генокоррекция наследственных заболеваний

генокоррекция наследственных заболеваний * генакарэкцыя спадчынных захворванняў * genetic correction of hereditary diseases — генетические манипуляции с клетками и их предшественниками в лечебных целях. Наиболее доступны для таких манипуляций клетки крови. После изоляции различные типы клеток крови могут быть легко размножены, подвергнуты трансфекции in vitro, а затем возвращены пациенту. Генетической модификации могут быть подвергнуты не только зрелые клетки (лимфоциты, макрофаги), но и их предшественники — стволовые клетки. Важным обстоятельством в этой связи является то, что процедура трансплантации клеток костного мозга уже широко используется в клинике. Разработаны и достаточно эффективные методы выделения стволовых гемопоэтических клеток человека. В экспериментах на животных показано, что модифицированные клетки как миелоидного, так и лимфоидного рядов, могут сохраняться в кровотоке на протяжении двух лет после аутологичной пересадки клеток костного мозга, трансдуцированных in vitro. Путем трансфекции клеток крови соответствующими генами можно лечить не только заболевания крови, но и использовать их для лечения многих др. заболеваний как моногенной природы, так и различных опухолей и инфекций. Реципиентами чужеродных генов могут также быть фибробласты и мышечные клетки (миобласты, миофибриллы). Они могут использоваться для тех заболеваний, где необходима коррекция генов, белковые продукты которых должны поступать в кровь или диффундировать в соседние клетки. Особенно удобны для целей генной терапии скелетные мышцы, в которых, благодаря отсутствию эндонуклеазной активности, принципиально возможен перенос генов in vitro путем прямой инъекции экзогенной ДНК.

