киндлера.

Полногеномный скрининг может позволить специалистам в области черепно-лицевого, орального и стоматологического здоровья выявлять и стратифицировать пациентов с высоким риском заболеваний пародонта (Giannobile et al ., 2013a,b) и многие другие черепно-лицевые-орально-стоматологические заболевания и расстройства ( например ., черепно-лицевые синдромы, травмы головы и шеи, кариес зубов, рак головы и шеи, аутоиммунные заболевания, такие как как синдром Шегрена, остеопороз, височно-нижнечелюстные дисфункции, хроническая лицевая боль, остеопороз и др.). Существует значительная возможность использовать международное сотрудничество по теме взаимодействия генотип-фенотип. Такие усилия могут способствовать открытию специфических генов и сложных генных сетей, которые идентифицируют генотипы субпопуляций, подверженных риску, совершенствуют точную диагностику и разрабатывают терапевтические средства, нацеленные на конкретные генотипы пациентов (Slavkin, 2014; Slavkin and Santa Fe Group, 2014).

Ближайшее будущее сферы ухода за полостью рта в Соединенных Штатах и странах по всему миру является неопределенным (DePaola and Slavkin, 2004; Glick, 2009; Frenk et al. ., 2010). Мы все больше осознаем, что реформы здравоохранения с различными вариантами возникали и возникают в разных штатах США и за их пределами (Glick, 2009; Frenk et al ., 2010). Несколько исследований рекомендовали пересмотреть традиционные кадры первичной медико-санитарной помощи, чтобы лучше справляться с болезнями и расстройствами в обществе (Frenk и др. ., 2010). Несколько видных групп выступили за то, чтобы геномика, фармакогеномика и иммуногеномика, а также микробиом, связанный с состоянием человека, стали частью образования и компетенций специалистов в области гигиены полости рта (Collins and Tabak, 2004; Johnson et al. ., 2008; Глик, 2009; Славкин, 2012в).

С конца 1930-х годов многие специалисты в области гигиены полости рта начали заниматься генетикой человека и рекомендовали включить ее в качестве обязательной компетенции в стоматологическое образование, а также создать и поддерживать мультидисциплинарные команды, такие как черепно-лицевые группы, для удовлетворения особых потребностей головных врачей. врожденные дефекты шеи и шеи, травмы и рак (Купер, 19 лет).42, 1953; Славкин, 2012а,б; Фокс и Стоун, 2013 г.; Славкин и др. , в печати). Говоря современной терминологией, такие межпрофессиональные группы по образованию и здравоохранению (IPE) могут значительно улучшить глубину, широту и качество комплексной и скоординированной медицинской помощи на протяжении всей жизни.

Клиницисты и ученые-члены Международной ассоциации стоматологических исследований (IADR), Американской ассоциации стоматологических исследований (AADR), Национальных институтов здравоохранения (NIH) и многих других биомедицинских исследовательских организаций по всему миру участвуют в открытии фундаментальные знания о природе и поведении живых людей и систем и применять эти знания для улучшения условий жизни человека. Наука и научные открытия меняют жизнь каждого из нас. Научные открытия информируют клиническое здравоохранение! Мы должны инвестировать в геномику для улучшения клинической гигиены полости рта в 21 веке для всех людей (Славкин, 2012a,b,c)!

Автор хотел бы отметить новаторские и доблестные усилия доктора. Герберту Куперу, Саю Крешоверу, Сэму Прузански, Карлу Уиткопу, Бобу Горлину, Рэю Стюарту, Майклу Коэну-младшему, Тому Харту, Бобу Дженко, Чаку Шулеру и Ларри Табаку за продвижение генетики в рамках образования и клинической практики специалистов по гигиене полости рта.

Автор не получал финансовой поддержки и заявляет об отсутствии потенциального конфликта интересов в отношении авторства и/или публикации этой статьи.

