геном людини
Графічне представлення нормального людського каріотипу.
Геном людини - сукупність спадкового матеріалу, укладеного в клітці людини. Людський геном складається з 23 пар хромосом. знаходяться в ядрі. а також мітохондріальної ДНК. Двадцять дві аутосоми. дві статеві хромосоми Х і Y, а також мітохондріальна ДНК людини містять разом приблизно 3,1 млрд пар основ [1].
В ході виконання проекту «Геном людини» була визначена послідовність ДНК всіх хромосом і мітохондріальної ДНК. В даний час ці дані активно використовуються по всьому світу в біомедичних дослідженнях. Повний секвенування виявило, що людський геном містить 20-25 тис. Активних генів [2]. що значно менше, ніж очікувалося на початку проекту (близько 100 тис.) - тобто тільки 1,5% всього генетичного матеріалу кодує білки або функціональні РНК. Інша частина є некодирующей ДНК, яку часто називають сміттєвої ДНК [3].
Геном людини складається з 23 пар хромосом (в сумі 46 хромосом), де кожна хромосома містить сотні генів. розділених міжгенних простором. Міжгенних простір містить регуляторні ділянки і нічого не кодує ДНК.
У геномі присутня 23 пари хромосом. 22 пари аутосомних хромосом, а також пара статевих хромосом X і Y. У людини чоловіча стать є гетерогаметним і визначається наявністю Y хромосоми. Нормальні диплоїдні соматичні клітини мають 46 хромосом.
Попередні оцінки припускали наявність в геномі людини понад 100 тисяч генів. За результатами проекту «Геном людини» кількість генів, а точніше відкритих рамок зчитування. склало близько 28 000 генів. У зв'язку з удосконаленням методів пошуку (передбачення) генів передбачається подальше зменшення числа генів.
Число генів людини ненабагато перевершує число генів у більш простих організмів. наприклад, круглого хробака Caenorhabditis elegans або мухи Drosophila melanogaster. Так відбувається через те, що в людському геномі широко представлений альтернативний сплайсинг. Альтернативний сплайсинг дозволяє отримати кілька різних білкових ланцюжків з одного гена. В результаті людський протеом виявляється значно більше протеома розглянутих організмів. Більшість людських генів мають множинні екзонів. і інтрони часто виявляються значно довшими, ніж граничні екзонів в гені.
Гени нерівномірно розподілені по хромосомах. Кожна хромосома містить багаті і бідні генами ділянки. Ці ділянки корелюють з хромосомними бендами (смуги поперек хромосоми, які видно в мікроскоп) і з CG-багатими ділянками. На даний момент значимість такого нерівномірного розподілу генів не цілком вивчена.
Крім генів, що кодують білки, людський геном містить тисячі РНК-генів. включаючи транспортну РНК (tRNA), рибосомну РНК, мікроРНК та інші не кодують білок РНК послідовності.
У цьому розділі не вистачає посилань на джерела інформації.
регуляторні послідовності
У людському геномі знайдено безліч різних послідовностей, що відповідають за регуляцію гена. Під регулюванням розуміється контроль експресії гена (процес побудови матричної РНК по ділянці молекули ДНК). Зазвичай це короткі послідовності, що знаходяться або поруч з геном, або всередині гена. Іноді вони знаходяться на значній відстані від гена (енхансери). Систематизація цих послідовностей, розуміння механізмів роботи, а також питання взаємної регуляції групи генів групою відповідних ферментів на поточний момент знаходяться тільки на початковій стадії вивчення. Взаємна регуляція груп генів описується за допомогою мереж регуляції генів. Вивчення цих питань знаходиться на стику декількох дисциплін: прикладної математики. високопродуктивних обчислень і молекулярної біології. Знання з'являються з порівнянь геномів різних організмів і завдяки досягненням в області організації штучної транскрипції гена в лабораторних умовах.
Ідентифікація регуляторних послідовностей в людському геномі частково була проведена на основі еволюційної консервативності (властивості збереження важливих фрагментів хромосомної послідовності, які відповідають приблизно однієї і тієї ж функції). Згідно деякої гіпотези, в еволюційному дереві гілку, що розділяє людину і миша, з'явилася приблизно 70-90 мільйонів років тому [4]. Для двох геномів комп'ютерними методами були виявлені консервативні послідовності (послідовності ідентичні або дуже слабо відрізняються в порівнюваних геномах) в не кодують частини і виявилося, що вони беруть активну участь в механізмах регуляції генів для обох організмів [5].
Інший підхід отримання регуляторних послідовностей заснований на порівнянні генів людини і риби фугу. Послідовності генів і регуляторні послідовності у людини і риби фугу істотно схожі, проте геном риби фугу містить в 8 разів менший обсяг «сміттєвої ДНК». Така «компактність» риб'ячого генома дозволяє значно легше шукати регуляторні послідовності для генів [6].
Інші об'єкти в геномі
Кодують білок послідовності (безліч послідовностей складових екзонів) складають менше ніж 1,5% геному [3]. Не враховуючи відомі регуляторні послідовності, в людському геномі міститься маса об'єктів, які виглядають як щось важливе, але функція яких, якщо вона взагалі існує, на поточний момент не з'ясована. Фактично ці об'єкти займають до 97% всього обсягу людського генома. До таких об'єктів належать:
Представлена класифікація не є вичерпною. Велика частина об'єктів взагалі не класифікована світовою науковою спільнотою на поточний момент.
Відповідні послідовності, швидше за все, є еволюційним артефактом. У сучасній версії генома їх функцію вимкнено, і на ці ділянки генома багато хто посилається як на «сміттєву ДНК». Однак існує безліч свідчень, яка говорить про те, що ці об'єкти мають деякою функцією, яка не цілком зрозуміла на поточний момент.
псевдогени
Експерименти з ДНК-мікрочіпами показали, що багато ділянок геному, які не є генами, залучені в процес транскрипції [7].
Близько 1% в геномі людини займають вбудовані гени ретровірусів (ендогенні ретровіруси). Ці гени зазвичай не приносять користі господареві, але існують і винятки. Так, близько 43 млн років тому в геном предків мавп і людини потрапили ретровірусних гени, що служили для побудови оболонки вірусу. У людини і мавп ці гени беруть участь в роботі плаценти.
Більшість ретровірусів прилаштувалися в геном предків людини понад 25 млн років тому. Серед молодших людських ендогенних ретровірусів корисних на даний момент не виявлено [8] [9].