قاعدة بيانات الميتوكندريا البشرية

قاعدة بيانات الميتوكندريا البشرية
هي قاعدة بيانات للجينوم البشري للميتوكندريا،نمت بسرعة في محتوى البيانات على مدى السنوات القليلة الماضية كاهتمام بدور تنوع الحمض النووي للميتوكندريا في الإصول البشرية والطب البشري، الأمراض التنكسية والسرطان والشيخوخة التي زادت في الاونة الأخيرة.لإستيعاب هذا الإنفجار المعلوماتي قامت قاعدة البيانات الميتوكندريا البشرية بتطبيق قاعدة بيانات علائقية جديدة ومحرك بحث محسن،وتمت إعادة كتابة جميع البرامج،وتم إجراء تغييرات إدارية على النظام لتحسين الأمان والكفاءة لها؛ حيث تقوم بالبحث عن معلومات شاملة عن جينوم الميتوكندريا البشري.
تم تعزيز قاعدة البيانات بشكل كبير وذلك من خلال إضافة شجرة خلوية قابلة للتطور، بالإضافة غلى جداول طفرة مسببة للأمراض موسعة. يعيد التكاثر بناء التاريخ الكامل للطفيل في الحمض النووي للميتوكندريا البشري، وبالتالي تحديد مجموعات هبلوغرافيا والتمييز بين طفرات الحمض النووي للميتوكندرياالبشري القديمة.
MITOMAP هي قاعدة بيانات شاملة لتباين الحمض النووي للميتوكوندريا البشري (mtDNA) وعلاقته بالتطور البشري والمرض. تم توسيع محتوى البيانات والأدوات التشغيلية لـ MITOMAP على مدار السنوات الخمس الماضية ، حيث أصبحت أهمية تنوع mtDNA على صحة الإنسان ظاهرة بشكل متزايد.
mtDNA هو جزيء دائري مغلق من 16 569 الإقليم الشمالي. يسمح نظام الترقيم للتسلسل المرجعي "Cambridge" بربط جميع المعلومات الموجودة في MITOMAP من خلال النيوكليوتيدات المتأثرة ( 1 ). رموز mtDNA لـ 37 جينًا ، بما في ذلك الرنا الريباسي 12S و 16S ، 22 tRNAs و 13 جينًا أساسيًا لببتيدات الفسفرة التأكسدية (OXPHOS). بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي mtDNA على منطقة تحكم 1000 nt تشمل عناصر تنظيم النسخ والنسخ المتماثل ( 2 ).
توفر الميتوكوندريا"OXPHOS" معظم الطاقة الخلوية ، وتولد الكثير من أنواع الأكسجين التفاعلي المنشأ (ROS) وتنظم موت الخلايا المبرمج من خلال مسام انتقال نفاذية الميتوكوندريا (mtPTP). تحتوي كل خلية على مئات إلى الآلاف من الحمض النووي ، وبالتالي الموروثة ، mtDNAs. بسبب تعرضه لـ ROS ، فإن "mtDNA" لديه معدل طفرة مرتفع للغاية ، والطفرات الجديدة تخلق مزيجًا من mtDNAs متحولة وعادية داخل الخلية ، تسمى (heteroplasmy). مع زيادة النسبة المئوية للـ mtDNAs المتحولة ، ينخفض إنتاج طاقة الميتوكوندريا ويزيد من ROS. زيادة ROS بمثابة mitogen ، ولكن ROS المفرطة جنبا إلى جنب مع انخفاض إنتاج الطاقة يمكن أن يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج ( 2 ).
يرتبط اختلاف mtDNA البشري بالأصل الجغرافي للسكان الذين يؤويون mtDNA. هذا لأن mtDNAs تؤوي الأشكال القديمة التي سمحت لأسلافنا بالتكيف مع البرد المتزايد الذي واجهوه أثناء هجرتهم من إفريقيا إلى أوراسيا المعتدلة وسيبيريا القطبية الشمالية [MXB1]. اليوم ، من المعروف أن هذه المتغيرات نفسها تؤثر على طول العمر البشري والاستعداد للأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر (AD) ومرض الشلل الرعاش (PD) ( 3 ).
تم ربط طفرات mtDNA الأكثر جرثومية بمجموعة واسعة من الأمراض التنكسية ، مما يؤثر بشكل تفضيلي على الجهاز العصبي المركزي والقلب والعضلات والجهاز الكلوي والغدد الصماء. طفرات mtDNA المسببة للأمراض تشمل إعادة ترتيب mtDNA ، طفرات استبدال القاعدة في منطقة الترميز وكذلك طفرات منطقة التحكم ( 2 ). ارتبطت أيضا إعادة ترتيب الجسدية mtDNA والطفرات استبدال مع الشيخوخة ( 2 ). في الواقع ، تتراكم الأنسجة المختلفة بشكل تفضيلي طفرات منطقة تحكم محددة ، مما يشير إلى أن هذه الطفرات قد تؤثر على عناصر تنظيمية مهمة ( 4 ، 5 ). وقد تم دعم هذه الفرضية من خلال الاكتشاف الأخير بأن الطفرات الجسدية في العناصر التنظيمية في منطقة التحكم الرئيسية مرتفعة في أدمغة AD.
وأخيراً ، تم العثور على منطقة تشفير mtDNA وطفرات منطقة التحكم في مجموعة واسعة من السرطانات. على نحو متزايد ، هناك دليل على أن هذه mtDNA تلعب دورًا مهمًا في تحول الأورام.
