Позиционное клонирование, прогулка и прыжки по хромосоме, идентификация и изоляция генов

Издания содержат также список доступных мутантных клеточных  линий.

Каждому локализованному  менделирующему локусу в этой энциклопедии присвоен шестизначный номер (MIM), первая цифра которого определяет характер наследования: 1 - для аутосомно-доминантных генов, 2 - для аутосомно-рецессивных, 3 и 4-для генов, локализованных в X- и в Y-хромосомах, соответственно, 5 - для митохондриальных генов. Четыре цифры,следующие после точки непосредственно за шестизначным номером, предназначены для кодирования различных мутантных вариантов данного локуса. Издания выпускаются как в печатной форме, так и в компьютерном варианте (OMIM) на дискетах или на компакт-дисках. В последнем случае они снабжены программами, позволяющими осуществлять поиск по любой позиции и проводить постоянное обновление энциклопедии текущей информацией. Программы OMIM совместимы с другими базами генетических данных, в первую очередь, с GDB (Genome Data Base),содержащей полную информацию (включая последовательности ДНК) обо всех картированных генах, ДНК-маркерах и ДНК-зондах человека, а также и с GenBank - полной базой данных всех известных нуклеотидных gоследовательностей ДНК.

В последнем 11-ом издании  энциклопедии МакКьюсика содержатся сведения о 6678 картированных менделирующих локусах человека (McKusick, 1994). Из них 4458 генов с аутосомно-доминантным характером наследования, 1730 - с аутосомно-ре-цессивным, 412 генов локализовано в X-хромосоме, 19 - в Y-хромосоме и 59 - в митохондриальной ДНК. Для более чем 2800 картированных генов определена их функция. С моногенными заболеваниями связано 770 картированных локусов, а общее

число нозологических форм, для которых гены картированы,включает 933 заболевания. При этом более 420 генов наследственных болезней уже клонированы и для каждого из этих генов описано от одного до нескольких сотен мутантных вариантов аллелей, характеризующихся различным фенотипи-ческим проявлением.

Различные хромосомы и  их участки картированы с разной степенью детализации. На самой крупной по размерам хромосоме 1 картировано вдвое меньше генов, чем на Х-хромосоме ( 200 и 400 соответственно). Плотность уже картированных генов в

разных хромосомах очень  неравномерна. Так, хромосома 19 содержит 178 генов, тогда как хромосома 13 только 40, при этом первая больше второй. Хромосомы 17 и 18 примерно равны по величине, но на первой уже картировано 180 генов, а на второй- только 26. На хромосоме 2 картировано примерно такое же количество генов (около 175), как и на втрое меньше её по размерам хромосоме 17. Существеные различия в числе картированных генов отмечаются и внутри различных участков хромосом. К примеру, 19 из 43 генов хромосомы 21 локализованы в сегменте 21q22.3, составляющем лишь 20% длинного плеча. Область 9q34 занимает 10% хромосомы 9, но содержит 27% генов -38 из 141 (Antonarakis, 1994). Число подобных примеров неравномерного распределения картированных генов по хромосо-мам может быть значительно увеличено.

Более 10 лет тому назад  был полностью просеквенирован митохондриальный геном (Anderson et al., 1981), состоящий из 16 569 нуклеотидов и содержащий 37 генов, 22 из которых это гены транспортных РНК, 2 гена рибосомальной РНК и 13 белковых генов, кодирующих субьединицы комплексов окислительного фосфорилирования (OXPHOS). Следует отметить, что 56 субьединиц этого комплекса кодируется ядерными генами (McKusick:1994). Митохондриальная ДНК очень плотно насыщена кодирующими участками, так как митохондриальные гены не содержат интронов и имеют очень ограниченные размеры некодирующих фланкирующих ДНК. В настоящее время описано достаточно много болезней, связанных с мутациями в митохондриальном геноме, и все они развиваются вследствие нарушений в системе окислительного фосфорилирования.

Мы уже упоминали о  том, что в настоящее время  проклонировано около 20 000 анонимных последовательностей кДНК, выделенных из тканеспецифических библиотек генов и представляющих около 10-15% всех генов человека. Хотя этих последова тельностей пока нет на картах генов, секвенирование, сопоставление с компьютерными базами данных и гибридизация in situ позволят уже в самое ближайшее время провести их идентификацию и локализацию (McKusick, Amberger, 1993).

