Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
ГоловнаМедицинаОнкологія
« Попередня Наступна »
А.І . Рукавишников. Азбука раку, 2007 - перейти до змісту підручника

Відкриття будови генома людини - значення для медицини та онкології

Причина будь-якої хвороби всередині клітини або клітин, - на рівні молекул ДНК і білків. У майбутньому причини хвороб будуть виявляти на рівні атомів і їх електронних оболонок.

В даний час порушення в молекулах ДНК і білків клітини або клітин - справжня причина будь-якої хвороби. Для розуміння хвороби, еe ранньої діагностики та лікування, необхідно знати їх молекулярні причини.

Але це перш вимагає знань структури і функцій молекул ДНК і білків в нормальній клітині кожного типу. На рівні ДНК - це гени.

Ген - це фрагмент ДНК, який несе інформацію про структуру іРНК, інших РНК і білків.

Геном - це сукупність генів і міжгенних ділянок в молекулах ДНК. Геном вивчає наука - геноміка.

У ядрі будь соматичної клітини людини є 23 пари хромосом. Кожна хромосома містить одну молекулу ДНК з двох ланцюжків. Кожен ланцюжок побудована з нуклеотидів, в кожному по одному з азотистих основ. Всього азотистих основ чотири: аденін, тимін, гуанін, цитозин. Для стислості їх позначають першими літерами слів - А, Т, Г, Ц. Ці літери - алфавіт ДНК.

Кожна молекула ДНК являє собою цілий ряд генів. Так як ДНК побудована з двох ланцюжків, то еe довжина вимірюється числом пар основ, а кожну пару позначають словом «буква».

Два ланцюжки з нуклеотидів за допомогою пар основ з'єднуються разом і утворюють цілу молекулу ДНК. Пари підстав комплементарні один одного і з'єднані між собою водневими зв'язками тільки такими поєднаннями: А-Т або Т-А; Г-Ц або Ц-Г. Протягом всієї довжини молекули ДНК можна бачити такі поєднання підстав. Але порядок розміщення пар основ або їх послідовність для кожного гена свій. Саме в послідовності пар основ або «букв» і укладена генетична інформація. Це інструкція про те, як повинна бути побудована клітина кожного типу, і як вона повинна функціонувати. Це відноситься і до організму в цілому. Тобто генетична інформація всіх генів - це «рецепт» побудови і функціонування організму людини.

З цього ясні цілі відкриття будови генома:

1) виявити послідовність пар основ кожного гена уздовж довжини молекули ДНК;

2) визначити місце кожного гена і його межі по довжині молекули

ДНК. Це необхідно було зробити в кожній хромосомі - з 1-й по 23-у.

Весь процес відкриття будови генома людини складався з етапів:

1) поділ молекул ДНК на великі фрагменти і секвенування (від лат. Sequi - слідувати), т.е . визначення послідовності пар основ або «букв»;

2) картування, тобто ідентифікація генів і локалізація місця їх розташування на хромосомах.

На першому етапі було виявлено, що ДНК людини в 23-х хромосомах складається з 3,2 млрд. пар основ, тобто хімічних «букв». Кожна пара підстав - це «цеглинка», з яких формуються гени.

На другому етапі вчені розташували ці пари основ у правильній послідовності, що дозволило «прочитати» кожен ген та провести інвентаризацію генів і міжгенних ділянок. Так була складена карта топографії генів на хромосомах. Але ці дані будуть ще уточнюватися і доповнюватися.

Пряма вигода від знання будови генів стане очевидна не відразу, поки не будуть з'ясовані функції кожного гена в клітині, тобто що він робить?

До відкриття будови генома вчені знали функції ряду генів. В цілому учeнь знають про функції не більше однієї третини генів, а про двох третинах їх - нічого.

