ExoME состоит из всех экзонов в пределах генома , последовательности , которые при транскрипции, остаются в пределах зрелой РНК после того, как интроны удаляются путем сплайсинга РНК . Это включает нетранслируемые области мРНК и кодирующую последовательность (или CDS). Секвенирование экзома оказалось эффективным методом для определения генетической основы более двух десятков менделевских заболеваний или нарушений одного гена . [1]
Статистика
Экзом человека состоит примерно из 233 785 экзонов , около 80% из которых имеют длину менее 200 пар оснований , что в сумме составляет 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 , оказывающих большое влияние на болезнь. [5]
Определение
Важно отметить, что экзом отличается от транскриптома , который представляет собой всю транскрибируемую РНК внутри определенного типа клетки. В то время как экзом является постоянным от клеточного типа к клеточному, транскриптом изменяется 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 следующего поколения ( секвенирование следующего поколения) позволяет быстро секвенировать большие объемы ДНК, значительно продвигая изучение генетики и заменяя старые методы, такие как секвенирование по Сэнгеру . Эта технология становится все более распространенной в здравоохранении и исследованиях не только потому, что это надежный метод определения генетических вариаций, но и потому, что она рентабельна и позволяет исследователям секвенировать целые геномы от нескольких дней до недель. Это можно сравнить с предыдущими методами, которые могли занять месяцы. Секвенирование следующего гена включает в себя секвенирование всего экзома и всего генома . [6]
Секвенирование всего экзома
Было предложено секвенирование экзома человека, а не всего его генома, как более экономичный и эффективный способ диагностики редких генетических нарушений. [7] Также было обнаружено, что он более эффективен, чем другие методы, такие как кариотипирование и микроматрицы . [8] Это различие во многом связано с тем, что фенотипы генетических нарушений являются результатом мутировавших экзонов. Кроме того, поскольку экзом составляет лишь 1,5% от общего генома, этот процесс более экономичный и быстрый, поскольку включает секвенирование около 40 миллионов оснований, а не 3 миллиардов пар оснований, составляющих геном. [9]
Секвенирование всего генома
С другой стороны, было обнаружено, что секвенирование всего генома позволяет получить более полное представление о вариантах в ДНК по сравнению с секвенированием всего экзома . В частности, для вариантов с одним нуклеотидом секвенирование всего генома более эффективно и чувствительно, чем секвенирование всего экзома при обнаружении потенциально вызывающих заболевание мутаций внутри экзома. [10] Следует также иметь в виду, что некодирующие области могут участвовать в регуляции экзонов, составляющих экзом, и поэтому секвенирование всего экзома может быть неполным, чтобы показать все последовательности, участвующие в формировании экзома. .
Этические соображения
Некоторые утверждали, что при любой форме секвенирования , секвенирования всего экзома или секвенирования всего генома такая практика должна осуществляться с учетом медицинской этики. В то время как врачи стремятся сохранить автономию пациента, при секвенировании у лабораторий сознательно предлагается изучить генетические варианты, которые могут быть совершенно не связаны с текущим состоянием пациента и потенциально могут выявить результаты, которые не были получены намеренно. Кроме того, предполагалось, что такое тестирование подразумевает формы дискриминации в отношении определенных групп из-за наличия определенных генов, что в результате создает возможность стигмы или негативного отношения к этой группе. [11]
Заболевания и диагнозы
Редкие мутации, влияющие на функцию основных белков, составляют большинство менделевских заболеваний . Кроме того, подавляющее большинство болезнетворных мутаций в менделевских локусах можно обнаружить в кодирующей области. [5] С целью поиска методов наилучшего обнаружения вредных мутаций и успешной диагностики пациентов исследователи ищут в экзоме ключи, которые помогут в этом процессе.