Геном * геном * genome — 1. Совокупность гаплоидного набора (см.) хромосом данного вида организмов, при этом в гибриде могут присутствовать разные геномы (аллополиплоиды). 2. Весь генетический материал отдельного вируса, клетки или организма, не являющегося аллополиплоидом. 3. Полный набор генов, определяющих все свойства организма. Представляет собой характеристику вида. Генетический состав клетки или вируса. Для эукариот иногда употребляется в значении «единичный полный (гаплоидный) набор хромосом». В более широком смысле — совокупность ядерных элементов генетической конституции особи. Гаплоидные клетки содержат один Г. (как результат редукционного деления); диплоидные — два: один от матери, а др. от отца (как результат оплодотворения, т. е. слияния женской и мужской одногеномных гамет). Существуют (чаще у растений) полиплоидные формы: триплоиды (с тремя Г.), тетраплоиды (с четырьмя Г.) и т. д. Полиплоиды с несбалансированными Г. у растений вполне жизнеспособны, но, как правило, бесплодны вследствие того, что нарушается процесс мейотического деления и образования гамет. Суммируя основные представления о структуре и функциях Г. акариотических, прокариотических и эукариотических видов, необходимо подчеркнуть следующие особенности: 1. Г. акариот и прокариот, а также митохондрий и пластид эукариот является компактной совокупностью генов с небольшим содержанием структурных повторов, что характеризует его экономичность. Он кольцевидно замкнут (непрерывен), интервалы между генами минимальны. Напр., вся генетическая информация умеренного фага λ размещается в кольцевой молекуле ДНК длиной в 50 т. п. н. (кб), где содержится порядка 40 генов. Плазмидная ДНК из 95-97 кб включает до 100 генов. Замкнутая ДНК E. coli из 400 кб может содержать до 3000 генов (один ген составляют примерно 1500 п. н.). 2. Генетический аппарат в клетках эукариот организован в форме нескольких линейных хромосом, в которых ДНК прочно связана с белками-гистонами, обеспечивающими упаковку и упорядочение ДНК в виде структурных единиц — нуклеосом (учитывая при этом «код упаковки хроматина» и экстраполируя его на клетки большинства эукариот). Так, в гаплоидной клетке Saccharomyces cerevisiae содержится 17 хромосом, в каждой из которых детектировано 1000 кб. Следовательно, число генов могло бы достигать в такой клетке 11 000. Для 23 хромосом в гаплоидной клетке человека, где в одной хромосоме содержится 125 000 кб, число генов должно было бы возрасти до 2 млн. Предположительно близкое число генов могло бы оказаться в гаплоидных клетках кукурузы, где имеется 10 хромосом, в клетках кролика с 22 хромосомами или мыши с 20 хромосомами. Однако в хромосомах эукариотических организмов содержится генов меньше, чем декодирующих участков (спейсеров, ил азделителей), и имеется множество сходных между собой фрагментов ДНК, повторяющихся десятки и сотни тысяч раз. Во очему у человека, напр., лишь 10-20% всей ДНК относится к разряду кодирующей. Но и в этом случае число генов в 23 хромосомах гаплоидной клетки могло бы достигать порядка 100 000. 3. Гены эукариот, нередко располагаясь в хромосомной ДНК рядом, образуют мультигенные семейства, состоящие из небольшого число родственных последовательностей. Напр. гены, копирующие рРНК у млекопитающих, обнаруживаются в геноме сотнями своих копий, сгруппированных в кластеры, а это свидетельствует об избыточности генетических программ у высших организмов (создание «повышенной прочности»). 4. Представители микробного, растительного и животного мира имеют в составе генетического материала одни и те же строительные блоки, т. е., их «кодовый словарь» в основном однотипен, или универсален, и функционирует он преимущественно в соответствии с центральным постулатом молекулярной генетики, сформулированным Ф. Криком в 1967 г. — генетическая информация переносится по схеме ДНК → РНК → Белок (у вирусов может быть несколько видоизменена), но никогда — от белка к РНК. 5. Каждый ген проявляет себя (экспрессируется) путем образования, илибиосинтезамРНК(транскрипция гена) с последующим переводом (трансляцией) информации в специфическую полипептидную цепь, фактически являющуюся продуктом гена. Ген и его продукт колинеарны, т. е. последовательность кодонов (триплетов) в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке. 6. Ген кодирует строение белковой молекулы и регулирует процесс ее синтеза. Зная строение и функцию генов, а также владея методами их выделения и переноса в различные клетки или молекулы нуклеиновых кислот, можно с достаточной уверенностью подходить к постановке генно-инженерных работ. Скорость, с которой разные части генома изменяются в процессе эволюции, различна. Наиболее консервативны последовательности, кодирующие белки. Следующий по уровню консервативности — порядок генов. Регуляторные элементы обладают значительной изменчивостью и эволюционируют с наибольшей скоростью. На основе сходства и различия геномов представителей трех доменов жизни — бактерий, архей и эукариот — сделаны попытки реконструировать последовательность возникновения основных клеточных процессов в эволюции. Т. к. белки, участвующие в трансляции, и ферменты метаболизма (такие как ферменты цикла трикарбоновых кислот, гликолиза, метаболизма нуклеотидов) — общие для всех доменов, можно полагать, что трансляция и метаболические реакции возникли раньше разделения трех основных доменов. Вероятно, трансляция возникла еще до перехода от РНК к ДНК-миру. Транскрипция возникла позже трансляции, еще позже появилась репрессия генов и компактизация ДНК, которые способствовали увеличению генома. Исследование геномов открывает большие перспективы в реконструкции картины появления и эволюции жизни на Земле, а также природы прогенота, который, возможно, не был единственным видом — скорее это была вариабельная коллекция клеточных и субклеточных организмов, которые обменивались генетической информацией (и молекулярными структурами), достаточно свободно. Г. — это генетическая система клетки; он определяет характер организма и наследственную передачу в ряду поколений всех его структурных и функциональных признаков. Понятие Г. применяется к таксономической группе, виду, особи, клетке, микроорганизму или вирусу. Т. е. можно говорить о структуре Г. эукариот и прокариот. Современные методы позволяют сравнивать геномы разных видов, изучать особенности строения генов в клетках индивидуумов, следить за изменениями, происходящими в геноме специфических клеток в процессе их онтогенетической дифференцировки. Г. — генетическая информация, заключенная в молекулах ДНК одной клетки. Однако намечается парадокс (С-парадокс) — существование различий геномной ДНК между близкородственными видами. Отсутствие связи между количеством ДНК и таксономическим статусом вида свидетельствует о том, что не все участки ДНК связаны с информационными функциями. Понятие генома и ДНК тождественны. Основные принципы организации функционирования генома определяются свойствами ДНК, которые обусловливают все многообразие мира живых существ как на уровне межвидовых, так и в индивидуальных визуальных различиях в пределах одного вида. Г. эукариот можно разбить на облигатные и факультативные элементы. Облигатными являются кодируемые л усы, количество и расположение которых в Г. постоянно. Факультативными — повторяющаяся ДНК, амплифицированные участки, ретровирусные последовательности, псевдогены, эписомы, ампликоны, дополнительные В-хромосомы, цитосимбионты типа вирусов, бактерий, простейших и т. д., т. е. элементы, присутствие которых необязательно, а количество и расположение меняется. Доказано участие некоторых факультативных элементов в наследственной передаче признаков, в мутационной изменчивости и эволюционном преобразовании видов.

Геном hAS * геном hAS * hAS genome — аббревиатурное обозначение генома человека (Homo sapiens). Используется вместе с цифрой, соответствующей номеру хромосомы, напр., HSA21 — хромосома 21 человека.

Геном бактериальный, г. бактерий * геном бактэрыяльны, г. бактэрый * bacterial genome — полный набор генов, находящихся в единичной хромосоме бактерии.

Геном вируса * геном віруса * viral genome — полный набор генов в молекуле ДНК или РНК вируса.

Геном грибов * геном грыбоў * fungal genome — полный набор генов, содержащихся в каждом из набора хромосом у грибов.

