چندریختی تک-نوکلئوتید
چندریختی تک-نوکلئوتید (به انگلیسی: single-nucleotide polymorphism، به‌طور مخفف SNP که اسنیپ خوانده می‌شود) یک تغییر در دنبالهٔ دی‌ان‌ای است که در یک نوکلئوتید (A,C،G,T) در ژنوم بین افراد یک گونه بیولوژیکی یا بین یک جفت کروموزوم در یک فرد این نوکلئوتید تفاوت دارد. به عنوان مثال، دو دنباله از قطعات دی‌ان‌ای از دو فرد متفاوت ، AAGCCTA به AAGCTTA، در یک نوکلئوتید با هم متفاوتند. در این حالت ما میگوییم که دو الل وجود دارند: C و T. تقریباً تمام اسنیپ‌های مشترک فقط دو الل دارند.اسنیپ، معمول ترین نوع گوناگونی ژنتیکی بین انسان‌هاست.
در یک جمعیت، می‌توان یک فرکانس الل حداقلیMinor_allele_frequencyبه اسنیپها نسبت داد. بیشتر الل‌ها بین همه جوامع یافت می شود، اما برخی هم مختص یک جامعه یا تنها بخشی از سلسله اجداد آن جامعه هستند. بین جمعیت انسان‌ها تفاوتهای گوناگونی است، بنابراین یک اسنیپ الل که در یک منطقه جغرافیایی یا گروه نژادی مشترک است، ممکن است بین دیگر گونه‌ها کمتر باشد.
انواع
| انواع اسنیپها |
|---|
|
اسنیپها در حالت عادی در امتداد دی‌ان‌ای یک فرد رخ می دهند. به طور متوسط در هر ۱۰۰۰ نوکلئوتید تقریبا یک اسنیپ رخ می دهد، که با یک حساب سرانگشتی یعنی۴ الی ۵ میلیون اسنیپ در ژنوم یک فرد وجود دارد. این گوناگونی ها ممکن است منحصر به فرد باشند یا اینکه در در افراد زیادی اتفاق بیفتند؛ دانشمندان بیش از ٣٣٥ میلیون اسنیپ در جوامع مختلف جهان یافته اند؛ که البته فقط حدود ۱٥ میلیون تای آن هستند که عملا به عنوان اسنیپ قبول می شوند، به این معنی که آن گروهی که کمترین فراوانی را بین گوناگونی های اسنیپ دارد در بیش از یک درصد نمونه ها یافت می شود.
چندریختی تک-نوکلئوتید ممکن است بین یک از دسته‌های زیر بیفتد: دنبالهٔ کد در ژن‌ها، مناطق غیر کد در ژن‌ها، یا در مناطق بین‌ژنی در بین ژن‌ها. بیشتر از همه، این گوناگونی‌ها در دی‌ان‌ای بین ژن‌ها رخ می دهد. وقتی که اسنیپها درون ژن یا در یکی از منطقه های تنظیمی نزدیک ژن واقع می‌شوند، احتمال دارد که با اثر گذاشتن روی کارکرد ژن، نقش مستقیم‌تری در بیماری داشته باشند. مثلا یک تغییر در رشته دی‌ان‌ای می تواند به تغییر در دنباله پروتئینی که از آن تولید می شود منجر شود، یا ممکن است باعث شود پروتئین پیش از زمان طبیعی به پایان کار خود برسد؛البته اسنیپها درون یک دنبالهٔ کد لزوماً دنبالهٔ آمینواسید از پروتئینی که تولید شده‌است را تغییر نمی‌دهد و این به دلیل از بین رفتن کد ژنتیکی است. هم چنین اسنیپهایی که در ناحیه کد پروتئین نیستند ممکن است همچنان روی تکه کردن و نسخه‌برداری ژن تأثیر بگذارند. بیان‌هایی از ژن که از این نوع اسنیپ تأثیر پذیرفته باشند بیان‌های اسنیپی (SNP expression) نامیده می‌شوند.
