유전학과 질병의 개요

많은 인간 질병은 유전 성분을 가지고, 그들은 개인의 DNA에 변이 또는 돌연변이에 의해 발생한다는 것을 의미. 유전성 유전 질환은 대대로 전해질 수 있지만 모든 유전 질환이 많은 유형의 암을 포함하여 유전성이 있는 것은 아닙니다. 질병 관련 유전자를 발견하고 특성화함으로써 과학자와 임상의는 환자를 위한 진단 및 치료를 개선하기를 희망하고 있습니다.

이 비디오는 유전 질환의 간략한 역사를 제시하고, 유전학자가 묻는 주요 질문을 소개하고, 이러한 질문에 대답하기위한 몇 가지 도구를 설명하고, 몇 가지 현재 응용 프로그램에 대해 논의 할 것입니다.

유전 질환 연구의 역사에서 몇 가지 획기적인 연구를 검토 하 여 시작 하자.

에서 1803, 존 콘래드 오토는 주로 남성에 영향을 미치는 혈액 응고 장애를 설명하는 기사를 발표했다. 오토는 이 질병이 특정 가정에서 실행되었다는 것을 인식하는 동안, 1813년에 그 상속 패턴을 정의한 존 헤이(John Hay)였으며, 영향을 받은 남성은 영향을 받지 않는 딸을 통해 손자손녀들에게 질병을 전달할 수 있음을 보여줍니다. 오늘, 이 질병은 혈우병으로 알려져 있고, 우리는 지금 X 염색체에 있는 특정 혈액 응고 요인을 위한 유전자에 있는 열성 돌연변이에 기인한다는 것을 알고 있습니다. 암컷은 일반적으로 2개의 X 염색체가 있기 때문에, 그러나 남성은 단지 1개가 있기 때문에, 유전자의 1개의 돌연변이사본을 승계하는 여자는 건강합니다, 그러나 돌연변이를 가진 남성은 질병을 명시할 것입니다.

1896년, 아치볼드 가로드는 알카프토뇨리아(alkaptonuria)라고 불리는 희귀한 유전질환을 발견했는데, 이 곳에서 환자의 소변이 공기에 노출되었을 때 검은 색으로 변했습니다. 그는 이 개별이 단백질의 화학 고장에 관련시키는 효소가 결여되었다는 것을 가정하고, 유사한 "신진 대사의 선천적인 오류"가 많은 승계한 질병의 원인이 될 수 있었다는 것을 건의했습니다.

1941년 조지 비들(George Beadle)과 에드워드 테이텀은 가로드의 작품을 토대로 빵 곰팡이실험을 실시하여 효소가 대사 경로에서 어떻게 작용하는지 살펴보기 위해 노력했습니다. 한 유전자가 대사 경로의 한 단계를 제어하기 위해 하나의 효소의 생산을 지정하는 그들의 제안은 "하나의 유전자, 하나의 효소 가설"로 알려지게되었습니다.

1966년, 고립된 인구에서 희귀 유전 질환 연구를 개척한 "의료 유전학의 아버지"인 빅터 맥쿠박(Victor McKusick)은 오늘날계속 업데이트되는 유전성 질환의 최종 카탈로그인 남성의 멘델리안 상속을컴파일하고 출판했습니다.

많은 과학자들이 유전질환을 조사하는 동안, 다른 과학자들은 암과 같은 산발적으로 나타난 질병의 유전적 기초를 찾았습니다. 1976년, 존 마이클 비숍과 해롤드 바르무스는 "종양유전자"가 인코딩된 단백질이 새로운 기능또는 향상된 기능을 획득하는 방식으로 돌연변이된 유전자임을 입증했습니다. 이 "기능의 이득" 돌연변이는 수시로 통제되지 않는 세포 증식귀, 암의 중요한 특징귀착됩니다.

같은 10 년 안에, 알프레드 Knudson는 종양 억제제에게 불린 그밖 유전자가, 유전자의 두 사본에 있는 돌연변이가 인코딩된 단백질의 "기능 상실"로 이끌어 내때 암에 만 기여한다는 것을 것을을 발견했습니다. 크누드슨의 아이디어는 "2히트 가설"로 알려지게 되었습니다.

1983년, 제임스 구셀라가 헌팅턴병 유전자를 염색체 로 매핑하기 위해 제한 단편 길이 다형성이라고 불리는 규칙 단편 길이 다형성이라는 고가의 DNA 세그먼트를 정기적으로 사용할 때 질병을 일으키는 유전자를 찾는 데 중요한 진전이 이루어졌습니다.

유전자 매핑의 이 프로세스를 더욱 촉진하기 위하여는, 과학자의 국제적인 컨소시엄은 인간에 있는 DNA의 전체 세트를 순서를 1990년에 인간 게놈 프로젝트를 시작했습니다. 이 프로젝트는 2004년에 실질적으로 완료되었습니다.

1 년 후, 데이터 릴리스는 다른 인간 인구 중 시퀀스 변이의 게놈 전체지도를 만드는 것을 목표로 국제 HapMap 프로젝트에서 시작했다. 이 데이터는 지금 유전 이체와 일반적인 질병 사이 협회를 위해 시험하는 연구원을 허용합니다. 고처리량 시퀀싱 기술의 발달과 함께 비용을 낮추는 데 는 환자에서 질병을 유발하는 돌연변이를 확인하기 위한 시퀀싱의 사용이 점점 현실화되고 있습니다.

몇 가지 역사적 하이라이트를 검토 한 후, 의료 유전학에 있는 몇 가지 근본적인 질문을 살펴보겠습니다.