Следует отметить, что каждый картированный ген и полиморфный локус сами по себе автоматически становятся точками отсчета в геноме, то есть молекулярными маркерами. Наряду с этим, продолжается интенсивное насыщение генома новыми моле-кулярными маркерами типа STS ( sequence tagged sites) и микросателлитными повторами типа STR (short tandem repeats). К сентябрю 1994г Genome Database (GDB) включала 6691 STR-сайтов и 3 752 из них (56%) имели уровень гетерозиготности более 60%. Карты сцепления для индексных маркеров сконструированы, в основном, по результатам генотипирования сорока CEPH референтных семей .

Среднее расстояние между  соседними маркерами варьирует  от 2 сМ для хромосомы 21 до 5 сМ для самых крупных хромосом с очень небольшим числом участков в геноме с расстоянием между маркерами большим, чем 10 сМ. GDB содержит 672 гена, локализованных на картах сцепления индексных маркеров, из общего числа 3485 клонированных генов (Guapay et al., 1994). Созданные в последние годы достаточно подробные геномные карты сцепления молекулярных маркеров в масштабах 13, 0; 5,0 и даже 2,9 сантиморганид; автоматизация процесса генотипирования маркерных микросателлитных (STR) аллелей; большое число уже картированных структурных генов, анонимных ДНК-последовательностей значительно упрощают и, главное, ускоряют процесс генетического картирования. Если в 1992г. в распоряжении иследователей было только 814 динуклеотидных полиморфных сайтов (Weissenbach et al.,1992), то уже к маю 1994 г. Их число возросло до 3 300 (Guyapay et al.,1994) , а к концу года - до 5 000- 6 000 (Shmitt, Goodfellow, 1994). Столь же быстрыми темпами нарастает число молекулярных маркеров и в геноме лабораторных мышей (Service, 1994). По всей види-мости, человек и лабораторная мышь будут первыми млекопитающими с полностью расшифрованными геномами.Картирование генов человека и выяснение первичной нук-леотидной последовательности человеческого генома составляют основные, взаимосвязанные задачи Международной программы "Геном Человека". Официально эта научная программа с участием ведущих молекулярно-генетических лабораторий США, Западной Европы, России и Японии оформилась в 1990г. Однако, задолго до приобретения официального статуса, в этих странах проводились важные молекулярные исследования по изучению генома человека и картированию его генов. История отечественной программы началась в 1987г. Её инициатором и безусловным

лидером в течение многих лет был академик А.А.Баев. По его настоянию в 1989г. она стала одной из ведущих Государственных научно-технических программ СССР. Основные разделы этой программы как в России, так и во всем мире включают три главных направления научных исследований: 1. Картирование и секвенирование генома; 2. Структурно-функциональное изучение генома; 3. Медицинскую генетику и генотерапию (Баев,1990;1994).

Предполагалось, что основной раздел программы, касающийся секвенирования всего генома, то есть выяснения первичной последовательности всей молекулы ДНК одной клетки человека длиной около 1,5 метров, состоящей из 3.5х10!9 нуклеотидов, будет завершен уже к 2 005 году. Однако, серьезные технические усовершенствования этого трудоемкого процесса,его автоматизация и резкое снижение себестоимости (от 1$ США за один шаг в 1990г. до 0,2$ в 1995г.) позволяют надеяться,что эта гигантская молекула, несущая информацию о всей прог-рамме индивидуального развития человека и его эволюции будет полностью расшифрована уже к 2 000 году ! (Marshall, 1995).

Естественно, что в итоге  этой работы будут идентифицированы и все гены человека, то есть будет  точно определено их число, взаиморасположение на генетической карте и структурно-функциональные особенности. Предполагается, что осуществление этого проекта, помимо колоссальных теоретических обобщений для фундаментальных наук, окажет огромное влияние на понимание патогенеза, предупреждение и лечение наследственных болезней, значительно ускорит исследование молекулярных механизмов, лежащих в основе развития очень многих моногенных нарушений, будет способствовать более эффективному поиску генетических основ мультифакториальных заболеваний и наследственной предрасположенности к таким широко распространенным болезням человека как атеросклероз, ишемия сердца, психиатрические и онкологические заболевания.