اسنیپی که در آن هر دوی الل‌ها یک دنبالهٔ یکسان از پلی پپتید را تولید می‌کنند، یک چند ریختی مترادف (synonymous polymorphism) نامیده می‌شود. اگر یک دنباله پلی پپتید متفاوت تولید شود به آن چندریختی جایگذاری (replacement polymorphism) می گویند. یک چندریختی جایگذاری می‌تواند جهش بدمعنی باشد که در آن صورت منجر به آمینواسید متفاوتی خواهد شد، یا اینکه می‌تواند جهش بی‌معنی باشد که در اینصورت منجر به یک کدون خاتمه زودرس ( premature stop codon) می‌شود. بیشتر از نصف امراض جهش به علت چندریختی‌های جایگذاری هستند.
استفاده و اهمیت
اسنیپها می توانند نقش نشانه‌گذار زیستی را ایفا کرده و به دانشمندان کمک کنند مکان ژن‌هایی را که با بیماری مرتبط‌اند را پیدا کنند. بیشتر اسنیپها اثری روی سلامتی یا رشد ندارند. اما بعضی از این تفاوتهای ژنتیکی نشان داده اند که در مطالعه سلامت انسان بسیار مهم هستند. محققان اسنیپهایی پیدا کرده اند که ممکن است در پیش بینی واکنش یک فرد به داروهای خاص، حساسیت او به فاکتورهای محیطی مثل زهرابه‌ها (به انگلیسی: toxin)، و خطر ابتلا به بیماری‌های خاص مفید باشند. همچنین اسنیپها می توانند برای ردیابی ارث‌بری ژن‌های بیماری در درون خانواده‌ها مورد استفاده قرار گیرند. مطالعات آینده تلاش خواهند کرد تا ژن‌های مرتبط با بیماری‌های پیچیده مثل بیماری‌های قلبی، دیابت و سرطان را شناسایی کنند. اسنیپها همچنین به عنوان کلید مفهومی به اسم طبابت شخصی شده(به انگلیسی: Personalized Medicine)هستند. .بررسی ساختار ژنتیکی دی‌ان‌ای با استفاده از تراشه‌ها به ما اجازه می دهد که با هزینه تخمینی ١٠٠ دلار آمریکا به طور همزمان روی یک میلیون اسنیپ یک فرد خاص تست تعیین ساختار ژنتیکی انجام دهیم.
پژوهش‌های بالینی: بزرگترین کاربرد اسنیپ در زمینه پژوهش‌های بالینی، کمک به مقایسه کردن مناطق مختلف ژنوم بین افراد کوهورت ها(گروه های همکار) است (مثلا ژنوم هایی که با هم تطبیق داده شده‌اند چون همگی متعلق به نمونه‌های سالم یا بیمار هستند). برای بررسی اینکه آیا یک نوع گوناگونی خاص در ژن با یک ویژگی در دارنده‌ی آن مرتبط است یا نه. اسنیپها همچنین در نگاشت ژن‌ها در این گونه تحقیقات به عنوان نشانه‌گذار با دقت بالا مورد استفاده قرار می گیرند. تعداد زیاد اسنیپها و باثباتی به ارث رسیدن اسنیپها در طول نسل‌ها آنها را برای این کار مناسب کرده است.
