HAPLOTIP: METODE PROUČAVANJA, DIJAGNOZE, BOLESTI, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

Haplotip je područje genoma koje ima tendenciju da se naslijediti zajedno kroz više generacija; obično je sve na istom kromosomu. Haplotipovi su proizvod genetske povezanosti i ostaju netaknuti tijekom genetske rekombinacije.

Riječ "haplotip" potječe od kombinacije riječi "haploid" i riječi "genotip". "Haploid" se odnosi na stanice s jednim skupom kromosoma, a "genotip" se odnosi na genetsku strukturu organizma.

Shema raspodjele Y-kromosomskih haplotipova u azijskoj populaciji (Izvor: Moogalord via Wikimedia Commons) Slijedeći definiciju, haplotip može opisati par gena ili više koji su naslijeđeni zajedno na kromosomu od roditelja, ili može opisati kromosom koji je u potpunosti naslijeđen od roditelja, kao što je Y kromosom kod muškaraca.

Na primjer, kada haplotipi dijele gene za dva različita fenotipska znaka, poput boje kose i boje očiju, pojedinci koji posjeduju gen za boju kose također će posjedovati drugi gen za boju očiju.

Haplotipovi su jedno od alata koji se danas najčešće koriste za proučavanje rodoslovlja, za praćenje porijekla bolesti, za karakterizaciju genetske varijabilnosti i filogeografije populacija različitih vrsta živih bića.

Postoji više alata za proučavanje haplotipova, jedan od najčešće korištenih danas je "Haplotype map" (HapMap), što je web stranica koja omogućuje utvrđivanje koji su segmenti genoma koji su haplotipi.

Metode ispitivanja

Haplotipovi predstavljaju priliku za razumijevanje nasljeđivanja gena i njihovog polimorfizma. Otkrivanjem tehnike „Polimerne lančane reakcije“ (PCR) tehnika postignut je mnogo napretka u istraživanju haplotipova.

Trenutno postoje brojne metodologije za proučavanje haplotipova, neke od najistaknutijih su:

Sekvenciranje DNK i otkrivanje polimorfizama s jednim nukleotidom (SNPs)

Razvoj tehnologija slijeda sljedeće generacije predstavljao je veliki skok u proučavanju haplotipova. Nove tehnologije omogućuju otkrivanje varijacija do jedne baze nukleotida u određenim regijama haplotipa.

U bioinformatici se pojam haplotip koristi i za označavanje nasljeđivanja grupe pojedinačnih nukleotidnih polimorfizama (SNPs) u DNK sekvenci.

Kombinacijom programa bioinformatike s detekcijom haplotipa korištenjem slijeda sljedeće generacije, položaj, zamjena i učinak svake osnovne promjene u genomu populacije mogu se točno identificirati.

Mikrosateliti (SSRS)

Mikrosateliti ili SSRS potiču svoje ime od engleskog „S implementacija ponavljanja slijeda i ponavljanja kratkog tandema“. Ovo su kratki nukleotidni nizovi koji se uzastopno ponavljaju u području genoma.

Uobičajeno je pronaći mikrosatelite unutar nekodirajućih haplotipova, pa se detekcijom razlika u broju ponavljanja mikrosatelita mogu primijetiti različiti aleli u haplotipovima pojedinaca.

Molekularni mikrosatelitski markeri razvijeni su za otkrivanje bezbroj haplotipova, od spola biljaka poput papaje (Carica papaya), do otkrivanja ljudskih bolesti poput srpaste stanične anemije.

Pojačani polimorfizmi duljine fragmenta (AFLP)

Ova tehnika kombinira pojačavanje s PCR reakcijama s razgradnjom DNA s dva različita restrikcijska enzima. Tehnika otkriva polimorfne lokuse u haplotipima prema različitim mjestima cijepanja u slijedu DNK.

Da bismo bolje ilustrirali tehniku, zamislimo tri fragmenta tkanine iste duljine, ali izrezane na različitim mjestima (ti fragmenti predstavljaju tri fragmenta haplotipa pojačana PCR-om).

Dok se tkanina reže, dobit će se mnogo komada različitih veličina, jer se svaka tkanina reže na različitim mjestima. Poredajući fragmente prema vrsti tkanine iz koje dolaze, možemo vidjeti gdje se nalaze razlike između tkanina ili u haplotipovima.

Dijagnoze i bolesti

Važna prednost genetskog proučavanja haplotipova je ta što oni ostaju gotovo netaknuti ili nepromijenjeni tisućama generacija, a to omogućava identifikaciju udaljenih predaka i svake mutacije koje pojedinci doprinose razvoju bolesti.