첫째, 많은 유전학자는 특정 질병이 유전 요인에 의해 통제되는지 알고 싶어합니다. 시작하기 위해, 그(것)들은 질병이 가족 또는 형제 자매를 공부하는 것과 같은 고전적인 접근을 사용하여 승계될 수 있다는 증거를 찾아볼 수 있습니다. 이 연구 결과는 또한 질병이 단원성 또는 Mendelian인지 결정하기위한 강력한, 이는 단 하나 유전자에 있는 돌연변이에 기인한다는 것을 의미합니다; 또는 다인또는 복잡하며, 이는 다중 유전적 및 환경적 요인에 의해 발생합니다.

파킨슨 병이나 심장 질환과 같은 복잡한 질병의 유전학은 특히 따로 놀기가 어렵고 많은 연구자들은 이러한 질병과 관련된 유전 적 이체를 식별하기 위해 인구 전반에 걸쳐 대규모 연구를 사용하려고합니다. 두 경쟁 모델은 과학자들이 질문을 해결하는 방법을 형성합니다. "일반적인 질병/일반적인 이체" 가설은 인구에서 일반적인 많은 유전 이체의 참여를 건의합니다, 각각 겸손한 충격을 가진, 동안 "다중 희소한 이체" 가설은 큰 효력을 가진 상대적으로 희소한 이체의 중요성을 주장합니다.

마지막으로, 유전학자는 또한 임상 진단에 다른 유전 기술이 어떻게 이용될 수 있는지 조사합니다. 그(것)들은 시험을 위해 요구되는 참을성 있는 DNA의 양을 극소화하는 쪽을 검토할 수 있습니다, 또는 질병 위험 요소를 평가하기 위하여 타액 또는 혈액과 같은 쉽게 접근하기 쉬운 견본에서 DNA 정화를 낙관하기 위하여.

유전학자가 묻는 몇 가지 주요 질문을 알고 있으므로 답을 찾는 데 사용하는 기술을 살펴보겠습니다.

단일 뉴클레오티드 다형성 또는 SNPs의 지노피핑은 인구에서 DNA 서열 변이를 식별하는 가장 널리 사용되는 접근 방식 중 하나입니다. 단일 뉴클레오티드 차이는 DNA 단편을 상호 보완적인 올리고뉴클레오티드에 혼성화하거나, 고서열 특이적 제한 효소를 사용하여 상이한 크기의 단편을 생성함으로써 검출될 수 있다.

시퀀싱 기반 유전화는 인과 돌연변이를 찾는 또 다른 일반적인 접근 방식입니다. 고전적인 Sanger 방법은 체외 복제 중에 DNA 폴리머라제에 의해 표지된 연쇄 종단 뉴클레오티드의 통합을 기반으로 하며, 후보 유전자가 공지될 때 일상적으로 사용된다.

대규모 분석을 위해, 고처리량 차세대 시퀀싱은 질병 관련 돌연변이를 확인하기 위하여 영향을 받지 않는 통제 게놈과 비교될 수 있는 짧은 순서의 거대한 수를 생성하는 것을 이용할 수 있습니다.

복잡한 질병을 위해, 게놈 전체 협회 연구 결과, 또는 GWAS는, 영향 받은 에 있는 다른 주파수를 가진 SNP를 확인하고 관련없는 과목의 인구를 통제하는 데 사용됩니다. 영향 받은 인구에 있는 SNP의 더 높은 주파수는 이체와 질병 사이 협회를 건의합니다.

마지막으로, 다양한 세포 유전학 기술은 질병을 초래할 수 있는 게놈 내의 구조적 변이를 검출할 수 있습니다. 전체 염색체는 구조 또는 수의 변화를 식별하기 위한 karyotype을 형성하기 위해 염색될 수 있다. 대안적으로, 시투 혼성화에 있는 형광은 특정 DNA 서열을 구상하기 위하여 표지된 올리고뉴클레오티드 프로브를 이용합니다.

유전자 발견에 사용되는 몇 가지 방법에 익숙해지면 질병 연구에서 응용 프로그램을 살펴 보겠습니다.

질병을 일으키는 돌연변이를 확인하는 1개의 접근은 가족 혈통의 연구 결과와 순서를 결합하는 것입니다. 이 연구에서는, 유전 이체는 후보 유전자를 순서를 열면 정신 분열증 환자에서 검출되었습니다. 이 돌연변이는 승계되지 않았기 때문에 자발적인, 또는 de novo로분류되었습니다.

또 다른 응용 프로그램은 협회 연구를 통해 복잡한 질병에 희귀 한 유전 이체를 연결하는 것을 포함한다. 여기에서, 연구원은 대략 1000명의 개별에게서 게놈을 풀링하고 32개의 암 관련 유전자에 있는 돌연변이를 검출하기 위하여 차세대 순서를 이용했습니다. 풀링된 시퀀싱 기술은 GWAS와 같은 유사한 기술로 발견된 변형을 포함하여 알려진 희귀 변형과 새로운 희귀 변종을 모두 확인했습니다.

마지막으로, 시퀀싱 기술은 이제 많은 임상 진단을 알리는 데 사용됩니다. 이 실험에서, 연구원은 종양에서 DNA를 추출하고 단편화했습니다. 모든 단백질 코딩 엑슨은 화학적으로 태그된 보완적인 올리고뉴클레오티드에 결합하고 태그에 대한 친화력이 높은 단백질을 사용하여 이러한 DNA 복합체를 포착하고 수집함으로써 격리되었습니다. 포획된 DNA는 암을 유발하는 돌연변이를 확인하기 위하여 그 때 시퀀스되고 건강한 통제 견본에 비교되었습니다.

당신은 유전자와 질병에 대한 JoVE의 소개를 보았습니다. 이 비디오에서, 우리는 의학 유전학의 역사, 유전학자에 의해 질문하는 주요 질문, 저명한 연구 전략 및 그들의 현재 응용 프로그램의 일부를 검토했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!