Amea molekulyar Biologiya və Biotexnologiyalar İnstitutu
Yüklə 263,93 Kb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- HapMap Human Genome Project
|
AMEA Molekulyar Biologiya və Biotexnologiyalar İnstitutu “Magistratura” pilləsi üçün “Biologiyanın müasir problemləri” ixtisas kursu üzrə SUALLAR Bioloji şəbəkələr. Bioloji şəbəkə dedikdə bioloji sistemlərin müəyyən hissəsi olan istənilən şəbəkə başa düşülür. Şəbəkə - bir-biri ilə bağlı olan hissələrin (bölmələrin) vəhdətidir. Belə sistemləri anlamaq üçün əvvlcə onun topologiyasını müəyyənləşdirmək lazımdır. Şəbəkə topologiyası dedikdə müvafiq məkanda şəbəkə elementlərinin bir-birinə nəzərən necə yerləşməsi başa düşülür. Bioloji şəbəkələri müəyyənləşdirməkdə məqsəd nədir? – Hansısa bioloji prosesin necə getdiyini, həmin prosesdə hansı iştirakçıların olduğunu və onların bir-biri ilə əlaqələrini, rolunu başa düşmək və, lazım/mümkün olarsa, müvafiq düzəliş/müdaxilə etmək. Digər nümunə kimi aşağıdakı təkamül ağacını göstərmək olar Bioloji şəbəkələrə aiddir • Qarşılıqlı təsir şəbəkəsi• Metabolik yol şəbəkəso• Tənzimləyici şəbəkə• Ekspressiya şəbəkəsi. Genlərin ekspressiyasının tənzimlənməsi (DNT-zülal qarşılıqlı əlaqə) şəbəkələri.Bu, hüceyrədə gen səviyyəsində “açmaq – bağlamaq” (switch on – switch off) kimi gen-gen və zülal-gen əlaqələridir. Əgər bir gen digər genin expressiyasına aktivləşdirmək yaxud inhibirləşdirmək, dəstək olmaq yaxud mane olmaq kimi təsir edirsə, onlar əlaqəli genlər bir şəbəkənin tərkib hissələri hesab olunur.Gen tənzimləyici şəbəkələri öyrənmək üçün müxtəlif səbəblər vardır: 1. Genlər müstəqil deyillər. Bir birini tənzimləyir, kollektiv şəkildə hərəkət edirlər. 2. Bəzi genlər digər genləri idarə edərək xarici mühitə cavab reaksiyası verilməsində iştirak edir. 3. Qıcıqlandırıcı mexanizmlərin və xəstəliklərin müalicəsində potensial kəşfdir. Protein-DNT qarşılıqlı təsirləri, bir zülalın bir DNT molekuluna bağlanması ilə baş verir, əksər hallarda DNT-nin bioloji funksiyasını, ümumiyyətlə gen ekspressiyasını tənzimləyir. DNT, RNT, və bunların kompleksləri kimi gen ekspresyonunu aktivləşdirən və ya basdıran transkripsiya faktorları vardır. Urasil-DNA-glikosilaz kimi DNT-ni düzəldən zülallar da DNT ilə sıx qarşılıqlı əlaqədə olur. DNT ilə əlaqəli zülallara - transkripsiya prosesini modulyasiya edən transkripsiya faktorları, müxtəlif polimerazlar, DNT molekullarını parçalayan nükleazlar və hüceyrə nüvəsindəki xromosom qablaşdırmada və transkripsiyada iştirak edən histonlar daxildir. DNT-ni bağlayan zülallar, nüklein turşuya bağlanmağı asanlaşdıran sink barmaq, spiral dönmə-spiral və lösin fermuarı kimi domenləri özündə birləşdirə bilər. Transkripsiya aktivatoruna bənzəyən effektorlar kimi daha qeyri-adi nümunələr də var. Hər hansı bir hüceyrədə minlərlələ aktiv zülal vardır və onlar: · metabolizmdə kimyəvi reaksiyaların fermentləri, katalizatorları kimi, · hüceyrə maşınıarının (məsələn, ribosomıarın) tərkib hissələri kimi, · gen ekspressiyasının tənzimləyiciləri,· xüsusi hüceyrə kompartamentlərində (bölmələrində) özünəməxsus rol oynayan element,· bir kompartamentdən digərinə ötürülən siqnalkimi müəyyən funksiyanı (funksiyaları) yerinə yetirir.Gen tənzimləyici