Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Вячеслав Тарантул

С другой стороны, трудно себе представить, что кто-то, покупая многотомное издание, приобретет какой-то том в двойном количестве. Иногда при издании книг в результате типографических ошибок значительная часть текста повторяется несколько раз, что, безусловно, плохо характеризует издательство и вызывает раздражение у читателя. Такое же «раздражение» возникает и в клетках организма при появлении в нем изредка в силу тех или других причин большего числа томов-хромосом, чем в норме. Вроде бы ничего страшного не произошло — просто определенная информация дублировалась. Но и это чаще всего приводит к серьезным патологиям. Наиболее известная из них — болезнь Дауна, возникающая у людей, содержащих три хромосомы 21 (трисомия) вместо двух. Клинический синдром Клайнфелтера обусловлен трисомией XXY.

В таблице 5 приведены общие сведения о размерах молекул ДНК, содержащихся в отдельных хромосомах, суммарном числе генов в каждой из хромосом и количестве генов, которые к настоящему времени ассоциированы с разнообразными патологиями человека, а также о числе снипсов, о которых мы уже упоминали выше.

Представленные в таблице 5 данные на сегодняшний день отражают хотя и довольно точную, но пока еще некую приближенную к абсолютной ситуацию (до сих пор имеются небольшие отличия при сравнении разных источников и разных баз данных). Предстоит еще полностью закончить секвенирование генома человека, затем необходимо найти и изучить функции всех генов и других элементов генома. Поэтому пока еще нельзя дать полную и окончательную характеристику всех томов Энциклопедии человека. Но тем не менее общий план уже ясен, уже выявлены некоторые хромосомо-специфические моменты, особенности устройства отдельных хромосом.

Одной из целей исследования генома человека являлось построение точной и подробной карты всех этих хромосом. Генетическая карта представляет собой схему, описывающую порядок расположения на хромосоме генов и других генетических элементов-маркеров, а также расстояние между ними. Карты генома, как и географические карты, можно строить в разном масштабе. Максимально возможный уровень разрешения, достигаемый на генетической карте, — один нуклеотид, т. е. одна буква молекулы ДНК. В таком варианте генетическая карта не менее точна, чем, скажем, химическая формула, алгоритм или чертеж. Но для изображения таких карт генома человека требуется несколько сотен тысяч книг.

На рис. 29 изображены карты всех хромосом человека в уменьшенном масштабе, позволяющем наглядно отразить ряд основных параметров, характерных для хромосом: распределение снипсов, распределение установленных и гипотетических генов, расположение повторов, а также количество ГЦ-пар нуклеотидов в разных участках. Если эти карты рассматривать по отдельности, то может сложиться впечатление, что они очень похожи. Но при детальном сравнении выясняется, что на самом деле они существенно отличаются. «Узоры» расположения разных элементов на представленных картах весьма индивидуальны для разных хромосом, их можно сравнить с папиллярными узорами пальцев, которые строго специфичны для каждого человека.

Таблица 5. Общая характеристика хромосом — Из базы данных Ensembl http://www.ensembl.org (октябрь 2002 г.)

Теперь дадим по отдельности краткие аннотации содержанию ДНКовых текстов человека, расположенных в 24 томах-хромосомах. Начнем по порядку, т. е. с самой большой хромосомы под номером 1.

Хромосома 1

Эта наибольшая по физическим размерам и по содержанию ДНК хромосома человека. На ее долю приходится почти 10% генома человека. Поскольку хромосома 1 самая большая, то вполне естественно, что в ней содержится больше всего генов и больше всего снипсов, то есть полиморфных участков. По последним оценкам число генов в этой хромосоме приближается к 3000. Гены и снипсы расположены неравномерно вдоль хромосомы, они практически отсутствуют в области центромеры.

Подавляющая часть снипсов концентрируется в трех участках хромосомы 1. В этой хромосоме имеется множество (порядка 160) генов, связанных с разнообразными заболеваниями человека. Многие из этих болезней едва ли знакомы читателю, но для тех, кто с ними столкнулся в жизни, они являются как правило очень большой бедой. Перечислим лишь некоторые из них, связанные с генами хромосомы 1: болезнь Альцгеймера, нейропатия–2а, болезнь Гоше, синдром Чедиака—Хигаси, рак протоков молочной железы, кардиомиопатия, катаракта, эктодермальная дисплазия, гипотироидизм, острая лимфобластная лейкемия, нейробластома, рак простаты, атеросклероз.