Тобто учeнь ещe належить виконати найважливіший третій етап - з'ясувати функції кожного гена в клітині кожного типу в нормі. Важливо дізнатися, які гени в такій клітці працюють, а які «мовчать». Потім учені той же зроблять в дефектної клітці того ж типу, наприклад, в ракової клітці. За різницею можна виявити ген-причину, але це лише один із шляхів виявлення ракової клітини.

Що поки дало відкриття будови генома?

1. Виявилося, що в геномі людини всього 26-30 тисяч генів, а не більше, як передбачалося.

Очевидно, не дарма в клітинах людини виявлено «розщеплення» генів. За рахунок цього з гена може копіюватися не одна іРНК, а більше - в середньому до 10 таких молекул. Звідси продукт гена - білок не один, а декілька - від 3 до 10 різних білків.

Тобто в схему етапів реалізації генетичної інформації від гена до його основного продукту, слід внести уточнення: ген - іРНК - білки, замість - «білок» у колишньою схемою.

Вважають, що у людини «один ген відповідає за групу функцій» або «за одну функцію відповідає відразу ціла група генів». Це буде вивчено, так як є методи визначення функцій генів.

2. Лише 2% всіх генів бере участь у синтезі білків у клітині, решта - 98% довжини ДНК донедавна вважалося - не є генами. Це довгі послідовності нуклеотидів, в яких часто повторюється - АГГ, АГГ ... Функції цієї частини геному тільки починають вивчатися. Але вже ясно, що це не «сміття», як деякі вважали, а частина ДНК, яка регулює експресію генів і їх зв'язків між собою.

3. Невелике число генів у геномі людини має важливе практичне значення - легше розібратися в ролі генів, які можуть викликати різні хвороби, зокрема, рак.

4. Виявилося, що близько половини генів є загальними і для людини, і для черв'ячка «C. elegans ». Більш того, в геномі людини тільки 300 генів, яких немає в геномі польової миші.

Для вивчення функцій генів широко використовується клітини в культурі. Принцип: за допомогою введення в клітини антисмислової РНК блокувати, а тепер можна малої молекулою РНКі зруйнувати в клітці іРНК, тобто копію досліджуваного гена. По зміні властивостей такої клітини можна визначити функції цього гена.

Відкриття спільних з людиною генів у черв'ячка і миші робить ці організми новими, дуже потрібними моделями для визначення функцій невідомих у людини генів, але однакових з ними. Адже вивчати функції генів на цих організмах простіше і легше, ніж на людині. Їх гени можна легко змінювати, тобто викликати мутації або вимикати ген, стежачи за змінами властивостей клітини або властивостей організму.

На мишах можна використовувати і такий прийом: в статевих клітинах видаляти один, або два, або більше генів і вивчати організм таких мишей-мутантів. Це дозволить зрозуміти який ген або гени за що відповідають, вивчати взаємодію генів між собою.


5. Різниця між генами миші і людини не перевищує 1%, а між різними людьми - 0,01%.

На з'ясування функцій всіх генів у клітинах кожного типу людини піде багато років. Коли це буде досягнуто, вчені зможуть на рівні нормальної клітини кожного типу встановити стандарт або ідеал норми: а) послідовності пар основ для кожного гена і б) функцій кожного гена в клітині.

Акад. А.І. Арчаков (2000) підкреслює, що «тепер стало цілком очевидно, що? Всі хвороби від генів?». На цій основі він вперше запропонував класифікацію всіх хвороб на «два великі класи»:

1. Спадкові хвороби. Вони складають всього 2% від усіх хвороб. Їх причина - дефект гена або генів в статевих клітинах.

2. Неспадкові або набуті хвороби. Вони складають 98% від усіх хвороб. Їх причина - порушення експресії гена або генів в соматичної клітці або клітинах.

З причин хвороб «відразу» випливають і методи лікування пацієнтів: для пацієнтів першого класу - «перспективна генна терапія», а для пацієнтів другого класу - «створення нових ліків».

