Прогнозирование in silico изменения структуры белков, транскрибирующихся в полиморфных локусах NRY

РЕФЕРАТ……………………………………………………………………… 2

ОГЛАВЛЕНИЕ………………………………………………………………... 3

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ…………………..……………………. 4
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………. 4

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………
8

1.1 Структура Y-хромосомы человека……………………………………….. 8

1.2 Влияние SNP на функциональность генов……………………………….. 9

1.3 Гены NRY…………………………………………………………………..
11

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ…………………………………………………
19
2.1. Биоинформационный анализ некодирующих последовательностей… 19
2.2 Базы данных………………………………………………………………..
19
2.3 Инструменты, прогнозирующие уровень значимости SNP……………..
22
2.4 Проверка предсказанных значимых SNP…………………………………
22

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ………………………………………….
23

3.1 Результаты прогнозирования PolyPhen2, Provean…….………………… 23
3.2 Биоинформатический анализ значимых SNP с помощью программ Polyphen2, PROVEAN .......................................................................................
46
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………… 49

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………… 50

Весь текст будет доступен после покупки

С момента открытия механизма формирования пола долгое время считалось, что Y-хромосома является бедной на гены и представляет собой "атавизм". Однако с развитием методов молекулярной генетики эта концепция была пересмотрена. В 2001 году, с публикацией данных проекта "Геном человека", было установлено, что Y-хромосома содержит около 156 транскрипционно-активных единиц, включая 78 белок-кодирующих генов. Несмотря на огромную научную ценность секвенирования генома человека, полное понимание механизмов работы генома еще не было достигнуто.
Человек, как все остальные организмы, эволюционно приспособлен к существованию в воздушной среде с 21 % содержанием кислорода. Но в отличие от молекулярного кислорода, активные формы кислорода (АФК) способны индуцировать мутации в клетках, в том числе сперматогониях и сперматозоидах (Гуськов, Шкурат, 1985; Гуськов и др., 1990; Wang et al., 2013).
Врачебное решение на основе диагностики полиморфных локусов (SNP) в геноме пациента нацелено на выяснение дифференциального диагноза и превентивные методы, те в целом на его здоровье, качество и продолжительность жизни, то необходимо проводить поиск клинически значимых SNP-маркеров. Практическая оценка влияния каждого из 10 миллиардов однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) на патогенез более 50 тысяч человеческих заболеваний является дорогостоящей и длительной задачей. Однако клиническая проверка всех SNP не требуется, так как большинство однонуклеотидных мутаций являются нейтральными (синонимическими, незначимыми), что подтверждается гипотезой раскачки (wobble hypothesis), предложенной Фрэнсисом Криком. Объективный, быстрый и целенаправленный отбор клинически значимых SNP можно осуществить с помощью биоинформатического выявления абсолютного большинства нейтральных SNP. Хотя точность биоинформатических прогнозов для SNP пока не достигла уровня, необходимого для клинической практики, наилучшие результаты были получены для SNP, находящихся в белок-кодирующих частях генов. Значительно меньше исследованы SNP, расположенные в некодирующих участках ДНК и регуляторных областях генов, влияющих на уровень транскрипции.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Структура Y-хромосомы человека
Y-хромосома- самая маленькая в геноме человека, её размер, составляющий порядка 51 млн пар оснований, занимает всего около 1,6 % гаплоидного генома. Имеет акроцентрическую структуру (рис. 1)

