HAPLOTYPE: STUDIEMETHODEN, DIAGNOSES, ZIEKTEN, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

Een haplotype is een gebied van het genoom dat door meerdere generaties samen wordt geërfd; meestal is het allemaal op hetzelfde chromosoom. Haplotypen zijn het product van genetische koppeling en blijven intact tijdens genetische recombinatie.

Het woord "haplotype" is afgeleid van een combinatie van het woord "haploïde" en het woord "genotype". "Haploïde" verwijst naar cellen met een enkele set chromosomen en "genotype" verwijst naar de genetische samenstelling van een organisme.

Schema van de distributie van Y-chromosoom-haplotypen in Aziatische populaties (Bron: Moogalord via Wikimedia Commons) Volgens de definitie kan een haplotype een paar genen of meer beschrijven die samen op een chromosoom van een ouder worden geërfd, of het kan een chromosoom beschrijven dat volledig van een ouder is geërfd, zoals het Y-chromosoom bij mannen.

Wanneer haplotypes bijvoorbeeld genen delen voor twee verschillende fenotypische karakters, zoals haarkleur en oogkleur, zullen individuen die het gen voor haarkleur bezitten ook het andere gen voor oogkleur bezitten.

Haplotypen zijn een van de instrumenten die tegenwoordig het meest worden gebruikt voor de studie van genealogie, om de oorsprong van ziekten op te sporen, om genetische variabiliteit en de fylogeografie van populaties van verschillende soorten levende wezens te karakteriseren.

Er zijn meerdere tools voor de studie van haplotypes, een van de meest gebruikte tegenwoordig is "Haplotype map" (HapMap), een webpagina waarmee kan worden bepaald welke genoomsegmenten haplotypes zijn.

Studiemethoden

Haplotypes bieden een kans om de overerving van genen en hun polymorfisme te begrijpen. Met de ontdekking van de "Polymerase Chain Reaction" (PCR) -techniek, werd veel vooruitgang geboekt in de studie van haplotypes.

Momenteel zijn er tal van methodologieën voor de studie van haplotypes, enkele van de meest opvallende zijn:

DNA-sequentiebepaling en detectie van enkelvoudige nucleotide polymorfismen (SNP's)

De ontwikkeling van sequentietechnologieën van de volgende generatie betekende een grote sprong voorwaarts voor de studie van haplotypes. Nieuwe technologieën maken het mogelijk om variaties te detecteren tot een enkele nucleotidebase in specifieke regio's van een haplotype.

In bio-informatica wordt de term haplotype ook gebruikt om te verwijzen naar de overerving van een groep van enkele nucleotide polymorfismen (SNP's) in DNA-sequenties.

Door bio-informatica-programma's te combineren met haplotypedetectie met behulp van next-generation sequencing, kunnen de positie, substitutie en het effect van elke baseverandering in het genoom van een populatie nauwkeurig worden geïdentificeerd.

Microsatellieten (SSRS)

De microsatellieten of SSRS, ontlenen hun naam aan het Engelse "Simple Sequence Repeat and Short Tandem Repeat". Dit zijn korte nucleotidesequenties die zich opeenvolgend herhalen binnen een regio van het genoom.

Het is gebruikelijk om microsatellieten in niet-coderende haplotypes te vinden, daarom kunnen door de detectie van variaties in het aantal microsatellietherhalingen de verschillende allelen in de haplotypes van individuen worden waargenomen.

Moleculaire microsatellietmarkers zijn ontwikkeld voor de detectie van een groot aantal haplotypes, van de geslachtsbepaling van planten zoals papaja (Carica papaya) tot de detectie van menselijke ziekten zoals sikkelcelanemie.

Amplified fragment length polymorfismen (AFLP)

Deze techniek combineert amplificatie met PCR-reacties met vertering van DNA met twee verschillende restrictie-enzymen. De techniek detecteert polymorfe loci in haplotypes volgens de verschillende splitsingsplaatsen in de DNA-sequentie.

Om de techniek beter te illustreren, stellen we ons drie weefselfragmenten voor van dezelfde lengte, maar gesneden op verschillende locaties (deze fragmenten vertegenwoordigen drie PCR-geamplificeerde haplotypefragmenten).

Tegen de tijd dat de stof wordt gesneden, worden er veel stukken van verschillende afmetingen verkregen, aangezien elke stof op verschillende plaatsen wordt gesneden. Door de fragmenten te ordenen volgens het type stof waar ze vandaan komen, kunnen we zien waar de verschillen tussen de stoffen of in de haplotypes te vinden zijn.