В даний час для оцінки функцій генів і їх змін в клітинах при різних хворобах, зокрема, раку, розроблено ряд нових методів. Але в клінічну практику вони тільки починають «входити». Вони необхідні для ранньої діагностики ракових клітин і для контролю лікування від раку.

1. ПЛР-ММК - це чутливий і надійний метод отримання фрагментів генів або РНК в необмеженій кількості копій для подальшого їх аналізу. Їм можна виявляти будь-які фрагменти мутантних генів або надлишок іРНК генів з ракових клітин у зразках з плазми крові та інших біологічних рідин, з клітин раку матеріалу біопсій від пацієнта. А надлишок іРНК і мутації в генах - це маркери ракових клітин.

2. ДНК-чіпи. На них можна визначати, які гени в нормальній клітині кожного типу активні, а які - «мовчать». Такі мікрочіпи дозволяють оцінити стан десятків тисяч генів у клітині і навіть відразу всіх, тобто 26-30 тисяч становлять геном людини.

ДНК-чіпи дозволяють провести ранню діагностику раку, тобто перший ракову клітку і еe перші нащадки з дослідження зразка плазми крові від пацієнта: в ній можна знаходити фрагменти генів фетальних білків, наприклад, гена oct-4, гена білка «5Т4» та інші, а також фрагменти мутантного гена wt53 - «варта» генома із загиблих ракових клітин.

Коли будуть з'ясовані функції кожного гена в нормальній клітині кожного типу і гени-причини, що викликають ту чи іншу хворобу, медицина буде змінена докорінно: вона стане молекулярної.

Перед учeнь стоять завдання:

1) які гени в нормальній клітині різного типу, ставши дефектними, перетворюють нормальну клітку в ракову клітину;

2) скільки всього дефектних генів викликає утворення з нормальної клітини ракову клітину;

3) вплив таких дефектних генів на організм людини. Для цього необхідно створити миша-мутант з таким дефектом гена або генів. Тобто, роботи з ідентифікації генів тепер можуть тривати дні, а не роки, як раніше. Але головне завдання молекулярної медицини полягає тепер у тому, щоб з'ясувати, які гени і як змінені, що викликають ту чи іншу хворобу, зокрема, канцерогенез, «трансформувати в знання того, що з цим можна зробити».

Для цього вченим потрібно краще зрозуміти, як, будуючи і підтримуючи наш організм, взаємодіють між собою білки - молекули, побудовані за генетичним «шаблонами» ДНК.

Наука геноміка вже існує і активно розвивається, але наука протеоміка ещe тільки спочатку свого шляху. І тут попереду ще «довгий шлях».

Діагностика хвороб буде заснована на виявленні дефекту гена або генів, або зміни експресії генів по іРНК. Такі зміни в генах - це маркери для ранньої діагностики хвороби і гени - причини конкретної хвороби. Вони ж будуть мішенями для дії лікарських препаратів.

Серед лікарських препаратів можуть бути: нормальний ген для заміни дефектного гена в клітині, інгібітори дефектних генів - введення РНКі в дефектні клітини, «ремонт» генів у клітині та ін

Дія лікарських препаратів буде виборчим, тобто без пошкодження здорових клітин і спрямоване не на ліквідацію симптомів хвороби, а проти гена-причини. Це особливо необхідно дотримуватися при лікуванні раку.

Що дасть в перспективі для медицини відкриття будови генома?

1. Проведення генетичних тестів. Для будь-якої хвороби будуть визначені гени-маркери: а) «до еe початку» - це діагностика предболезни і б) «її початок» - це рання діагностика хвороби - I рівень.

По одному невеликому зразком крові або плазми від пацієнта достатньо, щоб визначити ступінь ризику виникнення хвороби, в тому числі появи перших ракових клітин в організмі. Для цього наука швидкими темпами розробляє детальні тести, що дозволить дуже рано виявляти передхвороба або хвороба. У таких випадках застосування виборчих лікарських препаратів може запобігти виникненню хвороби, зокрема, рак.

