NHGRI Division of Intramural Research
Mikä on koiran genomi?
Koiran elimistössä on biljoonia soluja. Useimmat näistä soluista sisältävät tuman. Koirilla jokaisessa ytimessä on 38 paria autosomeja (ei-sukupuolikromosomeja), eli yhteensä 76 kromosomia plus kaksi sukupuolikromosomia (X ja Y), eli yhteensä 78 kromosomia. Hedelmöityksen aikana koira saa kummaltakin vanhemmalta yhden kopion kustakin kromosomista. Kromosomit koostuvat deoksiribonukleiinihaposta (DNA), ”elämän molekyylistä”.
DNA koostuu pienistä kemiallisista rakennuspalikoista, joita kutsutaan ”nukleotideiksi” tai ”emäksiksi” ja joita on neljää tyyppiä: adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C) ja tymiini (T). Kaikki elävät organismit, myös ihmiset, käyttävät tätä nelikirjaimista koodia. Emäkset ovat pareittain kiinteissä yksiköissä adeniini-tymiini (A-T) ja guaniini-sytosiini (G-C). Koirilla on jokaisessa solussa noin kolme miljardia emäsparia. Geenit määritellään ainutlaatuisella nukleotidisekvenssillä, joka voi olla niinkin pieni kuin sata emästä tai niinkin suuri kuin miljoona emästä. Kunkin geenin sekvenssiä kutsutaan sen ”koodiksi”. Esimerkiksi yhden geenin koodi voi johtaa proteiineihin, jotka lisäävät väriä hiusten varteen, toisen geenin koodi tuottaa entsyymejä, jotka sulattavat ruokaa, ja kolmas geeni ohjaa sairauksia vastaan taistelevien vasta-aineiden muodostumista. Tietyn geenin koodi on hyvin tarkka; yhdellä ainoalla virheellä DNA-sekvenssissä voi olla tuhoisat seuraukset koirasi terveydelle.
Jokainen 78 kromosomista sisältää koodit sadoille geeneille. Geenit koodaavat tarvittavat koneistot proteiinien valmistamiseksi, jotka puolestaan muodostavat kehon fyysisen rakenteen. Proteiineja tarvitaan kaikissa elimistön keskeisissä järjestelmissä, kuten hermostossa tai ruoansulatusjärjestelmässä. Jokaisella geenillä on tietty koodi, joka siirtyy vanhemmilta jälkeläisille. Termi ”koiran genomi” viittaa koko koiran perimän sekvenssiin, joka sisältää kaikki geenit ja niiden väliset tilat. Geenit voivat määrittää, miten koirasi kehittyy aina turkin väristä persoonallisuuspiirteisiin ja joissakin tapauksissa sairauksiin, joille koirasi on altis.
Adapted from NHGRI Intramural Publication
Support Office DNA image, koiran kuvat
courtesy of © AKC/Mary Bloom
Adapted from NHGRI Intramural Publication
Support Office blue DNA image
Adapted from NHGRI Intramural Publication
Support Office blue DNA image
Oheinen sekvenssi on esimerkkinä nukleotidijärjestelyistä: GGAAACCTGGTATA….. Tällä sivulla näytetään myös lähikuvia DNA:sta. Koiran genomin sekvenssi julkaistiin vuonna 2005 (Lindblad-Toh ym. 2005).
Geenien paikantaminen ”geenikartoituksella”
Voidakseen paikantaa kiinnostavista ominaisuuksista vastuussa olevia nukleotidisekvenssejä tutkijat joutuvat haravoimaan läpi noin 3 miljardia emäsparia, joka on koiran genomin pituus. Kaikki DNA ei sisällä geenejä. Suurin osa DNA-sekvensseistä tunnetaan ei-koodaavana DNA:na, jolla voi olla säätelytehtäviä, kuten geenien käynnistäminen tai sammuttaminen, kunkin geenin tuotantomäärän määrittäminen tai koodatun sanansaattaja-RNA:n ohjaaminen soluun. Löytääkseen mutaation, joka kontrolloi tiettyä ominaisuutta tai liittyy siihen, tutkijat vertaavat yleensä sellaisten koirien DNA:ta, joilla on kyseinen ominaisuus, niihin, joilla sitä ei ole. Tämä voi olla melko suoraviivaista, kun tutkitaan ulkonäköä kontrolloivia geenejä, mutta paljon vaikeampaa, kun tutkitaan koirien sairauksia tai käyttäytymistä (Spady ym. 2008; Parker ym. 2006).