Секвенирование всего экзома - это новейшая технология, которая привела к открытию различных генетических нарушений и повысила частоту диагностики пациентов с редкими генетическими нарушениями. В целом секвенирование всего экзома позволило поставщикам медицинских услуг диагностировать 30–50% пациентов, у которых, как считалось, были редкие менделевские расстройства. [ необходима цитата ] Было высказано предположение, что секвенирование всего экзома в клинических условиях имеет много неизученных преимуществ. Экзом может не только улучшить наше понимание генетических паттернов, но и в клинических условиях может изменить лечение пациентов с редкими и ранее неизвестными заболеваниями, что позволяет врачам разрабатывать более целенаправленные и персонализированные вмешательства. [12]
Например, синдром Барттера , также известный как нефропатия с потерей соли, является наследственным заболеванием почек, характеризующимся гипотонией (низкое кровяное давление), гипокалиемией (низким содержанием калия) и алкалозом (высоким pH крови), приводящим к мышечной усталости и различным уровням смертельного исхода. [13] Это пример редкого заболевания, поражающего менее одного человека на миллион, на пациентов которого положительно повлияло секвенирование всего экзома. Благодаря этому методу пациенты, у которых раньше не обнаруживались классические мутации, связанные с синдромом Барттера, были официально диагностированы с ним после того, как было обнаружено, что болезнь имеет мутации за пределами интересующих локусов. [5] Таким образом, они смогли получить более целенаправленное и продуктивное лечение болезни.
Большое внимание при секвенировании экзома в контексте диагностики заболеваний уделяется белкам, кодирующим аллели «потери функции». Однако исследования показали, что будущие достижения, которые позволят изучать некодирующие области внутри и вне экзома, могут привести к дополнительным возможностям в диагностике редких менделевских расстройств. [14] ExoME является частью генома , состоящего из экзонов , последовательности , которые при транскрипции, остаются в пределах зрелой РНК после того, как интроны удаляются путем сплайсинга РНК и вносят вклад в конечный продукт белка , кодируемого этого гена. Он состоит из всей ДНК, которая транскрибируется в зрелую РНК в клетках любого типа, в отличие от транскриптома , который представляет собой РНК, которая была транскрибирована только в определенной клеточной популяции. Экзом генома человека состоит примерно из 180000 экзонов, составляющих около 1% всего генома , или около 30 мегабаз ДНК . [15] Хотя мутации в экзоме составляют очень небольшую часть генома , предполагается, что они содержат 85% мутаций , оказывающих большое влияние на болезнь. [16] [17] Секвенирование экзома оказалось эффективной стратегией для определения генетической основы более двух десятков менделевских заболеваний или нарушений одного гена . [18]
Смотрите также
- Кодирующая нить
- Секвенирование экзома
- Структура гена
- Некодирующая ДНК
- Некодирующая РНК
- Транскриптом
- Транскриптомика
Рекомендации
- ^ Bamshad MJ, Ng С.Б., Bigham AW, Табор HK, Emond MJ, Nickerson Д.А., Shendure J (сентябрь 2011). «Секвенирование экзома как инструмент для открытия генов болезни Менделя». Природа Обзоры Генетики . 12 (11): 745–55. DOI : 10.1038 / nrg3031 . PMID 21946919 .
- ^ Сахаркар МК, Чоу В.Т., Кангуане П. (2004). «Распределение экзонов и интронов в геноме человека». В биологии Silico . 4 (4): 387–93. PMID 15217358 .
- ^ Вентер Дж. К., Адамс, доктор медицины, Майерс Э. У., Ли П. У., Фреска Р. Дж., Саттон Г. Г. и др. (Февраль 2001 г.). «Последовательность генома человека» . Наука . 291 (5507): 1304–51. Bibcode : 2001Sci ... 291.1304V . DOI : 10.1126 / science.1058040 . PMID 11181995 .
- ^ Нг С.Б., Тернер Э.Х., Робертсон П.Д., Флайгар С.Д., Бигхэм А.В., Ли С. и др. (Сентябрь 2009 г.). «Целенаправленный захват и массовое параллельное секвенирование 12 экзомов человека» . Природа . 461 (7261): 272–6. Bibcode : 2009Natur.461..272N . DOI : 10,1038 / природа08250 . PMC 2844771 . PMID 19684571 .