2. Створення індивідуальних лікарських препаратів. Ліки створюватиметься для конкретного пацієнта. На рівні ДНК ці ліки будуть спрямовані проти дефектів генів і їх іРНК. На відміну від існуючих препаратів, нові препарати будуть давати максимальний ефект, а їх виборче дію на клітини-мішені попередить побічні ефекти у пацієнта.

3. Проведення генної терапії. В даний час будь ген можна клонувати або синтезувати. Сам по собі такий ген, введений в організм будь-якого виду, не відторгається цим організмом.

Для лікування раку генна терапія вкрай необхідна. Для цього вже розроблено багато методів, але в клінічну практику тільки починають впроваджуватися.

Наприклад: введення в ракові клітини нормального гена-супресора wt53 білка р53 при мутаціях його в ракової клітки, «гена-смерті» bах для індукції апоптозу в ракові клітинах, придушення експресії генів oct-4, Nanog , hTERT, цикліну D1, генів mts1 і остеопонтіна та інших генів інвазії ракових клітин.

До цих пір вважалося, що сховищем генетичної інформації є тільки гени, що кодують білки. Але в некодуючих білки областях ДНК, які довгий час відносили до «непотребу», виявилося безліч генів, що кодують тільки малі, т.
е. короткої довжини дволанцюжкові молекули РНК. Вони то і здійснюють контроль звичайних генів - вибірково пригнічуючи їх експресію в клітині, шляхом руйнування копії, тобто іРНК гена. Це интерферирующие РНК (РНКі).

Фенотип клітини будь-якого типу в чому визначається метильних груп - (-СН3). Вони можуть зв'язуватися з цитозином (С), коли в одного ланцюга нуклеотидів за ним слід гуанін (G) - це дуплет CpG. Такі дуплети часто розташовуються в промоторі генів.

  При приєднанні до CpG - острівцям метильної групи метилтрансферазою, - ген вимикається, а коли видаляється метильная група деметілазу, - ген включається. Важливо те, що при цьому послідовність нуклеотидів не зачіпається. Звідси і назва цього явища - епігенетичні зміна гена. «Епі» в перекладі з грецького, - це «над» генами.

  Відкриття будови генома людини, - «це тільки початок шляху», підкреслює У. Гіббс (2004). В даний час учені приступили до вивчення епі-генома, кінцева мета якого - складання карти «всіх сайтів метилування в ДНК».

  На відміну від мутацій метилирование і деметилювання промотора генів - процес оборотний. У кожній нормальній клітині різного типу «малюнок» метилування свій. Крім рідкісних типів клітини, помилки в метилировании - головна причина перетворення нормальної клітини в ракову клітку.

  Для ракової клітини характерні:

  - Зниження метилювання геномної ДНК в цілому;

  - Деметилювання ряду фетальних генів, що приводить їх до дерепрессии;

  - Метилування генів-супресорів, що перешкоджають в нормі перетворенню нормальної клітини в ракову клітину;

  - Введення деметилюється ліків в ці гени повертає гени в нормальний стан. Однак, в ракової клітці на відміну від нормальної клітини, така зміна часто нестабільно. Вчені зайняті вирішенням цієї дуже важливою проблемою для онкології.

  Епігенетичними змінами займається наука епігенетика - еe об'єкт Епігеном людини.

  4. Відкривається підхід до визначення станів живої істоти.

  «Жива істота» або «живе» починається з рівня клітини, нижче цього рівня молекули, ще нижче - атоми і їх електрони. Але це вже не живе.

  Поняття «стану» відноситься до живої істоти, так як тільки жива істота, а не молекули або атоми, можуть реагувати на подразники.

  Стани живої істоти відомі з глибокої давнини - з робіт нашого великого співвітчизника - учeнь і лікаря ібн Сіни (980-1037 р.).

