HAPLOTYP: UNTERSUCHUNGSMETHODEN, DIAGNOSEN, KRANKHEITEN, BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Ein Haplotyp ist eine Region des Genoms, die dazu neigt, über mehrere Generationen hinweg gemeinsam vererbt zu werden. Typischerweise befindet sich alles auf demselben Chromosom. Haplotypen sind das Produkt der genetischen Verknüpfung und bleiben während der genetischen Rekombination intakt.

Das Wort "Haplotyp" leitet sich aus einer Kombination des Wortes "Haploid" und des Wortes "Genotyp" ab. "Haploid" bezieht sich auf Zellen mit einem einzelnen Chromosomensatz und "Genotyp" bezieht sich auf die genetische Ausstattung eines Organismus.

Schema der Verteilung von Y-Chromosomen-Haplotypen in asiatischen Populationen (Quelle: Moogalord über Wikimedia Commons) Nach der Definition kann ein Haplotyp ein Paar von Genen oder mehr beschreiben, die zusammen von einem Elternteil auf einem Chromosom vererbt werden, oder Es kann ein Chromosom beschreiben, das vollständig von einem Elternteil geerbt wird, wie das Y-Chromosom bei Männern.

Wenn beispielsweise Haplotypen Gene für zwei verschiedene phänotypische Merkmale wie Haarfarbe und Augenfarbe gemeinsam haben, besitzen Personen, die das Gen für Haarfarbe besitzen, auch das andere Gen für Augenfarbe.

Haplotypen sind eines der heute am häufigsten verwendeten Instrumente zur Untersuchung der Genealogie, zur Verfolgung des Ursprungs von Krankheiten, zur Charakterisierung der genetischen Variabilität und der Phylogeographie von Populationen verschiedener Arten von Lebewesen.

Es gibt mehrere Werkzeuge zur Untersuchung von Haplotypen. Eines der heute am häufigsten verwendeten ist die "Haplotyp-Karte" (HapMap), eine Webseite, auf der ermittelt werden kann, welche Genomsegmente Haplotypen sind.

Studienmethoden

Haplotypen bieten die Möglichkeit, die Vererbung von Genen und ihren Polymorphismus zu verstehen. Mit der Entdeckung der PCR-Technik (Polymerase Chain Reaction) wurden große Fortschritte bei der Untersuchung von Haplotypen erzielt.

Derzeit gibt es zahlreiche Methoden zur Untersuchung von Haplotypen. Einige der herausragendsten sind:

DNA-Sequenzierung und Nachweis von Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs)

Die Entwicklung von Sequenzierungstechnologien der nächsten Generation war ein großer Sprung für die Untersuchung von Haplotypen. Neue Technologien ermöglichen den Nachweis von Variationen von bis zu einer einzelnen Nukleotidbase in bestimmten Regionen eines Haplotyps.

In der Bioinformatik wird der Begriff Haplotyp auch verwendet, um die Vererbung einer Gruppe von Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) in DNA-Sequenzen zu bezeichnen.

Durch die Kombination von Bioinformatikprogrammen mit der Haplotyperkennung mittels Sequenzierung der nächsten Generation können Position, Substitution und Wirkung jeder Basenänderung im Genom einer Population genau identifiziert werden.

Mikrosatelliten (SSRS)

Die Mikrosatelliten oder SSRS leiten ihren Namen von der englischen „Einfache Sequenzwiederholung und kurze Tandemwiederholung“ ab. Dies sind kurze Nukleotidsequenzen, die sich innerhalb einer Region des Genoms nacheinander wiederholen.

Es ist üblich, Mikrosatelliten in nicht-kodierenden Haplotypen zu finden, daher können durch den Nachweis von Variationen in der Anzahl der Mikrosatelliten-Wiederholungen die verschiedenen Allele in den Haplotypen von Individuen beobachtet werden.

Molekulare Mikrosatellitenmarker wurden zum Nachweis einer Vielzahl von Haplotypen entwickelt, von der Geschlechtsbestimmung von Pflanzen wie Papaya (Carica papaya) bis zum Nachweis menschlicher Krankheiten wie Sichelzellenanämie.

Amplifizierte Fragmentlängenpolymorphismen (AFLP)

Diese Technik kombiniert die Amplifikation mit PCR-Reaktionen mit dem Verdau von DNA mit zwei verschiedenen Restriktionsenzymen. Die Technik detektiert polymorphe Loci in Haplotypen gemäß den verschiedenen Spaltstellen in der DNA-Sequenz.

Stellen wir uns zur besseren Veranschaulichung der Technik drei Gewebefragmente gleicher Länge vor, die jedoch an verschiedenen Stellen geschnitten wurden (diese Fragmente repräsentieren drei PCR-amplifizierte Haplotypfragmente).

Wenn der Stoff geschnitten wird, werden viele Stücke unterschiedlicher Größe erhalten, da jeder Stoff an verschiedenen Stellen geschnitten wird. Indem wir die Fragmente nach der Art des Stoffes ordnen, aus dem sie stammen, können wir sehen, wo die Unterschiede zwischen den Stoffen oder in den Haplotypen gefunden werden.

