Човечка соматска варијација

Човечки соматски варијации ― соматски мутации (мутации кои се јавуваат во соматските клетки) и во раните фази на развој и кај возрасните клетки. Овие варијации може да доведат или до патогени фенотипови или не, дури и ако нивната функција во здрави услови сè уште не е целосно јасна.
Поимот мозаик (од средновековнолатинскиот збор ''musaicum'', што значи „дело на музите“) е користен уште од антиката за да се однесува на уметничко споено дело од украсни камења, стакло, скапоцени камења или друг скапоцен материјал. На далечина, збирната слика се појавува како на слика; само со блиска проверка поединечните компоненти стануваат препознатливи. Во биолошките системи, мозаицизмот подразбира присуство на повеќе од една генетски различни клеточни линии во еден организам. Појавата на овој феномен не само што може да резултира со големи фенотипски промени туку и да открие израз на инаку смртоносни генетски мутации.
Генетските мутации вклучени во мозаицизмот може да бидат должни на ендогени фактори, како што се транспозоните и плоидните промени, или егзогени фактори, како што се ултравиолетовото зрачење и никотинот.
1 Соматски мозаицизам во здрави човечки ткива
Соматскиот мозаицизам се јавува како резултат на соматски мутации: геномски (или дури и митохондриски) промени со различни големини кои се движат од еден нуклеотид на добивање или губење хромозом во соматските клетки. Овие промени во соматските клетки започнуваат во рана фаза (предимплантација или зачнување) и продолжуваат во текот на стареењето, што доведува до фенотипска хетерогеност во клетките, што може да доведе до развој на болести како што е ракот. Новите техники засновани на низа за преглед на варијанти на бројот на копии низ целиот геном и губење на хетерозиготноста во единечни клетки покажале дека хромозомските анеуплоиди, еднородителни дисомии, сегментни бришења, дупликации и засилувања често се случуваат за време на ембриогенезата. Сепак, не сите соматски мутации се пропагираат на возрасен поединец, поради феноменот на клеточна конкуренција.
Генетските промени кои вклучуваат добивање или губење цели хромозоми, кое претежно се случува во фазата на анафаза на клеточната делба. Но, овие се невообичаени во соматските клетки, бидејќи тие обично се избирани поради нивните штетни последици. Соматските варијации за време на зародочен развој можат да бидат претставени со монозиготни близнаци бидејќи тие носат различни профили на бројот на копии и епигенетски знаци кои продолжуваат да се зголемуваат со возраста.
Раните истражувања за соматските мутации во стареењето покажале дека бришењата, инверзијата и транслокациите на генетскиот материјал се вообичаени кај застарените глувци и застарените геноми имаат тежнеење да содржат видливи хромозомски промени, митотична рекомбинација, бришења на цели гени, интрагени бришења и точкести мутации. Други фактори вклучуваат губење на метилација, зголемување на хетерогеноста на генското изразување во корелација со геномски абнормалности, и скратување на теломерите. Неизвесно е дали поправката на ДНК заснована на транскрипција учествува во одржувањето на соматските мутации во ткивата што стареат.
Во некои клетки, соматски стекнатите промени може да бидат вратени назад во алели од див тип со повратен мозаицизам. Ова може да се должи на ендогени механизми како што се хомолошка рекомбинација, замена на кодон, сузбивачки мутации на второто место, лизгање на ДНК и транспозони.
2 Соматски мутации поврзани со рак во нормалните ткива
Доаѓањето на технологиите за масивно напоредно секвенционирање ја зголемило резолуцијата за откривање на мутации и довело до откритие дека постарите поединци не само што насобираат хромозомски промени, туку и изобилство мутации во гените кои предизвикуваат рак.
Насобирањето на хромозомските промени поврзано со возраста е документирано со различни цитогенетски пристапи, од сликање на хромозом до низи на единечен нуклеотиден полиморфизам.
Бројни студии покажале дека клонските групи на население може да доведат до губење на здравјето на организмот преку функционален пад на ткивото и/или промовирање на постапките на болеста, како што е ракот. Ова е причината зошто аберантното клонско ширење како резултат на мутации поврзани со ракот е честа појава во неракородното ткиво и се насобира со возраста. Ова е универзално кај повеќето организми и влијае на повеќе ткива.
Во хематопоетскиот оддел, мутациите вклучуваат и големи структурни хромозомски промени и точкести мутации кои влијаат на гените поврзани со ракот. Се чини дека некои транслокации се случуваат многу рано во животот. Честотата на овие настани е мала кај луѓе помлади од 50 години (<0,5%), но оваа честотата брзо се зголемува на 2% до 3% од поединците во нивните 70-ти и 80-ти години. Овој феномен била наречен клонска хематопоеза. Голем број фактори на животната средина, како што се пушењето, вирусните инфекции и изложеноста на пестициди, може да придонесат не само преку индукција на мутација, туку и со модулација на клонското ширење.