- ^ а б в Чой М., Шолл 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. Bibcode : 2009PNAS..10619096C . DOI : 10.1073 / pnas.0910672106 . PMC 2768590 . PMID 19861545 .
- ^ «Что такое секвенирование всего экзома и секвенирование всего генома?» . Домашний справочник по генетике . Национальная медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения, Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 7 ноября 2019 .
- ^ Ян Ю., Музны 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. DOI : 10.1056 / NEJMoa1306555 . PMC 4211433 . PMID 24088041 .
- ^ Эдельсон П.К., Дугофф Л., Бромли Б. (01.01.2019). «Глава 11 - Генетическая оценка сонографических аномалий плода». В Norton ME, Kuller JA, Dugoff L (ред.). Перинатальная генетика . Только репозиторий контента !. С. 105–124. ISBN 9780323530941.
- ^ Nagele P (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 . PMC 3980570 . PMID 24195944 .
- ^ Белкади А., Больце А., Итан Й., Кобат А., Винсент К. Б., Антипенко А. и др. (Апрель 2015 г.). «Секвенирование всего генома более эффективно, чем секвенирование всего экзома для обнаружения вариантов экзома» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (17): 5473–8. Bibcode : 2015PNAS..112.5473B . DOI : 10.1073 / pnas.1418631112 . PMC 4418901 . PMID 25827230 .
- ^ Гафф CL, Macciocca I (01.01.2016). «Глава 15 - Геномная перспектива генетического консультирования». В Kumar D, Antonarakis S (ред.). Медицина и геномика здоровья . Академическая пресса. С. 201–212. DOI : 10.1016 / b978-0-12-420196-5.00015-0 . ISBN 9780124201965.
- ^ Zhu X, Petrovski S, Xie P, Ruzzo EK, Lu YF, McSweeney KM, et al. (Октябрь 2015 г.). «Секвенирование всего экзома при невыявленных генетических заболеваниях: интерпретация 119 трио» . Генетика в медицине . 17 (10): 774–81. DOI : 10.1038 / gim.2014.191 . PMC 4791490 . PMID 25590979 .
- ^ «Синдром Барттера» . Домашний справочник по генетике . Национальная медицинская библиотека, Национальные институты здравоохранения, Министерство здравоохранения и социальных служб США . Проверено 19 ноября 2019 .
- ^ Фрезар Л., Монтгомери С.Б. (декабрь 2018 г.). «Диагностика редких заболеваний по экзому» . Молекулярные исследования Колд-Спринг-Харбор . 4 (6): а003392. DOI : 10.1101 / mcs.a003392 . PMC 6318767 . PMID 30559314 .
- ^ Нг С.Б., Тернер Э.Х., Робертсон П.Д., Флайгар С.Д., Бигхэм А.В., Ли С. и др. (Сентябрь 2009 г.). «Целенаправленный захват и массовое параллельное секвенирование 12 экзомов человека» . Природа . 461 (7261): 272–6. Bibcode : 2009Natur.461..272N . DOI : 10,1038 / природа08250 . PMC 2844771 . PMID 19684571 .
- ^ Сулейман С.Х., Коко М.Э., Насир У.Х., Эльфатех О., Эльгизули Великобритания, Абдалла М.О. и др. (2015). «Секвенирование экзома семейства колоректального рака выявляет общие паттерны мутаций и схемы предрасположенности вдоль опухолевых путей» . Границы генетики . 6 : 288. DOI : 10,3389 / fgene.2015.00288 . PMC 4584935 . PMID 26442106 .
- ^ Чой М., Шолл 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. Bibcode : 2009PNAS..10619096C . DOI : 10.1073 / pnas.0910672106 . PMC 2768590 . PMID 19861545 .
- ^ Бамшад MJ, Ng SB, Bigham AW, Tabor HK, Emond MJ, Nickerson DA, Shendure J (сентябрь 2011 г.). «Секвенирование экзома как инструмент для открытия генов болезни Менделя». Природа Обзоры Генетики . 12 (11): 745–55. DOI : 10.1038 / nrg3031 . PMID 21946919 .