Kansainvälinen HapMap-projekti

Kansainvälinen HapMap-projekti on ihmisen genomin kartoitusprojekti, joka aloitettiin kansainvälisen tutkijaryhmän yhteistyönä lokakuussa 2002. Valmiiksi projekti saatiin vuonna 2009, jolloin sen viimeisen vaiheen tulokset valmistuivat. [1] HapMap -projektin tarkoituksena on ollut määrittää ihmisen haploryhmät sekä saattaa tämä informaatio ilmaiseksi kaikkien saataville. [2] Haploryhmällä tarkoitetaan yhden nukleotidin vaihteluita (SNP), jotka sijaitsevat kromosomissa lähekkäin ja periytyvät yhdessä. HapMap (”haplotype map”) on kartta, joka osoittaa, mitkä SNP:t periytyvät aina yhtenäisenä ryhmänä, toisiinsa kytkeytyneinä. Näin ollen yhden merkki-SNP:n avulla voidaan päätellä samalla kertaa myös useita muita genomisekvenssistä löytyviä alleeleja. HapMap -projekti perustettiin geneettisen tutkimuksen työkaluksi helpottamaan perinnöllisten sairauksien ymmärtämistä. Sen avulla tutkittavan geneettisen materiaalin määrä saatiin vähennettyä pienemmäksi kuin koskaan aikaisemmin. Tämä tekee tautimäärityksestä haploryhmän avulla nopeampaa, tehokkaampaa ja halvempaa. [3] Tautien määrityksen lisäksi HapMapista on hyötyä ennustettaessa ihmisten vastetta erilaisiin lääkkeisiin tai muihin ympäristötekijöihin, esim. toksiineihin. [1] HapMapia on käytetty hyödyksi myös tutkittaessa useita monimutkaisia sairauksia, kuten Alzheimerin tautia, diabetesta, niveltulehdusta, syöpää ja skitsofreniaa. [4]

Menetelmät

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Projekti jakautui kolmeen vaiheeseen, joista kahdessa ensimmäisessä näytteet olivat samat (ja nämä vaiheet täydentävät toisiaan). Kolmannessa vaiheessa näytteitä analysoitiin myös uusista populaatioista. [5]

Vaihe I

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

DNA-näytteet valittiin jo tunnettujen erilaisten populaatioiden alleelimallien ja historiallisen diversiteetin perusteella. [6] Projektiin kerättiin 270 DNA-näytettä, joista 90 näytettä on Utahista (US, Pohjois- ja Länsi-Eurooppalaista syntyperää olevaa väestöä), 90 näytettä jorubalaisista (Ibadan, Nigeria), 45 näytettä japanilaisista (Tokio, Japani) sekä 45 näytettä Han-kiinalaisista (Peking, Kiina). [2]

Projekti vaati hyvin tiiviin SNP-kartan. Projektin alussa kandidaatti-SNP:a oli 2,6 miljoonaa, mutta lopulta projektin ansiosta tietokantaan lisättiin jopa 6 miljoonaa SNP:a. Saadakseen paljon SNP:a, projektissa hyödynnettiin ”haulikko-sekvensointia” genomikirjastoista. Geneettistä variaatiota tutkittiin hyödyntäen ENCODE-projektin DNA-alueita. Tutkimuksen avulla arvioitiin mm. G – ja C – emäksien määriä genomissa sekä rekombinaation nopeutta. Genotyypin määritys vaiheessa I suunniteltiin SNP-tietokannan avulla. Analyyseissa priorisoitiin SNP:t, jotka olivat jo vahvistettu tai ne olivat esiintyneet useammin kuin kerran sekä ei-synonyymiset SNP:t. [6]

Vaihe II

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaiheeseen II valittiin 4,7 miljoonaa SNP:a genotyypin määritykseen 6,9 miljoonasta vaihtoehdosta. 2,5 miljoonaa SNP:a hylättiin useista syistä, muun muassa SNP:t, joissa oli paljon toistoalueita. Genotyypin määritys suoritettiin käyttäen hyödyksi kustomoitua oligonukleotidijärjestelyä (high-density oligonucleotide array). Vaiheen I SNP:a määritettiin myös uudelleen vertailun vuoksi. Rekombinaationopeutta ja geenien ontologiaa analysoitiin Panther - tietokannan avulla. Ei-synonyymisia SNP:a tunnistettiin annotaatioiden kautta sekä valintaa tutkittiin long-range haplotyyppi (LRH) – testin avulla. [7]

Vaihe III

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaiheessa III projektia vielä jatkettiin, ja seitsemältä uudelta populaatiolta kerättiin näytteet: maasait Kinyawasta (Kenia), luhyat Webuyesta (Kenia), kiinalaiset Denveristä (CO, USA), gujarati-intialaiset Houstonista (TX, USA), toscanalaiset (Italia), afrikkalaista syntyperää oleva väestö (Lounais-USA) ja meksikolaista syntyperää oleva väestö Los Angelesissa (CA, USA). Näytteiden genotyypit määrättiin vasten 1,6 miljoonaa SNP:tä sekä pieni osa vasten ENCODE:n vaihe II:sta. [5]