Коллинз ФС. (2010). Язык жизни: ДНК и революция в персонализированной медицине. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Harper. [Академия Google]
Коллинз Ф.С., Гамбург, Массачусетс. (2013). Первая авторизация FDA для секвенатора следующего поколения. N Engl J Med 369:2369-2371. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Коллинз Ф.С., Табак Л.А. (2004). Призыв к расширению образования в области генетики для специалистов в области стоматологии. Джей Дент Эдук 68:807-808. [PubMed] [Академия Google]
Купер ХК. (1942). Дети-калеки? Am J Orthod Oral Surg 28:35-40. [Академия Google]
Купер ХК. (1953). Интеграция услуг в лечении расщелины губы и неба. J Am Dent Assoc. 47:27-35. [PubMed] [Академия Google]
Дэвис К. (2010). Геном за 1000 долларов: революция в секвенировании ДНК и новая эра персонализированной медицины. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Свободная пресса. [Академия Google]
ДеПаола Д, Славкин ХК. (2004). Реформирование образования в области стоматологического здоровья: информационный документ. Джей Дент Эдук 48:1139-1350. [PubMed] [Академия Google]
Дрисс А., Асаре К.О., Хибберт Дж.М., Джи Б.Е., Адамкевич Т.В., Стайлз Дж.К. (2009). Серповидноклеточная анемия в постгеномную эру: моногенное заболевание с полигенным фенотипом. Геномные идеи 2:23-48. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Feero WG, Guttmacher AE, Collins FS. (2010)Геномная медицина — обновленный учебник для начинающих. New Engl J Med. 362:2001-2011. [PubMed] [Академия Google]
Фокс Л. М., Стоун П.А. (2013). Изучение командного процесса: разработка и поддержание эффективной черепно-лицевой помощи в команде. В: Расщелина губы и неба: диагностика и лечение. Берковиц С., редактор. Берлин, Германия: Springer-Verlag. [Академия Google]
Франк-Рауэ К., Франк-Рауэ Р.С. (2010). Молекулярная генетика и феномика мутаций RET: влияние на прогноз МРЩЖ. Мол Селл Эндокринол 322:2-7. [PubMed] [Академия Google]
Френк Дж., Чен Л., Бхутта З.А., Коэн Дж., Крисп Н., Эванс Т. и др. (2010). Медицинские работники для нового века: преобразование образования для укрепления систем здравоохранения во взаимозависимом мире. Ланцет 376:1923-1958. [PubMed] [Академия Google]
Giannobile WV, Braun TM, Caplis AK, Doucette-Stamm L, Duff GW, Kornman KS. (2013а). Стратификация пациентов для профилактической помощи в стоматологии. Джей Дент Рез 92:694-701. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Джаннобиле В.В., Корнман К.С., Уильямс Р.С. (2013б). Персонализированная медицина входит в стоматологию: что это может означать для клинической практики? J Am Dent Assoc 144:874-876. [PubMed] [Академия Google]
Глик М. (2009). Расширение роли стоматолога в оказании медицинской помощи: не пора ли отказаться от прокрустово ложа? J Am Dent Assoc 140:1340-1342. [PubMed] [Академия Google]
Hart TC, Hart PS, Bowden DW, Michalec MD, Callison SA, Walker SJ, et al. (1999). Мутации гена катепсина С ответственны за синдром Папийона-Лефевра. Джей Мед Жене 36:881-887. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Хорнштейн РБ, Шульдинер АР. (2004). Генетика диабета. Rev Endocr Metab Disord 5:25-36. [PubMed] [Академия Google]
