<<
>>

Функциональная геномика

В то время как основные задачи геномики ограничиваются иссле­дованиями структуры генома, идентификацией генов, исследованиями мутаций и полиморфизма и другими аспектами «анатомии» генома, функциональная геномика сосредоточена на изучении проблем ра­боты генома.

Отсюда такие новые направления геномики: транскрип- томика — масштабный анализ мРНК для выяснения того, когда, где и при каких условиях транскрибируются (считываются) гены; протео- мика — исследование синтеза и функции белков; структурная гено­мика — исследование 3-мерной структуры белка (белков) для более полного понимания его (их) функций [117].

По мере стремительного увеличения числа известных генов, все более очевидным становится недостаток имеющихся данных об их фун­кциях, о функциональной значимости тех белков, которые они кодиру­ют. Из более 20 тысяч генов, уже идентифицированных на физической карте генома человека, на сегодняшний день функционально изучены не более 10 -11 тысяч (табл. 1.1). Что они делают? Каковы функции остальных генов — совершенно неизвестно.

Методы направленного мутагенеза эмбриональных стволовых кле­ток с целью получения биологических моделей наследственных болез­ней — лабораторных животных (мышей) [86]; создание банков кДНК различных тканей и органов на разных стадиях онтогенеза; разработка методов изучения функций участков ДНК, не кодирующих белки; раз­витие новых технологий, позволяющих проводить сравнительный ана­лиз экспрессии многих тысяч генов — вот существующие подходы для идентификации новых генов и выяснения их функций [230, 764].

Предполагается, что в ходе создания полного генного портрета че­ловека будет идентифицировано примерно 200 -300 тысяч белков (один ген принципиально может обеспечивать синтез нескольких разных бел­ков). Выяснить появление таких белков в онтогенезе, исследовать «экс­прессионный профиль» тысяч генов с целью мониторинга состояния клеток и тканей в норме и при различных заболеваниях — центральная задача функциональной геномики в уже наступившую постгеномную эру [117].

Решение ее непосредственно связано с проблемами молеку­лярной медицины (см. 1.2.5), с появлением и развитием новой синтети­ческой медицины, представляющей собой сплав геномики и протеоми- ки (см. Заключение).

Как было установлено еще в «юбилейном» варианте генома чело­века (табл. 1.2), только 1,2 % всей последовательности ДНК кодирует структуру всех белков организма. Еще 15-30 % приходится на ДНК, транскрибируемую только до РНК. Последняя регулирует активность генов и хромосом, обеспечивает процесс трансляции — передачу ин­формации с информационных РНК на аминокислотную последо­вательность полипептидных цепей, синтезируемых на рибосомах.

Наряду с этим, около 50 % ДНК генома представлено повторяющимися последовательностями различной протяженности. Это так называемые «факультативные элементы генома» [471]. Последние включают высоко­повторяющиеся фрагменты ДНК гетерохроматина, вирусоподобные по своей структуре мобильные элементы (транспозоны), а также короткие 1-13 п. о. — микросателлитные и более протяженные (14-500 п. о.) — минисателлитные ДНК-повторы. Функции этой факультативной ДНК окончательно не известны. В конце 2002 года при сравнительном ком­пьютерном анализе геномов человека и лабораторной мыши было сде­лано поразительное открытие, позволившее предположить, что именно в повторяющихся последовательностях геномной ДНК закодирована ин­формация, обеспечивающая всю программу индивидуального развития, то есть всю партитуру «симфонии жизни», проигрываемой на молекуле ДНК. Не исключено, что многие из таких «факультативных элементов генома» ответственны за синтез малых «ядерных» РНК, так называемых микроРНК типа или з1ИКА, регулирующих работу многих генов

[114, 394]. Важная роль транспозонов в эволюции генома и регуляции функции генов является предметом активного изучения [774]. В настоя­щее время налажено коммерческое производство наборов коротких РНК, пригодных для направленного выключения работы (экспрессии) самых различных генов человека и биологических моделей (мыши, крысы).

Та­кие наборы имеют значение не только для научных исследований, но и для практического применения в медицине, прежде всего в онкологии, а также для лечения некоторых наследственных болезней [БирегАггау В^шепсе — www.superarray.com].

Возможность направленной регуляции функции генов с помощью коротких РНК представляется особенно важной уже сегодня, когда до­статочно хорошо разработана и уже используется технология экспрес­сионных чипов, позволяющая количественно оценивать экспрессионные профили всех генов, работающих в разных тканях и органах [764].

Другие важные новации последних лет, непосредственно относя­щиеся к функциональной геномике, касаются расшифровки функцио­нального (эпигенетического) кода для каждой ткани развивающегося зародыша и органа. На молекулярном уровне это означает исследование особенностей метилирования/деметилирования ДНК (инактивации/ активации генов) и создание соответствующих «экспрессионных карт генов» для разных тканей на разных стадиях развития организма. Такой научный проект, финансируемый в рамках стран Европейского сообщес­тва, уже реализуется (EU — funded Human Epigenome Project) [326].

В области функциональной геномики заслуживает внимания со­общение об открытии так называемого «гистонового» кода, помимо уже известных генетического и эпигенетического кодов. Гистоновый код определяет включение и выключение отдельных генов и целых ДНК-локусов путем изменения их химической структуры (фосфорили­рования, ацетилирования, метилирования) гистонов — низкомолеку­лярных белков, обеспечивающих компактизацию нити ДНК, ее струк­турно-функциональное состояние [579].

Таким образом, расшифровка первичной молекулярной структуры генома человека не только существенно расширила наши представ­ления о природе этого универсального носителя наследственной информации, но и привела к новым открытиям, принципиально из­менившим наши представления о его структурно-функциональной организации.

<< | >>
Источник: БарановВ.С.. Генетический паспорт — основа индивидуальной и предик­тивной медицины / Под ред. В. С. Баранова. — СПб.: Изд-во Н-Л,2009. — 528 с.: ил.. 2009

Еще по теме Функциональная геномика:

  1. Функциональные методы
  2. Функциональная блокада
  3. Функциональная блокада
  4. Функциональные пробы
  5. Функциональные пробы
  6. Механизм развития функциональной блокады
  7. Механизм развития функциональной блокады
  8. Глава 13. Функциональные и вегетативно-обусловленные изменения электрокардиограммы
  9. Сущность понятия «функциональное состояние мозга»
  10. ДОШИ — ВНУТРЕННИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РАЗУМ
  11. Глава6 НЕЙРОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МОЗГА
  12. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГРУППЫ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
  13. ГИПЕРКИНЕЗЫ ПРИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