və gen koekspressiyaedici şəbəkələr arasında müəyyən fərqlər mövcuddur:GTŞ – istiqamətlənmiş kənar reaksiyalar, transformasiyalar, qarşılıqlı təsir, aktivləşdirmə və ya inhibə kimi biokimyəvi prosesi təmsil edən iki geni birləşdirir. GKŞ da isə istiqamıt və genlərin növü müəyyən edilmir. GTŞ ilə müqayisədə, GKŞ genlər arasında səbəb-nəticə əlaqəsini çıxarmağa cəhd etmir və GKŞ-də kənarlar yalnız genlər arasında korrelyasiya və ya asılılıq əlaqəsini təmsil edir. Gen ko-ekspresiya şəbəkələrində modullar və ya yüksək dərəcədə əlaqəli alt bölmələr, oxşar funksiyaya malik olan və ya öz aralarında çoxlu qarşılıqlı təsirlərə səbəb olan ümumi bioloji prosesdə iştirak edən gen qrupları daxildir.Gen tənzimləmə şəbəkəsinin nəzarət prosesiA gen (və ya genetik) tənzimləyici şəbəkə (GRN) bir-biri ilə və hüceyrədəki digər maddələrlə qarşılıqlı əlaqədə olan molekulyar tənzimləyicilərin toplusudur gen ifadəsi səviyyələri mRNA və zülallar. Bunlar mərkəzi rol oynayır morfogenez, öz növbəsində mərkəzi olan bədən quruluşlarının yaradılması təkamül inkişaf biologiyası (evo-devo). Tənzimləyici ola bilər DNT, RNT, zülal və bunların kompleksləri. Qarşılıqlı təsir birbaşa və ya dolayı ola bilər (transkripsiyaya məruz qalan RNT və ya tərcümə olunmuş protein vasitəsilə). Ümumiyyətlə, hər bir mRNA molekulu müəyyən bir zülal (və ya zülal dəsti) meydana gətirməyə davam edir. Bəzi hallarda bu protein olacaqdır strukturvə hüceyrə membranında və ya hüceyrənin içərisində toplanaraq, ona xüsusi struktur xüsusiyyətləri verəcəkdir. Digər hallarda protein bir ferment, yəni qida mənbəyinin və ya toksinin parçalanması kimi müəyyən bir reaksiyanı kataliz edən mikro maşın. Bəzi proteinlər yalnız digər genləri aktivləşdirməyə xidmət edir və bunlar bunlardır transkripsiya faktorları tənzimləyici şəbəkələrdə və ya şəlalələrdə əsas oyunçulardır. İlə bağlayaraq təbliğçi bölgəni digər genlərin başlanğıcındaaçırlar, başqa bir protein istehsalına başlayırlar və s. Bəzi transkripsiya faktorları inhibitordur.[1] Təkhüceyrəli orqanizmlərdə tənzimləyici şəbəkələr xarici mühitə cavab verir və hüceyrəni bu mühitdə yaşamaq üçün müəyyən bir zamanda optimallaşdırır. Beləliklə, özünü bir şəkər həllində tapan bir maya hüceyrəsi, şəkəri alkoqola qədər emal edən fermentlər yaratmaq üçün genləri işə salacaqdır.[2] Şərab istehsalı ilə əlaqələndirdiyimiz bu proses, maya hüceyrəsinin normal şəraitdə sağ qalma perspektivlərini artıracaq şəkildə çoxalmaq üçün enerji qazanaraq həyatını necə qurduğudur. Genlərin ko-ekspressiyası (transkript-transkript) şəbəkələri.Genlərin koekspressiyası transkript transkript assosiasiya şəbəkələridir. istiqamətləndirilməmiş qrafikdir. burada hər bir düyün bir genə uyğundur və aralarında əhəmiyyətli əlaqə varsa, bir cüt qovşaq kənar ilə bağlanır. Ko ekspressiv genlər eyni transkripsiya tənzimləmə proqramı ilə və ya funksional olaraq əlaqəli zülal kompleksinin üzvləri tərəfindən idarə edilir.Gen tənzimləyici və gen koekspressiyaedici şəbəkələr arasında müəyyən fərqlər mövcuddur:GTŞ – istiqamətlənmiş kənar reaksiyalar, transformasiyalar, qarşılıqlı təsir, aktivləşdirmə və ya inhibə kimi biokimyəvi prosesi təmsil edən iki geni birləşdirir. GKŞ da isə istiqamıt və genlərin növü müəyyən edilmir. GTŞ ilə müqayisədə, GKŞ genlər arasında səbəb-nəticə əlaqəsini çıxarmağa cəhd etmir və GKŞ-də kənarlar yalnız genlər arasında korrelyasiya və ya asılılıq əlaqəsini təmsil edir. Gen ko-ekspresiya şəbəkələrində modullar və ya yüksək dərəcədə əlaqəli alt bölmələr, oxşar funksiyaya malik olan və ya öz aralarında çoxlu qarşılıqlı təsirlərə səbəb olan ümumi bioloji prosesdə iştirak edən gen qrupları daxildir. Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri. Yaxud götürün Fotosistem1 yaxud 2-nin təşkili, Ribosomların təşkili, RNT polimaerazalar və DNT polimerazaların təşkili və s. Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri (PIN) zülalların düyünlər olduğu və onların qarşılıqlı təsirlərinin istiqamətləndirilməmiş kənarları olduğu hüceyrədə mövcud olan zülallar arasında fiziki əlaqəni təmsil edir. Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqəsi (PPI) hüceyrədəki demək olar ki, hər bir proses üçün vacibdir, buna görə də PPI-ləri başa düşmək normal və xəstəlik vəziyyətlərində hüceyrə fiziologiyasını başa düşmək üçün çox vacibdir. PPI-lər müxtəlif eksperimental üsullarla aşkar edilə bilər, bunlar arasında maya iki-hibrid sistemi ikili qarşılıqlı təsirlərin öyrənilməsi üçün çox istifadə olunan bir texnikadır.Mass spektrometriyadan istifadə edərək yüksək məhsuldarlıqlı tədqiqatlar böyük zülal qarşılıqlı təsir dəstlərini müəyyən etdi. Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri (PPIN) hüceyrədəki zülallar arasında fiziki təmasların riyazi təsvirləridir. Bioloji şəbəkələr indi insan xəstəliklərini anlamaq və müalicə etmək üçün bir çox tədqiqatların başlanğıc nöqtəsidir. Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqəsi (PPI) iki və ya daha çox zülalın bioloji funksiyalarını yerinə yetirmək üçün bir-birinə birləşməsini əhatə edir. Hüceyrədəki ən mühüm molekulyar proseslərin çoxu, məsələn, DNT replikasiyası, PPI-ləri tərəfindən təşkil edilən çoxlu sayda protein komponentlərindən qurulan molekulyar maşınlar tərəfindən həyata keçirilir. Hüceyrənin eyni vaxtda və yerində meydana gələn PPI dəsti zülallar kompleksi kimi tanınır. Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqə şəbəkəsi (PPIN) onlayn verilənlər bazalarında saxlanılan PPI-lərin toplusudur. Onlardan bəziləri uman Protein Reference Database, Database of Interacting Proteins, the Molecular Interaction Database (MINT), IntAct, and BioGRID. FunCoup və STRING bu cür verilənlər bazalarına misaldır, burada çoxsaylı sübutlardan əldə edilən zülal-zülal qarşılıqlı əlaqəsi toplanaraq ictimai istifadəyə verilir. PPIN-ləri başa düşmək, onları dərmanlarla hədəf almağa imkan verir. PPIN-lər yeni xüsusiyyətlərə malik bioloji sistemlər yaratmağı vəd edən sintetik biologiyanın inkişaf etməkdə olan sahəsində də rol oynayır və şəbəkə modulları mövcuddur (http://parts.mit.edu). Metabolik şəbəkələr. Hüceyrələr bir sıra biokimyəvi reaksiyalar vasitəsilə qida və qida maddələrini hüceyrə emal üçün lazım olan kiçik molekullara parçalayır. Bu biokimyəvi reaksiyalar fermentlər tərəfindən kataliz edilir. Bütün bu biokimyəvi reaksiyaların bütün yollardakı tam dəsti metabolik şəbəkəni təmsil edir. Metabolik şəbəkə daxilində