Геном человека * геном чалавека * human genome — вся генетическая информация, полный набор генов, содержащихся в 23 парах хромосом человека как биологического вида Homo sapiens. В нормальной ситуации в большинстве клеток человека должно присутствовать 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 млрд п. о. нуклеотидов ДНК, в которых, по современным оценкам, содержится ок. 28 000 генов. В связи с усовершенствованием методов поиска генов (предсказание генов) предполагается дальнейшее уменьшение числа генов. В ходе выполнения проекта «Геном человека» содержимое хромосом (эухроматин), находящихся в клеточном ядре в интерфазной стадии, было выписано в виде последовательности символов. В н. вр. эта последовательность активно используется во всем мире в биомедицине. В ходе исследований выяснилось, что Г. ч. содержит значительно меньшее число генов, нежели ожидалось в начале проекта, — начальная оценка была более чем 100 тыс. генов. Только для 1,5% всего материала удалось выяснить функцию, остальная часть составляет т. н. «мусорную» (junk) ДНК. В эти 1,5 % входят, собственно, сами гены, которые кодируют РНК и белки, а также их регуляторные последовательности, интроны и, возможно, псевдогены. Что касается «мусорной» ДНК, то существует масса свидетельств, которая говорит о том, что она обладает функцией, которая не вполне понятна на текущий момент. По современным данным, число генов человека ненамного превосходит число генов у более простых организмов, напр., круглого червя Caenorhabditis elegans или плодовой мухи Drosophila melanogaster. Так происходит из-за того, что в Г. ч. широко представлен альтернативный сплайсинг (см.).

Графическое представление нормального человеческого кариотипа

Альтернативный сплайсинг позволяет получить несколько различных белковых цепочек с одного гена. В результате Г. ч. оказывается значительно больше протеома рассмотренных организмов. Большинство человеческих генов имеют множественные экзоны, и интроны часто оказываются значительно более длинными, чем граничные экзоны в гене. Гены неравномерно распределены по хромосомам. Каждая хромосома содержит богатые и бедные генами участки. Эти участки коррелируют с хромосомными бандами (полосы поперек хромосомы, которые видно в микроскоп) и с ГЦ-богатыми участками. Значимость такого неравномерного распределения генов еще не вполне изучена. Кроме генов, кодирующих белок, Г. ч. содержит тысячи РНК-генов, включая транспортную РНК (тРНК; tRNA), рибосомную РНК (рРНК; rRNA), микроРНК (microRNA) и прочие не кодирующие белок последовательности РНК. В геноме имеется множество различных последовательностей, отвечающих за регуляцию гена. Обычно это короткие последовательности, находящиеся либо рядом с геном, либо внутри гена. Иногда они находятся на значительном расстоянии от гена (энхансеры, см.). Не учитывая известные регуляторные последовательности (см.), в Г. ч. содержатся повторы, парные повторы, ДНК спутники (сателлиты), мини-спутники, микроспутники, разбросанные повторы SINE (short interspersed nuclear element) и LINE (long interspersed nuclear element), транспозоны (ретротранспозоны, длинные концевые повторы (LTR, long terminal repeat), Tyl-copia, Ty3-gypsy) и псевдогены. Фактически они занимают до 97% всего объема Г. ч., но их функция, если она вообще существует, в настоящее время не выяснена.

Генома величина * генома велічыня * genome size — количество пар оснований (п. о.) в расчете на гаплоидный геном (см. Гаплоидный набор). Величины геномов основных таксонов представлены в таблице (по Арефьеву, Лисовенко, 1995).

Генома сложность * генома складанасць * genome complexity or c. — суммарная длина различных присутствующих в геноме последовательностей, которую оценивают по их реассоциации в процессе ренатурации ДНК и выражают: а) в парах нуклеотидов ДНК (чаще всего); б) в любых единицах массы (напр., дальтон, см.). Величина Cot1/2 (см.) пропорциональна Г. с. при ренатурации ДНК.

Таксон	Г. В. (п. о.), ср. по таксону	Таксон	Г. В. (п. о.), ср. по таксону
Микоплазмы	1,62×106	Бесхвостые амфибии	2,7×109
Бактерии	2,0×106	Рептилии	1,5×109
Грибы Neurospora crassa	2,0×107	Птицы	1,2×109
Дрожжи	4,7×107	Млекопитающие	2,6×109
Нематода	1,4×107	Домовая мышь	3,0×109
Сaenorhabditis elegans	1,0×108	Человек	3,0×109
Насекомые	2,3×109	Голосеменные растения	1,6×1010
Дрозофила	1,8×108	Покрытосеменные растения	2,7×1010
Тутовый шелкопряд	5,0×108	Кукуруза	8,0×109
Моллюски	1,6×109	Лилия Lilium longiflorum	1,8×1011
Костистые рыбы	1,4×109
Хвостатые	3,6×109