Useimmissa genominlaajuisissa vertailuissa käytämme koirien ”SNP-sirua”, eli menetelmää, jolla luetaan kerralla yli 100 tuhatta pistettä genomissa. Uusimmassa koiran SNP-sirussa on yli 170 000 SNP:tä (kuvattu artikkelissa Vaysse ym. 2011). SNP:t eli yhden nukleotidin polymorfismit edustavat genomissa olevia yksittäisiä emäksiä, jotka mutatoituvat usein. Useimmilla niistä ei ole mitään tekemistä sairauksien kanssa, mutta ne toimivat katukyltteinä (”markkereina”) koiran genomissa navigoitaessa. Assosiaatio määritetään laskemalla kunkin markkerin esiintymistiheyden ero koirilla, joilla on sairaus tai ominaisuus, verrattuna koiriin, joilla ei ole kyseistä sairautta tai ominaisuutta. Kun SNP:n ja ominaisuuden välille on löydetty merkittävä yhteys, tutkijat tutkivat viereisiä geenejä ja sekvenssejä yrittäessään löytää varianttia tai varianttien yhdistelmää, joka vaikuttaa kiinnostavaan ominaisuuteen.
Genomin sekvensointi
Tekniikan kehittymisen ansiosta, joka on alentanut sekvensoinnin hintaa, voimme nykyään etsiä kiinnostavia mutaatioita koko genomin sekvensoinnin avulla. Viimeisten 30 vuoden aikana tutkijat ovat edistyneet geenien sekvensointiteknologiassa merkittävästi siten, että nyt on mahdollista määrittää organismin koko genomin sekvenssi muutamassa päivässä. Sekvensointitekniikka paljastaa enemmän koiran geenien salaisuuksia paljon nopeammin kuin koskaan aikaisemmin.
Tekniikalla päästään suoraan geneettisen koodin ytimeen; jokaisen geenin muodostavien kirjainemäisten emästen tarkan sekvenssin sekä geenien ympärillä ja niiden välissä olevien, säätelyä tukevien sekvenssien tulkitseminen.
Courtesy of the NHGRI Intramural Publication Support Office
Learning About Mutations
Kun tiedemiehet ovat sekvensoineet geenin, voisi luulla, että heidän työnsä on tehty, mutta se ei ole niin yksinkertaista. Nyt heidän on selvitettävä, muuttavatko geneettisessä koodissa havaitut muutokset todella geenin toimintaa. Kaikilla koirilla ei ole samanlaisia versioita samasta geenistä. Geneettistä vaihtelua tapahtuu, kun solun monistus- tai korjausmekanismeissa tehdään ”virheitä”, jotka aiheuttavat pysyvän muutoksen geenin nukleotidisekvenssissä. Nämä mutaatiot johtavat geenin muunnosmuotoihin, joita kutsutaan alleeleiksi ja jotka voivat muuttaa geenin toimintaa. Jos näitä mutaatioita on sukusoluissa, ne voivat siirtyä tuleville jälkeläisille. Useimmat geenit ohjaavat useampaa kuin yhtä toimintoa koiran sisällä. Usein se, miten yksi geeni ilmentyy eli miten se ”käynnistyy” tuottamaan proteiineja, voi vaikuttaa suoraan siihen, miten muut geenit toimivat. Hämmentävää kyllä, vaikka jotkin virheet koodissa voivat tehdä geenin toimimattomaksi ja toiset voivat lisätä tai lisätä geenin aktiivisuutta, suurimmalla osalla muutoksista on vain vähän tai ei lainkaan seurauksia. Se on usein monimutkainen arvoitus ratkaistavaksi. Tutkijat, jotka ovat aina tietoisia siitä, että ei-toivotut alleelit hyvien alleelien ohella siirtyvät vanhemmilta jälkeläisille, työskentelevät usein vuosia ymmärtääkseen proteiinin todellisen toiminnan parantaakseen tutkimiensa koirien terveyttä. Bioinformatiikan avulla, joka on tilastollinen lähestymistapa laajojen biologisten tietokokonaisuuksien ymmärtämiseen, meillä on kuitenkin käytettävissämme monia välineitä koiran perimän salaisuuksien selvittämiseksi. Uusien ja kehittyneiden lähestymistapojen avulla lahjakkaat bioinformatiikan asiantuntijat voivat vertailla suurten yksilömäärien genomisekvenssejä ja löytää yksittäisiä mutaatioita. Koiran genomiprojektissa otamme usein mallia lähestymistavoistamme ihmisen genomiprojektissa opittujen tekniikoiden pohjalta.