Инаку, откривањето на соматски варијанти во нормалните цврсти ткива, историски било покажано тешко. Главните причини се претежно побавниот репликативен индекс, клонско рестриктивната ткивна архитектура, тешкотијата на пристап до ткивото и ниската честота на појава на мутации. Неодамна, анализата на соматските мутации во бенигните ткива во непосредна близина на туморите открила дека 80% од примероците имаат клонски мутации, со зголемена честота поврзана со постара возраст, пушење и истовремени мутации во гените за поправка на ДНК. Со доаѓањето на масивното напоредно секвенционирање, станало сè појасно дека соматските мутации се насобирани со стареењето во нормалното ткиво, дури и кај поединци кои се без рак.
Ова наведувало дека клонските ширења поттикнати од гените за рак се речиси универзална особина на стареењето. Технологиите на масивното напоредно секвенционирање откриле дека клонските проширувања на мутациите поврзани со ракот се многу честа состојба во соматските ткива.
3 Човечки соматски варијации во мозокот
Преку неколку неодамнешни студии, истакната е преваленца на соматски варијации, и во патолошки и во здрави нервни системи.
Соматската анеуплоидија како што се варијации на еден нуклеотид и варијации на бројот на копии се особено забележани и поврзани со мозочни дисфункции кога се јавуваат во пренаталниот развој на мозокот; во секој случај, тие соматски анеуплоиди се забележани со стапки од 1,3-40%, потенцијално зголемувајќи се со возраста и поради оваа причина тие се предложени како механизам за создавање на нормална генетска разновидност меѓу невроните.
Потврдата на таа хипотеза е добиена преку студии за едноклеточно секвенционирање, кои овозможуваат директна проценка на единечни невронски геноми, така што е можна систематска карактеризација на соматските анеуплоиди и субхромозомски варијации на еден нуклеотид на овие клетки. Користејќи послесмртен мозок на здрави и болни луѓе, било можно да биде проучено како варијациите на еден нуклеотид се менуваат меѓу овие две групи. Било покажано дека соматските анеуплоиди кај здрави мозоци се доста ретки, но соматските варијации на еден нуклеотид наместо тоа не се.
Овие студии, исто така, покажале дека клонските варијации на еден нуклеотид постојат и кај патолошки и кај здрави мозоци. Ова значи дека некои варијации на еден нуклеотид може да се појават во раниот развој без да предизвикаат болести, иако, во споредба со варијациите на еден нуклеотид што се појавуваат во други видови клетки, како што се лимфобластите, оние на мозокот се почесто приватни. Овој доказ може да биде даден со фактот дека, додека лимфобластите можат да создаваат клонски варијации на еден нуклеотид за долг период додека продолжуваат да се размножуваат, возрасните неврони повеќе не се реплицираат, така што клонските варијации на еден нуклеотид што ги носат мора да се создадени во рана развојна фаза.
Податоците го истакнале тежнеењето кај невроните за загуба, наместо за добивање копии во споредба со лимфобластите. Овие разлики може да наведуваат дека молекуларните механизми на варијации на еден нуклеотид кои произлегуваат од тоа што два вида клетки се сосема различни.
3.1 Мозаицизам поврзан со L1 во мозочните клетки
Ретротранспозитонот LINE-1 (долго прошаран елемент 1, L1) е транспозон што ја колонизирал зародишната линија на цицачот. Ретротранспозиција на L1 може да биде сторена и во соматските клетки кои предизвикуваат мозаицизам и кај рак. Ретротранспозиција е постапка на копирање и залепување во кој шаблонот на РНК е ретротранскрибирана во ДНК и се интегрира по случаен избор во геномот. Кај луѓето има околу 500.000 копии од L1 и зафаќаат 17% од геномот. Нејзината информациска РНК шифрира за две белковини; еден од нив особено има активност на обратна транскриптаза и ендонуклеаза што овозможува ретротранспозиција во cis. Како и да е, најголемиот дел од овие копии се претворени во неподвижни со мутации или 5' скратување, оставајќи само околу 80-100 мобилни L1 по човечки геном и само околу 10 се сметани за топли L1, така што можат ефикасно да бидат мобилизирани.
L1 се пренесуван користејќи механизам наречен обратна транскрипција на главна цел, и може да вметне мотив на L1 ендонуклеаза, дупликации на целните места и поли-А опашка со пожелност кон цис.