Рисунок 1. Структура и гены Y-хромосомы (из Lahn et al., 2001)
На рисунке 1 слева показаны гены, не имеющие гомологов на X-хромосоме. Справа представлены гены, которые имеют гомологи на Х-хромосоме. Эухроматиновые области обозначены светло-серым цветом, а гетерохроматиновые — тёмно-серым. Гены, которые указаны чёрным, экспрессируются в семенниках, а гены, окрашенные серым, экспрессируются либо в специфических тканях, таких как AMELY и PCDHY, либо во всех типах тканей организма.
Эухроматиновые области занимают около 23 миллионов пар оснований, а оставшаяся часть составляет гетерохроматиновый блок в дистальном участке длинного плеча. Длина этого плеча может значительно варьироваться у разных людей (International Human Genome Sequencing Consortium, 2001; Tilford et al., 2001). Y-хромосома выполняет несколько ключевых биологических функций, особенно связанных с определением пола и мужской репродуктивной функцией: Определение мужского пола(SRY (Sex-determining Region Y): Ключевой ген, который инициирует процесс формирования мужского пола. Он активирует другие гены, ведущие к развитию мужских половых органов, таких как тестикулы). Мужская фертильность (USP9Y (Ubiquitin Specific Peptidase 9, Y-linked): Связан с регуляцией уровня белков, необходимых для нормального развития и функционирования сперматозоидов)
Эухроматиновая часть Y-хромосомы состоит из трех частей: псевдоаутосомальный регион 1 (PAR1), расположенный в дистальной части p-плеча и содержащий последовательности, гомологичные PAR1 X-хромосомы, и псевдоаутосомальный регион 2 (PAR2) в дистальной части q-плеча. PAR1 и PAR2 включают около 2600 и 320 тысяч пар оснований соответственно. Эти псевдоаутосомальные регионы могут вступать в кроссинговер с PAR1 и PAR2 X-хромосомы во время мейоза.
Специфическая для Y-хромосомы область, известная как Male-specific region of Y (MSY), ограничена псевдоаутосомальными регионами PAR1 и PAR2. Последовательности MSY делятся на три класса: X-транспозированные, X-дегенерированные и ампликоновые. Ампликоновая часть MSY включает восемь палиндромных регионов — два на коротком плече и шесть на длинном плече Y-хромосомы, составляющие 5,7 миллионов пар оснований, или около четверти всего эухроматина MSY. Длина плеч палиндромов варьируется от 9 тысяч до 1,45 миллионов пар оснований, разделённых уникальными для каждого палиндрома спейсерами длиной от 2 до 170 тысяч пар оснований. Идентичность плеч палиндромов составляет около 99,94-99,997%. Шесть из восьми палиндромов содержат кодирующие гены, экспрессирующиеся в яичках. Кроме того, палиндромы содержат по меньшей мере семь семейств некодирующих транскрипционных единиц, которые экспрессируются исключительно или преимущественно в яичках (Skaletsky et al., 2003). Общая длина белок-кодирующих последовательностей составляет около 3 360 000 пар оснований. Самым длинным геном является PCDH11Y (74 тысячи пар оснований), а самым коротким – VCY1B (736 пар оснований). Долгое время считалось, что Y-хромосома содержит мало генов и генетических маркеров, кроме SRY, который является основным, и лишь небольшое количество генов, участвующих в сперматогенезе (Tiepolo, Zuffardi, 1976). Однако в последние годы было открыто множество Y-сцепленных генов, многие из которых участвуют в фундаментальных клеточных процессах. На сегодняшний день на Y-хромосоме локализовано 176 транскрипционно-активных единиц, из которых 98 являются белок-кодирующими генами, и 78 из них расположены в неперекрывающейся области Y-хромосомы (NRY). Из этих генов 18 являются однокопийными, а 60 принадлежат к множественным копиям девяти семейств (Skaletsky et al., 2003). Эти 18 уникальных и 9 многокопийных генов составляют 27 функционально-активных единиц, включающих гены транскрипционных и трансляционных факторов, РНК-связывающих белков, ферментов, и белковых компонентов хроматина (Arnemann et al., 1987; Fisher et al., 1990; Ma et al., 1993; Lahn, Page, 1997, 1999, 2000; Jobling, Tyler-Smith, 2000, 2003; Lahn et al., 2001). Многие гены Y-хромосомы имеют гомологи на X-хромосоме. По спектру экспрессии гены Y-хромосомы делятся на три группы. Значительная часть, включая SRY, экспрессируется только в семенниках. Большинство таких генов многокопийны и специфичны для Y-хромосомы. Существуют 9 семейств таких генов, количество членов которых варьируется от двух (VCY, XKRY, HSFY, PRY), трёх (BPY2), четырёх (CDY, DAZ), шести (RBMY) и до 35 (TSPY). Однако число копий генов может различаться в различных популяциях (Skaletsky et al., 2003).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
2. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A., Ploegh, H., Matsudaira, P., & Darnell, J. (2016). Molecular Cell Biology (8th ed.). W. H. Freeman.
3. Branden, C., & Tooze, J. (1999). Introduction to Protein Structure (2nd ed.). Garland Science.
4. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5th ed.). Wiley.
5. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Stryer, L. (2015). Biochemistry (8th ed.). W. H. Freeman.
6. Fersht, A. (2017). Structure and Mechanism in Protein Science: A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding (3rd ed.). W. H. Freeman.
7. Gasteiger, E., Hoogland, C., Gattiker, A., Duvaud, S., Wilkins, M. R., Appel, R. D., & Bairoch, A. (2005). Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server. In Walker, J. M. (Ed.), The Proteomics Protocols Handbook (pp. 571-607). Humana Press.
8. Bairoch, A., & Apweiler, R. (2000). The SWISS-PROT protein sequence database and its supplement TrEMBL. Nucleic Acids Research, 28(1), 45-48.
9. Benson, D. A., Karsch-Mizrachi, I., Lipman, D. J., Ostell, J., & Wheeler, D. L. (2005). GenBank. Nucleic Acids Research, 33(Database Issue), D34-D38.
10. Berman, H. M., Westbrook, J., Feng, Z., Gilliland, G., Bhat, T. N., Weissig, H., Shindyalov, I. N., & Bourne, P. E. (2000). The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research, 28(1), 235-242.
11. Ashburner, M., Ball, C. A., Blake, J. A., Botstein, D., Butler, H., Cherry, J. M., Davis, A. P., Dolinski, K., Dwight, S. S., Eppig, J. T., Harris, M. A., Hill, D. P., Issel-Tarver, L., Kasarskis, A., Lewis, S., Matese, J. C., Richardson, J. E., Ringwald, M., Rubin,

Весь текст будет доступен после покупки