Geettiset sairaudet ja koiran genomi
Tutkijat ovat tunnistaneet yli 360 geneettistä häiriötä, joita esiintyy sekä ihmisillä että koirilla, ja noin 46 prosenttia näistä häiriöistä esiintyy vain yhdellä tai muutamalla rodulla. Suurimmasta osasta näistä ei ole löydetty taustalla olevaa geneettistä vammaa.
Syöpä on perinnöllinen sairaus, mutta kaikki syöpää aiheuttavat mutaatiot eivät ole periytyviä. Koiran elimistön solujen DNA:ssa voi koko elämänsä ajan tapahtua spontaaneja geneettisiä muutoksia. Vuosien mittaan näitä geneettisiä mutaatioita voi kertyä tai niitä voi esiintyä tärkeissä geeneissä. Jos yksittäiseen soluun kertyy riittävästi mutaatioita tai jos se saa vaihtelua kriittisessä geenissä, solu voi alkaa jakautua ja kasvaa hallitsemattomasti. Tällöin solu lakkaa suorittamasta sille määriteltyä tehtävää, mikä voi johtaa syöpään. On tunnistettu joitakin voimakkaita geenejä, jotka voivat käynnistää prosessin itse, usein yksinkertaisella mutaatiolla. Olet ehkä kuullut rintasyöpäalttiusgeeneistä BRCA1 ja BRCA2. Ne kuuluvat jälkimmäiseen luokkaan. Lopuksi myös ympäristötekijät vaikuttavat syövän syntyyn, kuten auringonvalolle altistuminen ja ihosyöpä ihmisillä.
Syöpädiagnoosi tehdään yleensä silloin, kun hallitsematon kasvu muodostaa solumassoja, joita kutsutaan kasvaimiksi. Jokainen solu sisältää kopion mutaantuneesta geenistä, joka on identtinen alkuperäisen mutaantuneen solun geenin kanssa. Kasvainsolut voivat siirtyä muihin elimiin ja alkaa kasvaa siellä. Tätä kutsutaan etäpesäkkeeksi. Syöpähoidon tavoitteena on tappaa kaikki kasvainsolut sairastuneessa yksilössä, sillä yksittäinen jäljellä oleva solu voi aiheuttaa syövän uusiutumisen. Sädehoitoa käytetään ”paikallishoitona”, joka on suunnattu tappamaan soluja itse kasvainkohdassa. Vastaavalla tavalla leikkausta käytetään usein kasvaimen poistamiseen. Kemoterapia on ”systeeminen hoito”, joka tappaa nopeasti kasvavia soluja sekä kasvaimessa että toivottavasti myös muihin elimiin kulkeutuneita soluja.
Tänään useimpien tautien hoito aloitetaan jälkikäteen, kun tauti on diagnosoitu. Koirilla tämä tapahtuu usein pitkälle edenneessä vaiheessa, koska ne eivät pysty kertomaan jollekin, etteivät ne voi hyvin. Perinnöllisyystutkimuksen edistymisen pitäisi parantaa tätä lähestymistapaa. Yksi jännittävimmistä mahdollisuuksista syövän tutkimuksessa onkin kyky käyttää genomiikkaa mutaatioiden tunnistamiseen ja syövän diagnosointiin ennen kuin siitä on tullut suuri ongelma. Viime kädessä toivomme voivamme tuottaa geneettisiä testejä, joilla voidaan tunnistaa haitalliset mutaatiot ennen kuin koira sairastuu. Lopuksi tiedeyhteisö toivoo voivansa tehdä yhteistyötä koirien jalostusyhteisön kanssa taudille altistavien alleelien poistamiseksi populaatioista.
Viimeisin muokattu: Viimeksi muokattu versio: tiistai, 13. helmikuuta 2018 13:07:00 EST
Leave a Reply