kiçik molekullar düyünlərin rolunu alır və onlar ya karbohidratlar, lipidlər və ya amin turşuları ola bilər. Bu kiçik molekulları bir formadan digərinə çevirən reaksiyalar kənarlar şəklində təmsil olunur. Seçmənin metabolik yollarda necə hərəkət etdiyini müəyyən etmək üçün şəbəkə analizlərindən istifadə etmək mümkündür. Metabolik şəbəkə hüceyrənin fizioloji və biokimyəvi xüsusiyyətlərini təyin edən metabolik və fiziki proseslərin tam məcmusudur. Beləliklə, bu şəbəkələr maddələr mübadiləsinin kimyəvi reaksiyalarını, metabolik yolları, həmçinin bu reaksiyalara rəhbərlik edən tənzimləyici qarşılıqlı təsirləri ehtiva edir. Tam genomların ardıcıllığı ilə indi bakteriyadan insana qədər bir çox orqanizmdə biokimyəvi reaksiyalar şəbəkəsini yenidən qurmaq mümkündür. Bu şəbəkələrdən bir neçəsi onlayn mövcuddur: Genlər və Genomların Kyoto Ensiklopediyası (KEGG),[1] EcoCyc,[2] BioCyc[3] və metaTIGER.[4] Metabolik şəbəkələr maddələr mübadiləsini öyrənmək və modelləşdirmək üçün güclü vasitədir. Metabolik şəbəkələr xəstə xəstələrdə komorbidlik nümunələrini aşkar etmək üçün istifadə edilə bilər.[5] Piylənmə və diabet kimi müəyyən xəstəliklər eyni fərddə eyni vaxtda ola bilər, bəzən bir xəstəlik digər xəstəlik üçün əhəmiyyətli risk faktoru olur.[6] Xəstəliyin fenotiplərinin özləri normal olaraq hüceyrənin parçalana bilməməsi və ya əsas substratı istehsal edə bilməməsinin nəticəsidir. Bununla belə, bir reaksiyada ferment çatışmazlığı digər sonrakı reaksiyaların axınına təsir göstərə bilər. Bu kaskad təsirlər sonrakı reaksiyalarla əlaqəli metabolik xəstəlikləri birləşdirir və bu da komorbidlik təsirləri ilə nəticələnir. Beləliklə, metabolik xəstəlik şəbəkələri, əlaqəli reaksiyalar səbəbindən iki pozğunluğun bağlı olub olmadığını müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər. Növdaxil və növlərarası əlaqə şəbəkələri. Növlər arası qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri Biologiyada ikili qarşılıqlı əlaqə tarixən intensiv tədqiqatların mərkəzində olmuşdur. Şəbəkə elminin son nailiyyətləri ilə, daha böyük ekoloji şəbəkələrin strukturunu və funksiyasını anlamaq üçün bir çox qarşılıqlı əlaqədə iştirak edən bir çox növlərin fərdlərini daxil etmək üçün qarşılıqlı əlaqəni genişləndirmək mümkün olmuşdur. Şəbəkə təhlilinin istifadəsi həm bu mürəkkəb qarşılıqlı əlaqənin sistem şəbəkəsi daxilində bir-biri ilə necə əlaqəli olduğunu kəşf etməyə və anlamaq imkanı verə bilər.Bu güclü alət eyni ümumi çərçivədən istifadə edərək müxtəlif növ qarşılıqlı əlaqəni (rəqabətlidən kooperativə qədər) öyrənməyə imkan verir. Məsələn, bitki-tozlandırıcı qarşılıqlı əlaqə qarşılıqlı faydalıdır və çox vaxt çoxlu müxtəlif növ tozlayıcıları, eləcə də çoxlu müxtəlif növ bitkiləri əhatə edir. Bu qarşılıqlı əlaqə bitkilərin çoxalması və beləliklə, birincili konsumentlər üçün qida zəncirinin əsasında resursların toplanması üçün çox vacibdir, lakin bu qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri antropogen dəyişikliklərlə təhdid edilir. Şəbəkə təhlilinin istifadəsi tozlandırma şəbəkələrinin necə işlədiyini aydınlaşdıra bilər və öz növbəsində mühafizə səylərini məlumatlandıra bilər.Tozlandırma şəbəkələri daxilində yuva qurma (yəni, mütəxəssislər generalistlərin qarşılıqlı əlaqədə olduğu növlərin bir hissəsi ilə qarşılıqlı əlaqədə olur), artıqlıq (yəni bitkilərin çoxu bir çox tozlayıcılar tərəfindən tozlanır) və modulluq şəbəkə sabitliyində böyük rol oynayır.