پزشکی قانونی: اسنیپها اولین بار برای انطباق دادن نمونه دی‌ان‌ای پزشکی قانونی با نمونه دی‌ان‌ای مظنون مورد استفاده قرار می گرفتند؛ اما با پیدایش انگشت نگاری دی‌ان‌ای با روش های مبتنی بر تکرار پشت‌سر‌هم کوتاه(به انگلیسی: Short tandem repeat) ، این کاربرد آنها به تدریج کم‌رنگ شد. در آینده ممکن است اسنیپها در پزشکی قانونی برای پیدا کردن سرنخ‌هایی مثل رنگ چشم، رنگ مو، قومیت و غیره مورد استفاده قرار گیرند. آقای Kidd و دیگران با مطالعه روی ٤٠ گروه جمعیتی نشان داده اند که یک دنباله با ١٩ اسنیپ می تواند گروه قومیتی صاحبش را با احتمال انطباق زیاد (احتمال خطای ٧-^١٠) شناسایی کند. یک مثال از اینکه اسنیپها چگونه می توانند مفید باشند در حوزه بازسازی هنری چهره پیش از مرگ بقایای اسکلت انسان‌های ناشناس است. هرچند بازسازی چهره تنها با استفاده از جنبه‌های مردم‌شناسی هم به طور قابل‌قبولی دقیق انجام می شود، اما داده های دیگر امکان رسیدن به نمایش دقیق‌تری از رنگ چشم، پوست ، مو، و غیره را می دهند.
در وضعیتی که مقدار نمونه های پزشکی قانونی کم است یا نمونه آسیب دیده است، روش های اسنیپ می توانند جایگزین خوبی برای روش های تکرار پشت‌سر‌هم کوتاه باشند. دلیل این امر وفور نشانه گذارهای احتمالی، قابلیت اتوماتیک شدن و کاهش طول قسمت دی‌ان‌ای مورد نیاز تا حد تنها ۶۰ الی ۸۰ جفت باز است.
مطالعات مربوط به اسنیپها همچنین در محصولات دامی و برنامه‌های مربوط به آنها نیز مهم است. برای جزئیات بیشتر در مورد روش‌های مختلف مشخص کردن اسنیپها قسمت SNP genotyping را ملاحظه بفرمایید. آنها معمولاً دو اللی هستند و بنابراین مورد سنجش قرار می‌گیرند.. اسنیپها معمولاً به صورت فردی عمل نمی‌کنند، بلکه با دیگر اسنیپها همکاری می‌کنند تا شرط یک مریضی را بازنمود کنند،مثلا در پوکی استخوان، چنین اتفاقی رخ می دهد.
یک روش پیدا کردن اسنیپ، استفاده از واکنش های زنجیره‌ای پلیمراز با محوریت آلل‌هاست. در این واکنش ها هر کدام از انواع آلل ها پس از گرم شدن و جدا شدن دو رشته‌شان از هم با نوع خاصی از پرایمرها جفت می‌شوند و با انواع دیگر پرایمرها به طور قابل‌ملاحظه‌ای کمتر جفت می شوند، بنابراین براساس فراوانی پرایمرهای محلول و میزان تکثیر شدن الل‌ها می‌توان انواع اسنیپها را تشخیص داد.
مثالها
- rs6311 وrs6313 اسنیپهایی هستند در HTR2A ژن کروموزوم 13 در انسان.
- یک اسنیپ در F5ژن که موجب یک بی نظمی با گونه Factor V Leiden می‌شود.
- rs3091244 یک مثال از یک triallelic SNP در ژن CRP در کروموزوم یکم انسان است.
- کدهای TAS2R38 برای قابلیت PTC tasting, و شامل 6 اسنیپ حاشیه‌نویسی شده‌است.
پایگاههای داده
زمانی بود که وجود یک منبع موثق، جامع و عمومی از گوناگونی‌های ژنتیکی قطعیت نداشت. در حال حاضر پایگاه داده‌های متعددی وجود دارند (بیش از ۸۰۰ تا، که البته چندتای محدود مورد استفاده گسترده‌اند) که مهم ترین آنها به نام دی‌بی‌اس‌ان‌پی متعلق به مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری آمریکا است. یک پایگاه داده خوب دیگر هم پروژه بین المللی هپ‌مپ (به انگلیسی International HapMap Project) است که تلاشی برای بررسی الگوهای تکرر الل‌ها و اختلال توازن ارتباطی(به انگلیسی: Linkage disequilibrium) بین گونه‌های ژنتیکی انسان‌ها در جوامع مختلف جهان می‌باشد. SNPedia نیز یک پایگاه داده اسنیپ چند رگه‌ای با فرمت ویکی است. پایگاه دادهٔ OMIM نیز روابط بین چند ریختی‌ها را توضیح می‌دهد . پایگاه دادهٔ جهشهای ژنی انسان جهش‌هایی که با امراض ارثی انسان رابطه دارند یا علت آنها هستند و هم چنین اسنیپ‌های وظیفه‌ای را فراهم می‌کند. GWAS Central به کاربر امکان می‌دهد که به صورت شهودی روابط را در سطح خلاصه روی یک یا چند مطالعه ژنتیکی مورد بررسی قرار دهد.