Haplotipovi u čovječanstvu razlikuju se ovisno o rasama i na temelju toga prvo otkriveni su geni unutar haplotipova koji uzrokuju teške bolesti u svakoj ljudskoj rasi.

Projekt HapMap uključuje četiri rasne skupine: Europljani, Nigerijci, Yoruba, Han Kinezi i Japanci.

Na ovaj način, projekt HapMap može obuhvatiti različite skupine stanovništva i pratiti porijeklo i evoluciju mnogih nasljednih bolesti koje utječu na svaku od četiri rase.

Jedna od bolesti koja se najčešće dijagnosticira korištenjem haplotipske analize je anemija srpastih stanica kod ljudi. Ova se bolest dijagnosticira praćenjem učestalosti afričkih haplotipova u populaciji.

Budući da je bolest porijeklom iz Afrike, prepoznavanje afričkih haplotipova u populaciji olakšava pronalaženje ljudi koji imaju mutaciju u genetskom slijedu za beta globine u eritrocitima u obliku srpa (karakteristično za patologiju).

Primjeri

S haplotipovima se grade filogenetska stabla koja predstavljaju evolucijske odnose između svakog haplotipa pronađenog u uzorku homolognih molekula DNA ili iste vrste, u regiji koja ima malo ili nimalo rekombinacije.

Jedna od najgledanijih grana putem haplotipa je evolucija ljudskog imunološkog sustava. Haptotipovi koji kodiraju receptor nalik TOllu (ključna komponenta urođenog imunološkog sustava) identificirani su za genima Neandertalca i Denisovana.

To im omogućuje da prate kako su se genetski nizovi u "modernoj" ljudskoj populaciji promijenili od haplotipskih sekvenci koje odgovaraju "predačkim" ljudima.

Izgradnjom mreže genetskih odnosa iz mitohondrijskih haplotipova proučava se način na koji se efekt osnivača događa u vrstama, jer to omogućava znanstvenicima da utvrde kada su se populacije prestale razmnožavati među sobom i etablirale se kao zasebne vrste.

Raspodjela haplotipa R (Y-DNA) u domorodačkim populacijama (Izvor: Maulucioni, putem Wikimedia Commons) Raznolikost haplotipa koristi se za praćenje i proučavanje genetske raznolikosti životinja u zatočeništvu. Te se tehnike koriste posebno za vrste koje je u divljini teško nadzirati.

Životinjske vrste poput morskih pasa, ptica i velikih sisavaca poput jaguara, slonova, među ostalim, neprestano se genetski ocjenjuju mitohondrijskim haplotipovima kako bi se nadzirao genetski status populacije u zatočeništvu.

Reference

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Otkrivanje dijeljenja širokog haplotipa u genomu pomoću podataka SNP ili mikrosatelitskog haplotipa. Ljudska genetika, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Introgresija haplotipa sličnih neandertalcu i Denisovanu doprinosi adaptivnoj varijaciji u ljudskim receptorima nalik na cestarinu. Američki časopis za humanu genetiku, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & te Meerman, GJ (1996). Haplotip identiteta između pojedinaca koji imaju CFTR mutaciju alela "identičan po podrijetlu": demonstracija korisnosti koncepta dijeljenja haplotipa za mapiranje gena u stvarnoj populaciji. Ljudska genetika, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ i Dawkins, RL (1992). Nasljedni haplotipi: sačuvani populacija MHC haplotipovi. Ljudska imunologija, 34 (4), 242-252.
5. Suradnici, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., i Rozenberg, L. (2009, lipanj). Haplotip zaključivanje ograničen vjerodostojnim podacima o haplotipu. U Godišnjem simpoziju o podudarnom kombiniranju uzoraka (str. 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B.,… i Liu-Cordero, SN (2002). Struktura blokova haplotipa u ljudskom genomu. Znanost, 296 (5576), 2225-2229.
7. Međunarodni konzorcij HapMap. (2005). Halotipska karta ljudskog genoma. Priroda, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., i Wilding, C. (2018). Raznolikost mitohondrijske DNK haplotipe i podrijetlo zarobljenih morskih morskih tigrica (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Zaključivanje haplotipa za sadašnje odsutne podatke genotipa primjenom prethodno identificiranih haplotipova i haplotipnih obrazaca. Bioinformatika, 23 (18), 2399-2406.
10. Mladi, NS (2018). Aplastična anemija. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.