  Найвеличніший працю ібн Сіни «Канон лікарської науки» охоплює всі розділи середньовічного медичного знання. Він включає анатомію і фізіологію людини, патологію, лекарствоведение, клінічну діагностику та лікування хвороб.

  Ця праця за своєю роллю в історії медицини вчені зіставляють тільки з Гиппократовом збірником.

  «Канон» був складений у перші десятиліття XI в., Вперше був видрукуваний на арабській мові в Римі наприкінці XVI в., Потім була низка перекладів його на латинську мову.

  Багато століть поспіль його студіювали в університетах і школах Заходу і Сходу як обов'язкове керівництво для лікарів. Та й сьогодні кожен читач знаходить у ньому багато цікавого і повчального.

  Ібн Сіна визначав медицину так: «медицина - наука, познающая стан тіла людини, оскільки воно здорово або втратить здоров'я, заради того, щоб зберегти здоров'я і повернути його, якщо воно втрачено».

  «Пізнання всякої речі, якщо вона виникає, досягається і буває досконалим через пізнання її причин, якщо вони є». Тому ібн Сіна каже: «в медицині слід знати причини здоров'я і хвороби. Причини ці бувають явні і приховані ».

  «У справжніх ось розповів, що пізнання речі здобувається через пізнання її причин і почав. Матеріальні причини - це закладені в тілі основи ».

  Тепер нам можна перейти до визначення станів живої істоти. Серед станів живої істоти ібн Сін розрізняв: «здоров'я» і «ут рата здоров'я ». У втрату здоров'я він включав два стани: «хвороба» і «не здоров'я і не хвороба». Для сьогоднішнього дня «не здоров'я і не хвороба» - це передхвороба.

  Пізнання станів живого, писав ібн Сін, вимагає знання їх причин. І на це пішли століття. Багато вчених намагалися дати визначення «хвороби», а визначення «здоров'я» практично не торкалися. Але ми досі не маємо правильного і зрозумілого визначення ні здоров'я, ні хвороби.

  На наш погляд, виділені вперше ібн Сін стану живого, - основа для їх визначення.

  Лише нещодавно прогрес науки - розшифровка генома людини і початок вивчення його епігенома дають нам можливість вирішити цю проблему або помітно наблизитися до неї. Але для цього спочатку треба дати відповідь на питання: що є причиною цих станів?

  Відповідь: причиною є Епігеном живої істоти, так як: 1) саме Епігеном «контролює і регулює роботу кожного гена» в клітці і 2) порушення експресії гена або генів в нормальній клітині - причина хвороби (А.І. Арчаков, 2000).

  Аналіз епігенома дозволить визначити кожне з цих станів, у тому числі проміжний стан - передхвороба; в схемі це можна було б зробити так1:

  а) на рівні соматичної клітини

  1. Ідеальний Епігеном клітини - Здоров'я клітини

  2. Зміни в епігеноме клітини без порушень еe функцій 3. Зміни в епігеноме клітини з порушеннями еe функцій

  - Передхвороба клітини

  - Хвороба клітини

  б) на рівні епігенома людини за аналізом клітин крові

  1. Ідеальний Епігеном людини - Здоров'я людини

  2. Зміни в епігеноме без порушень функцій організму 3. Зміни в епігеноме з порушеннями функцій організму

  Примітки:

  - Схильність до хвороби або передхвороба людини

  - Хвороба людини

  1. У пункті «а» тип досліджуваної клітини повинен бути однаковим з типом клітини ідеального епігенома.

  2. Реєстрація відмінностей епігенома досліджуваного зразка від ідеального епігенома.

  3. Порівняння епігеномов простіше проводити на ДНК-чіпах.