نامگذاری
نامگذاری اسنیپ ممکن است کمی گیج‌کننده باشد. حالات گوناگونی برای یک اسنیپ خاص می‌توانند موجود باشند و هنوز توافق عمومی روی این مسئله انجام نشده‌است. یک راه حل این است که اسنیپها با یک پیشوند نوشته شوند. به عنوان مثال c.76A>T . باز هم مشکلاتی برای فعالیت های بیوانفورماتیک در زمینه اسنیپ وجود دارند که یکی از اساسی ترین آنها نیاز به به‌روز‌رسانی مرتب پایگاه داده‌ها و ابزارهای اسنیپ‌هاست. برای شناسایی هر اسنیپ به آن یک شناسه اسنیپ یا rsID می دهند، اما با کشف شدن اسنیپ های جدید و بهبود یافتن تناظرهای بین اسنیپها و در نتیجه گسترش یافتن پایگاه داده‌ی dbSNP، بعضا مشاهده می شود که یک اسنیپ چندین شناسه داشته است. بنابراین بسته به اینکه از چه نرم‌افزار و کدام نسخه پایگاه داده استفاده می شود، ممکن است جستجو در پایگاه داده همه نتایج مرتبط را به ما ندهد. یک ابزار متکی به وب به نام SNAP، شناسه‌های مستعار را هم در نظر می گیرد و به کاربران اجازه می دهد که تبدیل لیست‌های شناسه‌ها بین نسخه‌های مختلف dbSNP را ببینند.
پیوند به بیرون
- NCBI resources — Introduction to SNPs from NCBI
- The SNP Consortium LTD — SNP search
- NCBI dbSNP database — "a central repository for both single base nucleotide substitutions and short deletion and insertion polymorphisms"
- HGMD — the Human Gene Mutation Database, includes rare mutations and functional SNPs
- SNPedia - a wiki devoted to the medical consequences of DNA variations, including software to analyze personal genomes
- International HapMap Project — "a public resource that will help researchers find genes associated with human disease and response to pharmaceuticals"
- GWAS Central — a central database of summary-level genetic association findings
- 1000 Genomes Project — A Deep Catalog of Human Genetic Variation
- SIFT — "An online tool that predicts on the effect of SNPs on protein function"
- PolyPhen-2 - "An online tool that predicts the effect of nonsynonymous SNPs on protein function"
- MutationTaster - "Evaluates disease-causing potential of sequence alterations"
- WatCut بایگانی‌شده در ۱۸ ژوئن ۲۰۰۷ توسط Wayback Machine — an online tool for the design of SNP-RFLP assays
- SNPStats بایگانی‌شده در ۲۰۰۸-۱۰-۱۳ توسط Wayback Machine — SNPStats, a web tool for analysis of genetic association studies
- Restriction HomePage — a set of tools for DNA restriction and SNP detection, including design of mutagenic primers
- American Association for Cancer Research Cancer Concepts Factsheet on SNPs
- PharmGKB — The Pharmacogenetics and Pharmacogenomics Knowledge Base, a resource for SNPs associated with drug response and disease outcomes.
- GEN-SNiP — Online tool that identifies polymorphisms in test DNA sequences.