Diagnoses en ziekten

Een belangrijk voordeel van de genetische studie van haplotypes is dat ze duizenden generaties lang bijna intact of ongewijzigd blijven, en dit maakt de identificatie mogelijk van verre voorouders en elk van de mutaties die individuen bijdragen aan de ontwikkeling van ziekten.

Haplotypen in de mensheid variëren afhankelijk van de rassen en, op basis van deze eerste, zijn genen gedetecteerd in de haplotypen die ernstige ziekten veroorzaken bij elk van de menselijke rassen.

Het HapMap-project omvat vier raciale groepen: Europeanen, Nigerianen, Yoruba, Han-Chinezen en Japanners.

Op deze manier kan het HapMap-project verschillende bevolkingsgroepen bestrijken en de oorsprong en evolutie traceren van veel van de erfelijke ziekten die elk van de vier rassen treffen.

Een van de ziekten die het vaakst worden gediagnosticeerd met behulp van haplotype-analyse, is sikkelcelanemie bij mensen. Deze ziekte wordt gediagnosticeerd door de frequentie van Afrikaanse haplotypes in een populatie te volgen.

Omdat het een ziekte is die in Afrika voorkomt, maakt het identificeren van Afrikaanse haplotypes in populaties het gemakkelijk om mensen op te sporen die de mutatie hebben in de genetische sequentie voor bètaglobines in sikkelvormige erytrocyten (kenmerkend voor de pathologie).

Voorbeelden

Met haplotypes worden fylogenetische bomen geconstrueerd die de evolutionaire relaties vertegenwoordigen tussen elk van de haplotypes die worden aangetroffen in een monster van homologe DNA-moleculen of van dezelfde soort, in een gebied met weinig of geen recombinatie.

Een van de meest bestudeerde takken van haplotypes is de evolutie van het menselijke immuunsysteem. Haplotypen die coderen voor de TOll-achtige receptor (een sleutelcomponent van het aangeboren immuunsysteem) zijn geïdentificeerd voor de genomen van de Neanderthaler en Denisovan.

Hierdoor kunnen ze volgen hoe genetische sequenties in "moderne" menselijke populaties zijn veranderd van haplotype-sequenties die overeenkomen met "oude" mensen.

Het opbouwen van een netwerk van genetische relaties van mitochondriale haplotypes bestudeert hoe het grondleggereffect optreedt bij soorten, aangezien dit wetenschappers in staat stelt te identificeren wanneer populaties zich niet meer onderling voortplanten en zich als afzonderlijke soorten vestigden.

Verspreiding van Haplotype R (Y-DNA) in inheemse populaties (Bron: Maulucioni, via Wikimedia Commons) Haplotype-diversiteit wordt gebruikt om de genetische diversiteit van in gevangenschap gefokte dieren te volgen en te bestuderen. Deze technieken worden vooral gebruikt voor soorten die in het wild moeilijk te volgen zijn.

Diersoorten zoals haaien, vogels en grote zoogdieren zoals onder andere jaguars en olifanten worden constant genetisch geëvalueerd door middel van mitochondriale haplotypes om de genetische status van populaties in gevangenschap te volgen.

Referenties

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Snelheid, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK en Foote, SJ (2006). Detectie van genoom-brede haplotype-uitwisseling met behulp van SNP- of microsatelliet-haplotype-gegevens. Menselijke genetica, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM en Kelso, J. (2016). Introgressie van Neanderthal- en Denisovan-achtige haplotypes draagt ​​bij aan adaptieve variatie in menselijke Toll-achtige receptoren. The American Journal of Human Genetics, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P., … & te Meerman, GJ (1996). Haplotype-identiteit tussen individuen die een CFTR-mutatie-allel "identiek door afstamming" delen: demonstratie van het nut van het haplotype-sharing concept voor het in kaart brengen van genen in echte populaties. Menselijke genetica, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, & Dawkins, RL (1992). Voorouderlijke haplotypes: geconserveerde MHC-haplotypes van de populatie. Menselijke immunologie, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, juni). Haplotype-inferentie beperkt door plausibele haplotypegegevens. In Annual Symposium on Combinatorial Pattern Matching (pp.339-352). Springer, Berlijn, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). De structuur van haplotype-blokken in het menselijk genoom. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. Internationaal HapMap-consortium. (2005). Een haplotypekaart van het menselijk genoom. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Mitochondriaal DNA haplotype diversiteit en oorsprong van in gevangenschap levende zandtijgerhaaien (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, en Zhang, K. (2007). Haplotype-inferentie voor huidige-afwezige genotype-gegevens met behulp van eerder geïdentificeerde haplotypes en haplotype-patronen. Bioinformatics, 23 (18), 2399-2406.
10. Jong, NS (2018). Aplastische bloedarmoede. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.