  1 Ідеальний Епігеном, тобто стандарт здоров'я. 
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
 Інформація, релевантна "Відкриття будови генома людини - значення для медицини та онкології"
  1. В
      + + + Вагіна штучна (лат. vagina - піхва), прилад для отримання сперми від виробників сільськогосподарських тварин. Метод застосування В. і. заснований на використанні подразників статевого члена, замінюють природні подразники піхви самки, для нормального прояви рефлексу еякуляції. Такими подразниками в В. і. служать певна температура (40-42 {{?}} C) її стінок,
  2. Г
      + + + Габітус (лат. habitus - зовнішність, зовнішність), зовнішній вигляд тварини в момент дослідження. Визначається сукупністю зовнішніх ознак, що характеризують статура, вгодованість, положення тіла, темперамент і конституцію. Розрізняють статура (будова кістяка і ступінь розвитку мускулатури): сильне, середнє, слабке. Вгодованість може бути гарною, задовільною,
  3. Л
      + + + Лабільність у фізіології (від лат. Labilis - ковзний, нестійкий), функціональна рухливість, здатність нервової та м'язової тканин тваринного організму відтворювати за 1 сек максимальне число імпульсів (число електричних коливань) у повній відповідності з ритмом діючих на неї подразників; швидкість протікання в тканини циклів збудження, яким супроводжується її
  4.  Введення
      Згідно концепції Р. Вірхова (1821-1902), будь-яка хвороба починається з патології клітини або клітин. Що є «патологія» клітини, залишалося неясним до 1953 р. ХХ століття, коли була розкрита структура молекули ДНК. Тоді на прикладі однієї властивості клітини - ділення ледве на дві дочірні клітини, було вперше виявлено, що це властивість створюється реплікацією молекули ДНК. Іншими словами, реплікація ДНК
  5.  Висновок
      Р. Вірхов (1821-1902) вперше заявив, що будь-яка хвороба виникає «від патології клітини або клітин». Тепер це всіма підтверджено, і ключ до про-блеми будь-якої хвороби потрібно шукати саме в клітці. Клітина - це місце хвороби, а її причина всередині клітини: на молекулярному рівні - сьогодні, а на рівні атомів і їх електронних оболонках - в майбутньому. Причина будь-якої хвороби на молекулярному рівні -
  6.  Тема: бактеріологія, мікології, протозоологов
      Систематика і номенклатура мікроорганізмів. Об'єкти вивчення мікробіології. Прокаріоти (бактерії), їх відмінність від мікробів еукаріотів (найпростіші, гриби) за структурою, хімічним складом, функції. Сучасні підходи до систематики мікроорганізмів. Таксономічні категорії: царство, відділ, сімейство, рід, вид. Внутрішньовидові категорії: біовар, серовар, фаговар, морфовар, культивар.
  7.  Вірусології
      Тема: Історія розвитку вчення про віруси Основні етапи розвитку вірусології. Відкриття Д.І. Ивановским вірусів, значення цього відкриття для біології та медицини. Визначення значення вірусів в патології людини і тварин. Обгрунтування методів культивування вірусів (в лабораторних тварин, курячих ембріонах, культурах клітин). Вивчення морфології з використанням електронного мікроскопа.
  8.  3. ПИТАННЯ ДО ІСПИТУ
      Розділ 1. Загальна частина Морфологія мікроорганізмів 1. Основні принципи класифікації мікробів. 2. Морфологічні та тинкторіальні властивості бактерій. Методи забарвлення. 3. Структура та хімічний склад бактеріальної клітини. Особливості будови грампозитивних і грамнегативних бактерій. 4. Морфологія грибів. Принципи класифікації. 5. Морфологія найпростіших. Принципи
  9.  ОСНОВИ ПРОТИПУХЛИННОЇ ТЕРАПІЇ
      Вінсент Т. де Віта (Vincent Т. De Vita, JR.) Біологія пухлинного росту Основи протипухлинної терапії базуються на наших знаннях про біології пухлинного росту. Два десятиліття тому уявлення про те, що навіть невеликі за розмірами первинні ракові пухлини відривають життєздатні пухлинні клітини в систему циркуляції і ці клітини здатні рости так само, як і в первинній
© medbib.in.ua - Медична Бібліотека