Джонсон Л., Дженко Р.Дж., Дамский С., Хейден Н.К., Харт С., Харт Т.С. и др. (2008). Генетика и ее значение для клинической стоматологической практики и образования: отчет группы 3 исследования Macy. Джей Дент Эдук 72 (2 Доп): 86-94. [PubMed] [Google Scholar]
Корнман К.С., Дафф Г.В. (2012). Персонализированная медицина: оседлает ли стоматология волну или понаблюдает с пляжа? Джей Дент Рез 91(7 Дополнение):8S-11S. [PubMed] [Академия Google]
Ландер Э.С., Линтон Л.М., Биррен Б., Нусбаум С., Зоди М.С., Болдуин Дж. Международный консорциум по секвенированию генома человека и др. (2001). Первоначальное секвенирование генома человека. Природа 409:860-921. [PubMed] [Академия Google]
Макдермотт У., Даунинг Дж. Р., Стрэттон М. Р. (2011). Геномика и континуум лечения рака. N Engl J Med 364:340-350. [PubMed] [Академия Google]
Пихлстром Б.Л., Михалович Б.С., Джонсон Н.В. (2005). Заболевания пародонта. Ланцет 366:1809-1820. [PubMed] [Академия Google]
Славкин ХК. (2012а). Рождение дисциплины: черепно-лицевая биология. Ньютаун, Пенсильвания: Aegis Communications. [Академия Google]
Славкин ХК. (2012б). Ответ кроется в геноме. Глобальная связь здравоохранения 14:6-15. [Академия Google]
Славкин ХК. (2012с). Эволюция научной основы стоматологии: с 1936 г. по настоящее время и ее влияние на стоматологическое образование. Джей Дент Эдук 76:28-35. [PubMed] [Академия Google]
Славкин ХК. (2014). Будущее исследований в области черепно-лицевой биологии и что это будет означать для профессионального образования и клинической практики в области гигиены полости рта. Ост Дент Дж. 59(1 доп): 1С-5С. [PubMed] [Академия Google]
Славкин ХК, Группа Санта-Фе (2014). Пересмотр сферы деятельности специалистов по гигиене полости рта. J Am Dent Assoc 145:228-230. [PubMed] [Академия Google]
Славкин Х.К., Санчес-Лара П., Чай Ю., Урата М. (2014). Модель межпрофессиональной медицинской помощи: уроки, извлеченные из черепно-лицевых команд. J Calif Dent Assoc (в печати). [PubMed] [Академия Google]
Вентер Дж. (2007). Расшифрованная жизнь: мой геном. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Penguin Books. [Академия Google]
Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. (2001). Последовательность генома человека. Наука 291:1304-1351. [PubMed] [Академия Google]
Уотсон Дж. (2009). Живу со своим личным геномом. Персонализированная медицина 6:607-610. [PubMed] [Академия Google]
Уотсон Дж.Д., Крик Ф.Х. (1953). Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы. Природа 171:737-738. [PubMed] [Академия Google]
Уильямс А.Л., Джейкобс С.Б., Морено-Масиас Х., Уэрта-Чагоя А., Черчхаус С., Маркес-Луна С., Консорциум по диабету 2 типа SIGMA и др. (2013). Варианты последовательности в SLC16A11 являются распространенным фактором риска развития диабета 2 типа в Мексике. Природа 506:97-101. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Статьи из Journal of Dental Research предоставлены Международной и Американской ассоциациями стоматологических исследований