Во минатото било забележано дека постои мобилизација на L1 кај нервните зачетници за време на неврогенезата на фетусот и на возрасните, што наведува дека мозокот може да биде жариште на L1 мозаицизмот. Покрај тоа, некои студии наведуваат дека, исто така, неврони кои не се делат можат да поддржат мобилизација на L1. Ова е потврдено со едноклеточни геномски студии.
Опитите за секвенционирање со спарени краеви на една клетка открија дека СЛАВ се присутни и во невроните и во глиите на хипокампусот и фронталниот кортекс . Секоја нервна клетка има слична веројатност да содржи варијација, што наведува дека соматските варијации се случаен феномен кој не е насочен на одредена група клетки. Појавата на варијацијата во мозокот е проценувана дека е од 0,58-1 варијации по клетка и вклучува 44-63% од мозочните клетки.
Бидејќи опитите покажале дека половина од анализираните варијации немаат удвојување на целното место, може да се појави друга врста варијанта поврзана со L1. Всушност, тие секвенци немаат ендонуклеазна активност, но сепак имаат ендонуклеазни мотиви за да можат да бидат ретротранспозонирани во транс.
Примена на проучувањето на соматскиот мозаицизам во мозокот може да биде следење на специфични мозочни клетки. Навистина, ако соматските вметнувања на L1 се појават во зачетна клетка, уникатната варијанта може да биде користена за следење на развојот, сместувањето и ширењето на зачетната клетка низ мозокот. Напротив, ако соматското внесување L1 се случи доцна во развојот, тоа ќе биде присутно само во една клетка или во мала група клетки. Затоа, следењето на соматските варијации може да биде корисно за да биде разбрано во која точка на развој тие се случиле. Потребни се понатамошни опити за да биде разбрана улогата на соматскиот мозаицизам во функцијата на мозокот, бидејќи мали групи клетки или дури и единечни клетки можат да влијаат на активноста на мрежата.
4 Човечки соматски варијации и имунолошкиот систем
Човечките соматски мутации интензивно се експлоатирани од имунолошкиот систем за производство на антитела. Човечките соматски мутации, особено рекомбинацијата, се навистина причината зошто антителата можат да идентификуваат епитоп со таква висока специфичност и чувствителност.
Антителата се кодирани од Б-клетките. Секое антитело е составено од два тешки синџири (IgH, кодирани од генот IGH) и два лесни синџири (IgL, кодирани од или ген IGL или IGK). Секој синџир потоа е составен од постојан регион (C) и променлив регион (V). Постојаниот регион (C) на тешкиот ланец е важен во сигнализацијата на насобран регион со точка на прекин и го одредува видот на имуноглобулинот (IgA, IgD, IgE, IgG или IgM). Променливиот регион (V) е одговорен за препознавање на целниот епитоп и е производ на постапките на рекомбинација во поврзаните локуси.
По изложување на антиген, Б-клетките почнуваат да се развиваат. Геномот на Б-клетките е подложен на повторена обработка на рекомбинација на гените Ig додека не биде усовршено препознавањето на епитопот. Рекомбинацијата го вклучува прво локусот IGH, а потоа локусите IGL и IGK. Сите гени IGL, IGK и IGH се производ на постапката на рекомбинација на V(D)J. Оваа рекомбинација ги вклучува сегментите на променливата (V), разновидноста (D) и спојувањето (J). Сите три сегменти (V, D, J) се вклучени во образувањето на тешкиот синџир, додека само V и J производите на рекомбинација кодираат за лесниот синџир.
Рекомбинацијата помеѓу овие региони овозможува образување на 10<sup>12</sup>–10<sup>18</sup> потенцијални различни секвенци. Сепак, оваа бројка е преценета, бидејќи многу фактори придонесуваат за ограничување на разновидноста на репертоарот на Б-клетките, пред сè вистинскиот број на Б-клетки во организмот.
5 Срцев мозаицизам
Во срцето е забележан соматски мозаицизам. Секвенционирањето навело мозаична варијација во белковинскиот конексин на јазот во спојување кај три пациенти од 15 може да придонесе за атријална фибрилација иако последователните извештаи кај поголем број пациенти не нашле примери меѓу голем панел на гени. Во Стенфорд, тим предводен од Јуан Ешли, покажал соматски мозаицизам во срцето на новороденче кој е јавуван со аритмија опасна по живот. Секвенционирање на геномот засновано на семејство, како и секвенционирање на ткивна РНК и техники на геномика на една клетка биле користени за да биде потврден наодот. Модел кој комбинира делумни и обични диференцијални равенки со влезови од хетерологни едноканални електрофизиолошки опити на генетската варијанта рекапитулира одредени аспекти на клиничкото претставување.
6 Поврзано
* Антитело
* Рак
* Секвенционирање на ДНК
* Мозаицизам
* Мутација
* Ретротранспозон