Хромосома 2

Это вторая по размерам хромосома. Наибольшая плотность снипсов имеется в районе центромеры, а вот повторы здесь практически отсутствуют. На единицу длины в ней содержится заметно меньше генов, чем в хромосоме 1 и ряде других хромосом. Тем не менее, число заболеваний, связанных с мутациями в генах этой хромосомы, достаточно большое. Вот некоторые из них: синдром Альстрема, голопрозенцефалия 2, дистрофия большеберцовой мышцы, аутосомно-рецессивная глухота–9, дистрофия мышц конечности 2b, рак прямой кишки, цистинурия, диабет, фиброматозис, гипотироидизм, ожирение, болезнь Паркинсона, тромбофилия, синдром Валленберга, синдром Гилберта и др.

Хромосома 3

Это еще одна довольно большая хромосома. В отличие от хромосомы 2 у нее в области центромеры содержится мало как снипсов, так и повторов. Наибольшее количество снипсов расположено ближе к концам этой хромосомы, а наибольшее число генов — на коротком плече. Гены, содержащиеся в этой хромосоме, связаны с более чем 90 различными заболеваниями, среди которых можно отметить такие, как кардиомиопатия, рак прямой кишки, колоректальный рак, диабет, гемолитическая анемия, гипокальцемия, миелоидный лейкоз, В-клеточная лимфома, миотоническая дистония, карцинома почки, шизофрения.

Хромосома 4

Гены, повторы и снипсы распределены в хромосоме 4 довольно равномерно (за исключением района центромеры, где все они представлены малым количеством). Подсчитано, что общее число генов здесь меньше, чем в среднем на единицу длины генома. Среди заболеваний, ассоциированных с мутацями в генах этой хромосомы, можно отметить такие, как дисфибриногенемия, болезнь Хантингтона, синдром Эллиса—Ван-Кревельда, гипохондроплазия, гипогонадизм, маннозидозис, болезнь Паркинсона, фенилкетонурия, синдром Ригера, острый иммунный дефицит, синдром Вольфрама, склонность к алкоголизму и др.

Хромосома 5

Большинство генов этой хромосомы сконцентрировано в двух областях длинного плеча и одном районе короткого ближе к его концу. Имеются два района, расположенных вокруг центромеры, обогащенные снипсами. C генами хромосомы 5 связан ряд тяжелых заболеваний: мегалопластическая анемия, колоректальный рак, капиллярная гемангиома, дистрофия роговицы, аутосомно-доминантная глухота, синдром Гарднера, болезнь Гиршспрунга, кетоацитоз, острая промиелоцитная лейкемия, мышечная дистрофия, миелодиспластический синдром, астма и др.

Хромосома 6

Плотность и генов и снипсов наибольшая в нескольких районах на коротком плече этой хромосомы, а вот повторы распределены вдоль хромосомы довольно равномерно (их мало только в области центромеры). C генами хромосомы 6 связан ряд патологий человека: диабет, спиноцеребральная атрофия, гемолитическая анемия, аргининемия, дислексия, гепатоцеллюлярная карцинома, лейкемия, множественная миелома, болезнь Паркинсона, тромбофилия, чувствительность к туберкулезу и др.

Хромосома 7

Плотность снипсов наибольшая в прицентромерной области длинного плеча этой хромосомы. А вот гены расположены довольно равномерно вдоль хромосомы, за исключением одного участка в середине длинного плеча, где содержится наибольшее их количество. Среди заболеваний, ассоциированных с генами хромосомы 7, можно отметить такие, как хронический грануломатоз, рак прямой кишки, кистозный фиброз, аутосомно-доминантная глухота, вялая кожа, эритремия, гемолитическая анемия, карликовость, фамильный гиперинсулинизм, врожденная миотония, остеопороз, панкреатит, трипсиногеновая недостаточность, болезнь коронарной артерии и др.

Хромосома 8

Большинство снипсов в этой хромосоме сконцентрировано на конце короткого плеча, а на конце длинного плеча имеется область, сильно обогащенная генами. Число генов, ассоциированных с заболеваниями, в хромосоме 8 относительно небольшое. Среди них имеются гены, мутации в которых приводят к таким заболеваниям, как хондросаркома, эпилепсия, гипотироидизм, синдром Пфаффера, восприимчивость к атеросклерозу, синдром Вернера, лимфома Беркитта, сфероцитоз и ряд других.