Diagnosen und Krankheiten

Ein wichtiger Vorteil der genetischen Untersuchung von Haplotypen besteht darin, dass sie über Tausende von Generationen hinweg nahezu intakt oder unverändert bleiben. Dies ermöglicht die Identifizierung entfernter Vorfahren und jeder der Mutationen, die Individuen zur Entwicklung von Krankheiten beitragen.

Haplotypen in der Menschheit variieren je nach Rasse und basierend auf dieser ersten wurden Gene innerhalb der Haplotypen nachgewiesen, die bei jeder der menschlichen Rassen schwere Krankheiten verursachen.

Das HapMap-Projekt umfasst vier Rassengruppen: Europäer, Nigerianer, Yoruba, Han-Chinesen und Japaner.

Auf diese Weise kann das HapMap-Projekt verschiedene Bevölkerungsgruppen abdecken und den Ursprung und die Entwicklung vieler Erbkrankheiten verfolgen, die jede der vier Rassen betreffen.

Eine der am häufigsten mittels Haplotypanalyse diagnostizierten Krankheiten ist die Sichelzellenanämie beim Menschen. Diese Krankheit wird diagnostiziert, indem die Häufigkeit afrikanischer Haplotypen in einer Population verfolgt wird.

Da es sich um eine in Afrika beheimatete Krankheit handelt, können durch die Identifizierung afrikanischer Haplotypen in Populationen leicht Personen mit der Mutation in der genetischen Sequenz für Beta-Globine in sichelförmigen Erythrozyten (charakteristisch für die Pathologie) aufgespürt werden.

Beispiele

Mit Haplotypen werden phylogenetische Bäume konstruiert, die die evolutionären Beziehungen zwischen jedem der Haplotypen darstellen, die in einer Probe homologer DNA-Moleküle oder derselben Spezies in einer Region mit geringer oder keiner Rekombination gefunden wurden.

Einer der am besten untersuchten Zweige durch Haplotypen ist die Entwicklung des menschlichen Immunsystems. Für das Neandertaler- und Denisovan-Genom wurden Haplotypen identifiziert, die für den TOll-ähnlichen Rezeptor (eine Schlüsselkomponente des angeborenen Immunsystems) kodieren.

Auf diese Weise können sie verfolgen, wie sich genetische Sequenzen in "modernen" menschlichen Populationen von Haplotypsequenzen, die "angestammten" Menschen entsprechen, verändert haben.

Der Aufbau eines Netzwerks genetischer Beziehungen aus mitochondrialen Haplotypen untersucht, wie der Gründereffekt bei Arten auftritt, da Wissenschaftler so feststellen können, wann sich Populationen nicht mehr untereinander vermehren und sich als separate Arten etablieren.

Haplotyp R (Y-DNA) -Verteilung in einheimischen Populationen (Quelle: Maulucioni, über Wikimedia Commons) Die Haplotyp-Diversität wird verwendet, um die genetische Vielfalt von in Gefangenschaft gezüchteten Tieren zu verfolgen und zu untersuchen. Diese Techniken werden insbesondere für Arten verwendet, die in freier Wildbahn schwer zu überwachen sind.

Tierarten wie Haie, Vögel und große Säugetiere wie Jaguare, Elefanten usw. werden ständig durch mitochondriale Haplotypen genetisch bewertet, um den genetischen Status von Populationen in Gefangenschaft zu überwachen.

Verweise

1. M. Bahlo, J. Stankovich, TP Speed, JP Rubio, RK Burfoot & SJ Foote (2006). Nachweis des genomweiten Haplotyp-Sharing mithilfe von SNP- oder Mikrosatelliten-Haplotyp-Daten. Humangenetik, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM & Kelso, J. (2016). Die Introgression von Neandertal- und Denisovan-ähnlichen Haplotypen trägt zur adaptiven Variation menschlicher Toll-ähnlicher Rezeptoren bei. The American Journal of Human Genetics, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P., … & te Meerman, GJ (1996). Haplotyp-Identität zwischen Individuen, die ein CFTR-Mutations-Allel „identisch nach Abstammung“ teilen: Demonstration der Nützlichkeit des Haplotyp-Sharing-Konzepts für die Genkartierung in realen Populationen. Humangenetik, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ & Dawkins, RL (1992). Ahnen-Haplotypen: konservierte Populations-MHC-Haplotypen. Human Immunology, 34 (4), 242 & ndash; 252.
5. MR Fellows, T. Hartman, D. Hermelin, GM Landau, F. Rosamond & L. Rozenberg (2009, Juni). Haplotyp-Inferenz durch plausible Haplotyp-Daten eingeschränkt. In Annual Symposium on Combinatorial Pattern Matching (S. 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). Die Struktur von Haplotypblöcken im menschlichen Genom. Science, 296 (5576), 2225 & ndash; 2229.
7. Internationales HapMap-Konsortium. (2005). Eine Haplotypkarte des menschlichen Genoms. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R. & Wilding, C. (2018). Mitochondriale DNA-Haplotyp-Diversität und Herkunft gefangener Sandtigerhaie (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA & Zhang, K. (2007). Haplotyp-Inferenz für gegenwärtig fehlende Genotypdaten unter Verwendung zuvor identifizierter Haplotypen und Haplotypmuster. Bioinformatics, 23 (18), 2399 & ndash; 2406.
10. Young, NS (2018). Aplastische Anämie. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.