Какая связь между генотипом и фенотипом? Исследование описывает новый статистический метод определения активных и неактивных генов из транскриптомов

Каждая клетка вашего тела содержит генетическую информацию для развития бесчисленных частей. Из одного и того же генетического кода в каждой клетке развитие дает начало всем разнообразным тканям и органам, составляющим наше тело.

Биологи давно пытаются понять взаимосвязь между генотипом (лежащим в основе генетическим кодом) и фенотипом (результирующей структурой организма).

«Как получается, что клетки многоклеточного организма — каждая с идентичным геномом — дают начало тканям и органам удивительного структурного и функционального разнообразия?» — спросила группа исследователей Калифорнийского университета в Дэвисе в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences.

В состав исследовательской группы входили ученый с докторской степенью Аммон Томпсон, профессор эволюции и экологии Артем Копп, доцент кафедры эволюции и экологии Брайан Мур и аспирант группы популяционной биологии Майкл Мэй.

Центральное место в ответах на эти фундаментальные вопросы занимает транскриптом : , подмножество генов, которые экспрессируются в данной ткани.

Геномы животных и растений содержат десятки тысяч генов, и значительная часть этих генов активно экспрессируется в каждой ткани. Изучение связи генотип-фенотип требует, чтобы биологи были в состоянии надежно определить, какие гены активно экспрессируются в какой ткани. Эта, казалось бы, простая задача, на самом деле, общеизвестно сложна из-за молекулярной механики транскрипции, а также из-за причудливых методов, используемых для сбора транскриптомных данных.

Как и все биологические процессы, транскрипция генов сопровождается шумом; некоторые гены, которые не функционируют в данной ткани, тем не менее транскрибируются на низких уровнях (поэтому обнаружение транскриптов данного гена в данной ткани не обязательно указывает на то, что он там активен). Технический процесс сбора транскриптомных данных вносит дополнительный шум, из-за которого исследователи могут пропустить некоторые функциональные гены (поэтому обнаружение нулевых транскриптов данного гена в данной ткани не обязательно означает, что он там неактивен).

По словам Томпсона и его коллег, эти источники шума мешали ученым задавать, казалось бы, простые, хотя и очень важные, биологические вопросы, такие как «Какие гены активны в конкретном органе, например в мозге? Экспрессируется ли какой-либо из этих генов исключительно в этом органе? Были ли какие-либо из этих генов недавно активированы в эволюции человека? И насколько распространены такие изменения в состоянии экспрессии генов (активация/деактивация)?»

Чтобы ответить на эти вопросы, ученые должны надежно отделить сигнал активной экспрессии от различных источников шума в транскриптомных данных.

Команда Калифорнийского университета в Дэвисе разработала статистический метод, который благодаря математическому описанию соответствующих биологических и технических процессов, связанных с транскриптомными данными, позволяет исследователям определять состояние экспрессии генов. В частности, они разработали иерархическую байесовскую модель, которая использует модели вариаций в экспрессии генов как между генами, так и между репликами образцов транскриптома, чтобы изолировать сигнатуру активной экспрессии в наборах данных секвенирования РНК.

«Наш метод обеспечивает основанный на данных подход для определения границы между активной транскрипцией и фоновым шумом», — говорят исследователи. «Он использует все преимущества экспериментальной репликации и устраняет необходимость в специальных процедур».

Исследователи внедрили свой статистический метод в компьютерную программу ZigZag, которая стала важным новым инструментом для биологов.

ZigZag к успеху

Команда проверила эффективность и точность своего метода с помощью различных экспериментов. Во-первых, команда провела «эмпирический эталонный» анализ тканей легких человека, где состояние экспрессии каждого гена ранее определялось независимыми средствами (на основе химических маркеров, окружающих хромосомные местоположения генов). Затем они использовали ZigZag для определения состояний экспрессии каждого гена из транскриптомов легких человека, которые правильно определили (известное) состояние экспрессии более 90% этих генов.

Чтобы продемонстрировать потенциал своего метода, команда использовала ZigZag для сравнения транскриптомов мозга человека, шимпанзе и макаки. Команда сделала вывод о состояниях экспрессии генов в шести различных областях мозга — миндалевидном теле, вентральной лобной коре, дорсальной лобной коре, верхней височной коре, стриатуме и области 1 зрительной коры — чтобы определить набор генов, которые однозначно активны (или неактивны). в мозгу человека.

В шести областях мозга исследователи обнаружили «от 9 до 20 генов, которые были уникально активны у людей, и от 16 до 23 генов, которые были уникально неактивны у людей, с наибольшим количеством уникальных состояний экспрессии, расположенных в полосатом теле». Поскольку полосатое тело участвует в координации нескольких аспектов познания, команда отметила, что открытие «генов, которые уникально активны в человеческом мозгу, представляют собой факторы, которые могут быть вовлечены в когнитивную эволюцию человека».

Комментируя важность нового метода, исследователи заявили, что он «предоставит мощные средства для классификации состояния экспрессии генов в любом образце, в то же время определяя количество неопределенности в этой классификации».

Команда сказала, что они «оптимистичны в том, что — предоставляя надежные и мощные средства для определения состояния экспрессии генов — наш метод значительно расширит возможности биологов по сравнению транскриптомов разных видов и тканей и тем самым улучшит наше понимание транскриптома».
No related posts.