مجموعة غير عادية من المتغيرات ذات الصلة سريريا mtDNA يجعل من المهم أكثر من أي وقت مضى أن يتم الاحتفاظ قاعدة بيانات موثوقة على اختلاف mtDNA الإنسان. علاوة على ذلك ، أصبح من الواضح الآن أن التباين السكاني لـ mtDNA غير ذي صلة ، والطفرات الجسدية المرتبطة بالعمر والطفرات الممرضة الموروثة يمكن أن تسهم جميعها في استعداد الفرد للمرض. وبالتالي ، تكون القدرة على تكوين الجمعيات المناسبة بسرعة عبر تسلسل mtDNA من المتغيرات القديمة والطفرات الحديثة أمرًا ضروريًا للتطبيق الصحيح لتحليل mtDNA على الطب الشرعي والأنثروبولوجيا والطب السريري والشخصي.
في MITOMAP ، يتم تحديد موقع كل الجينات والعنصر التنظيمي الوظيفي من خلال بداية ونهاية النوكليوتيدات. يتم توفير أوصاف وظائف الجينات والوصول إلى المراجع ذات الصلة على الهياكل البلورية للمجمعات التنفسية المختلفة ، عند توفرها. كما يتم الاحتفاظ بقائمة بجميع متواليات mtDNA المعروفة حاليًا ، والتي تسمح بمحاذاة تسلسل النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية لكل جين ، مما يسمح بتحديد الحفظ التطوري للسكان ومتغيرات تسلسل الأحماض الأمينية المرتبطة بالأمراض. يتم أيضًا الاحتفاظ بملف بيانات من متغيرات تسلسل النوكليوتيدات التشخيصية التي تحدد مختلف مجموعات هبلوغرافيا mtDNA الخاصة بالسكان ، وكذلك قائمة كاملة بجميع أشكال الأشكال المتسلسلة المعروفة.
يحتفظ MITOMAP أيضًا بملخص لجميع طفرات mtDNA المعروفة المسببة للأمراض. وتنقسم هذه إلى أربع فئات من الطفرات ، يرتبط كل منها بتعيين النمط الظاهري المرض. فئات الطفرة المسببة للأمراض هي كما يلي: طفرات عديد الببتيد ، طفرات تخليق البروتين (rRNA و tRNA) ، طفرات إعادة الترتيب وتحور طفرات المنطقة.
نمت كمية بيانات mtDNA المنسقة بشكل كبير في السنوات الست الماضية منذ التقرير السابق لأبحاث الأحماض النووية . في العامين الماضيين فقط (سبتمبر 2002 - سبتمبر 2004) ، زاد عدد طفرات الجينات المرمزة للبروتين بنسبة 44 ٪ ، وزاد عدد طفرات تركيب البروتين بنسبة 58 ٪ وزاد عدد الطفرات الجسدية بنسبة 552 ٪.
المراجع
Anderson,S., Bankier,AT, Barrell,BG, de Bruijn,MH, Coulson,AR, Drouin,J., Eperon,IC, Nierlich,DP, Roe,BA, Sanger,F. et al . ( 1981 ) Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature , 290 , 457 –465.
2.Wallace,DC and Lott,MT ( 2002 ) Mitochondrial genes in degenerative diseases, cancer and aging. In Rimoin,DL, Connor,JM, Pyeritz,RE and Korf,BR (ed.), Emery and Rimoin's Principles and Practice of Medical Genetics . Churchill Livingstone, London, pp. 299–409.
3.Ruiz-Pesini,E., Mishmar,D., Brandon,M., Procaccio,V. and Wallace,DC ( 2004 ) Effects of purifying and adaptive selection on regional variation in human mtDNA. Science , 303 , 223 –226.
4.Michikawa,Y., Mazzucchelli,F., Bresolin,N., Scarlato,G. and Attardi,G. ( 1999 ) Aging-dependent large accumulation of point mutations in the human mtDNA control region for replication. Science , 286 , 774 –779.
5.Coskun,PE, Ruiz-Pesini,E. and Wallace,DC ( 2003 ) Control region mtDNA variants: longevity, climatic adaptation, and a forensic conundrum. Proc. Natl Acad. Sci. USA , 100 , 2174 –2176.
6.Coskun,PE, Beal,MF and Wallace,DC ( 2004 ) Somatic mitochondrial DNA control region mutations are prevalent in Alzheimer Disease brains. Proc. Natl Acad. Sci. USA , 101 , 10726 –10731.
7.Copeland,WC, Wachsman,JT, Johnson,FM and Penta,JS ( 2002 ) Mitochondrial DNA alterations in cancer. Cancer Invest. , 20 , 557 –569.
8.Horton,TM, Petros,JA, Heddi,A., Shoffner,J., Kaufman,AE, Graham,SD,Jr, Gramlich,T. and Wallace,DC ( 1996 ) Novel mitochondrial DNA deletion found in a renal cell carcinma. Genes Chromosomes Cancer , 15 , 95 –101.
9.Kogelnik,AM, Lott,MT, Brown,MD, Navathe,SB and Wallace,DC ( 1998 ) MITOMAP: a human mitochondrial genome database—1998 update. Nucleic Acids Res. , 26 , 112 –115.
10.Stein,L. ( 1998 ) Official Guide to Programming with CGI.pm . John Wiley & Sons, Inc., NY.o