Tulokset

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaiheessa I löydettiin yli miljoona yhden nukleotidin polymorfismia (SNP) [6], vaiheessa II yli 3.1 miljoonaa [7] ja vaiheessa III noin 1,6 miljoonaa SNP:a. [8] Ne sisältävät noin 25–35 % yleisistä SNP-variaatioista tutkituista populaatioista. Haploryhmien alleelien välinen keskimääräinen maksimi r2, eli korrelaatiokerroin, on välillä 0.9 ja 0.96, afrikkalaisissa populaatioissa 0.8 ja ei-afrikkalaisissa populaatioissa 0.95. [7]

Aineisto vahvistaa rekombinaatiokeskittymien, pitkien ja vahvojen kytkentäepätasapaino-sekvenssien, sekä alhaisten haplotyyppien monimuotoisuuden yleisyyden. Tärkeimpänä havaintona on läheisten SNP:ien laaja redundanssi, jonka avulla voidaan kerätä laajaa tietoa genomisesta vaihtelusta ilman uudelleensekvensointia, sekä lisätä analyysien tehokkuutta. [6]

10–30 % populaation yksilöistä jakavat vähintään yhden viimeaikaisesta syntyperästä johtuvan laajentuneen geneettisen identiteetin alueen. Ei-synonyymisissä SNP:issa on lisääntynyttä erilaistumista verrattuna synonyymisiin SNP:in. Tämä johtuu populaatioihin vaikuttavan luonnonvalinnan voimakkuuden ja tehokkuuden eroista. [6]

Käyttö ja sovellutukset

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

HapMap-aineistoa voidaan käyttää erityisesti geeniperäisten tautien tutkimiseen, ja geneettisten erojen löytämiseen, joiden avulla voidaan ennustaa eri ihmisten reaktiota lääkkeisiin ja ympäristötekijöihin. [1] Lisäksi sen avulla voidaan tutkia rekombinaatiota ja rakenteellista variaatiota, sekä luonnonvalinnan historiaa tunnistamalla lokuksia, joihin luonnonvalinta on voinut vaikuttaa. Aineistolla voidaan myös tunnistaa deleetion variantteja genomissa. [6]

HapMap-projektia ei enää käytetä aktiivisesti tutkimuksissa, mutta sen aineisto on kuitenkin vielä vapaasti avoinna tutkijoille. [1] Projekti oli aikanaan hyvin merkityksellinen, ja se oli tarpeellinen ponnahduslauta esimerkiksi 1000 Genomes projektille, joka on sittemmin jättänyt HapMapin varjoonsa. [9]

Lähteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑ a b c d What is the International HapMap Project? MedlinePlus. 21.9.2020. Viitattu 29.11.2020. (englanniksi)
  2. ↑ a b Belmont, J. W., Hardenbol, P., Willis, T. D., Yu, F., Yang, H., Ch’Ang, L.-Y., Huang, W., Liu, B., Shen, Y., Tam, P. K.-H., Stein, L. D., & Tanaka, T.: The international HapMap project. Nature, 2003, 426. vsk, nro 6968, s. 789–796. doi:https://doi.org/10.1038/nature02168 (englanniksi)
  3. ↑ International HapMap Project National Human Genome Research Institute. 1.5.2012. Viitattu 29.11.2020. (englanniksi)
  4. ↑ Benjamin Yang: HapMap is to benefit genetic research on complex diseases Discovery Medicine. 17.5.2009. Viitattu 29.11.2020. (englanniksi)
  5. ↑ a b HapMap Project Coriell Institute for Medical Research. Viitattu 9.11.2020. (englanniksi)
  6. ↑ a b c d e f Belmont, J. W., Boudreau, A., Leal, S. M., Hardenbol, P., Pasternak, S., Wheeler, D. A., Willis, T. D., Yu, F., Yang, H., Gao, Y., Jamieson, R., & Stewart, J.: A haplotype map of the human genome. Nature, 2005, 437. vsk, nro 7063, s. 1299–1320. doi:https://doi.org/10.1038/nature04226 (englanniksi)
  7. ↑ a b c Frazer, K. A., Ballinger, D. G., Cox, D. R., Hinds, D. A., Stuve, L. L., Gibbs, R. A., Belmont, J. W., Boudreau, A., Hardenbol, P., Leal, S. M., Jamieson, R., & Stewart, J.: A second generation human haplotype map of over 3.1 million SNPs. Nature, 2007, 449. vsk, nro 7164, s. 851–861. doi:https://doi.org/10.1038/nature06258 (englanniksi)
  8. ↑ Altshuler, D. M., Gibbs, R. A., Peltonen, L., Dermitzakis, E., Schaffner, S. F., Yu, F., Bonnen, P. E., de Bakker, P. I. W., Deloukas, P., Gabriel, S. B.: Integrating common and rare genetic variation in diverse human populations. Nature, 2010, 467. vsk, nro 7311, s. 1476-4687. doi:https://doi.org/10.1038/nature09298 (englanniksi)
  9. ↑ NCBI retiring HapMap Resource National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine. 16.6.2016. Viitattu 16.12.2020. (englanniksi)
Wikisanakirjassa on tähän liittyvä sananselitys: redundanssi.
Wikisanakirjassa on tähän liittyvä sananselitys: deleetio.