- Online tool that predicts on the effects of SNPs on protein function
- Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in Mouse and Rat
- HGNC Guidelines for Human Gene Nomenclature
- SNP effect predictor with galaxy integration
- Human Gene Mutation Database
- GWAS Central
منابع
- ↑ https://ghr.nlm.nih.gov/primer/genomicresearch/snp
- ↑ Stenson, PD (2009-01-22). "The Human Gene Mutation Database: 2008 update". Genome medicine. 1 (1): 13. PMID 19348700.
- ↑ https://www.nature.com/scitable/definition/single-nucleotide-polymorphism-snp-295
- ↑ Carlson, Bruce (2008-06-15). "SNPs — A Shortcut to Personalized Medicine". Genetic Engineering & Biotechnology News. Mary Ann Liebert, Inc. 28 (12). Retrieved 2008-07-06.
(subtitle) Medical applications are where the market's growth is expected
- ↑ Sachidanandam, Ravi; Weissman, David; Schmidt, Steven C.; Kakol, Jerzy M.; Stein, Lincoln D.; Marth, Gabor; Sherry, Steve; Mullikin, James C.; Mortimore, Beverley J. (2001). "A map of human genome sequence variation containing 1.42 million single nucleotide polymorphisms". Nature. 409 (6822): 928–33. doi:10.1038/35057149. PMID 11237013.
- ↑ Singh, Monica; Singh, Puneetpal; Juneja, Pawan Kumar; Singh, Surinder; Kaur, Taranpal (2010). "SNP–SNP interactions within APOE gene influence plasma lipids in postmenopausal osteoporosis". Rheumatology International. 31 (3): 421–3. doi:10.1007/s00296-010-1449-7. PMID 20340021.
- ↑ Drenkard, Eliana; Ritcher, Brent G (December 2000). "A simple procedure for the analysis of single nucleotide polymorphisms facilitates map-based cloning in Arabidopsis". Plant physiology. doi:10.1104/pp.124.4.1483. PMC 1539302.
- ↑ Chen, X; Sullivan, P F (12 May 2003). "Single nucleotide polymorphism genotyping: biochemistry, protocol, cost and throughput". The Pharmacogenomics Journal. doi:10.1038/sj.tpj.6500167.
- ↑ Morita, Akihiko; Nakayama, Tomohiro; Doba, Nobutaka; Hinohara, Shigeaki; Mizutani, Tomohiko; Soma, Masayoshi (2007). "Genotyping of triallelic SNPs using TaqMan PCR". Molecular and Cellular Probes. 21 (3): 171–6. doi:10.1016/j.mcp.2006.10.005. PMID 17161935.
- ↑ Prodi, D.A.; Drayna, D; Forabosco, P; Palmas, MA; Maestrale, GB; Piras, D; Pirastu, M; Angius, A (2004). "Bitter Taste Study in a Sardinian Genetic Isolate Supports the Association of Phenylthiocarbamide Sensitivity to the TAS2R38 Bitter Receptor Gene". Chemical Senses. 29 (8): 697–702. doi:10.1093/chemse/bjh074. PMID 15466815.
- ↑ https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/CIRCGENETICS.109.872010
- ↑ J.T. Den Dunnen (2008-02-20). "Recommendations for the description of sequence variants". Human Genome Variation Society. Retrieved 2008-09-05.
- ↑ den Dunnen, Johan T.; Antonarakis, Stylianos E. (2000). "Mutation nomenclature extensions and suggestions to describe complex mutations: A discussion". Human Mutation. 15 (1): 7–12. doi:10.1002/(SICI)1098-1004(200001)15:1<7::AID-HUMU4>3.0.CO;2-N. PMID 10612815.
- ↑ Ogino, Shuji; Gulley, Margaret L.; Den Dunnen, Johan T.; Wilson, Robert B.; Association for Molecular Patholpogy Training and Education Committtee (2007). "Standard Mutation Nomenclature in Molecular DiagnosticsPractical and Educational Challenges". The Journal of Molecular Diagnostics. 9 (1): 1–6. doi:10.2353/jmoldx.2007.060081. PMC 1867422. PMID 17251329.
- ↑