[28][29] Bu şəbəkə xassələri əslində sistem vasitəsilə pozucu təsirlərin yayılmasını yavaşlatmaq və tozlanma şəbəkəsini antropogen dəyişikliklərdən bir qədər bufer etmək üçün işləyə bilər. Növ daxilində qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri Şəbəkə təhlili fərdlər arasında assosiasiyaların kəmiyyətini müəyyən etmək qabiliyyətini təmin edir ki, bu da növ və/yaxud populyasiya səviyyəsində bütövlükdə şəbəkə haqqında təfərrüatları çıxarmağa imkan verir.[34] Şəbəkə paradiqmasının ən cəlbedici xüsusiyyətlərindən biri o olardı ki, o, heyvanların bütün səviyyələrdə (fərdi, dyad, qrup, əhali) və bütün növ qarşılıqlı əlaqə üçün (aqressiv, kooperativ, cinsi əlaqə) sosial təşkili üçün vahid konseptual çərçivə təmin edir. və s.) öyrənilə bilər. Həşəratlardan tutmuş primatlara qədər bir çox taksonda etologiya ilə maraqlanan tədqiqatçılar öz tədqiqatlarına şəbəkə analizini daxil etməyə başlayırlar. Sosial həşəratlarla (məsələn, qarışqalar və arılar) maraqlanan tədqiqatçılar koloniyalarda əmək bölgüsü, tapşırıqların bölüşdürülməsi və yem axtarışının optimallaşdırılmasını daha yaxşı başa düşmək üçün şəbəkə analizlərindən istifadə etmişlər. Digər tədqiqatçılar qrup və/və ya əhali səviyyəsində xüsusi şəbəkə xüsusiyyətlərinin fərdi səviyyəli davranışları necə izah edə biləcəyi ilə maraqlanırlar. Tədqiqatlar heyvan sosial şəbəkə quruluşuna ətraf mühitin xüsusiyyətlərindən tutmuş fərdin xüsusiyyətlərinə qədər, məsələn, inkişaf təcrübəsi və şəxsiyyət kimi dəyişən amillərin necə təsir edə biləcəyini nümayiş etdirdi. Fərd səviyyəsində sosial əlaqələrin nümunəsi həm sağ qalmağı, həm də reproduktiv uğuru proqnozlaşdıraraq, uyğunluğun mühüm təyinedicisi ola bilər. Əhali səviyyəsində şəbəkə strukturu ekoloji və təkamül proseslərinin modelləşdirilməsinə təsir göstərə bilər, məsələn, tezlikdən asılı seçim, xəstəlik və məlumat ötürülməsi Zülal-zülal qarşılıqlı əlaqə şəbəkələri. İnsan genomunun annotasiyasının mövcud statusu. Insan genomunda (GRCh38.p12) 19559 zülal kodlaşdıran gen (o cümlədən, xərçəng xəstəliyi ilə əlaqəli 702 gen – onlardan 576 gen – “driver” gen) annotasiya olunmuşdur. Mövcud biliklərə görə, insanın 19559 zülal geninin 18644-ünün siçan ortoloqu vardır. Son 10 ildə aparılan tədqiqatlar göstərmişdir ki, eukariot genomlarının transkripsiyası nəticəsində yaranan transkriptlərin az hissəsi (25-30%) zülallara translyaisya olunur. Uzunluğu 200 nukleotiddən az olmayan və, bəzi istisnalar olmaqla, translyasiya olunmayan RNT ardıcıllıqları – uzun kodlaşdırmayan RNT-lərin (long non-coding RNAs, lncRNA) hüceyrələrdə müxtəlif mühüm funksiyalar yerinə yetirməsi artıq məlumdur yaxud gümün olunur. Həmçinin aşkar olmuşdur ki, uzun kodlaşdırmayan RNT-lər bir çox hallarda zülal genlərinin qonşuluğundakı DNT nahiyyələrinin transkripsiyasının nəticəsində yaranır. Bu günə qədər insan genomunda funksiyas; məlum olan yaxud olmayan 107039 kodlaşdırmayan uzun RNT ardıcıllıqları annotasiya olunmuşdur. İnsan genomunda ən azı, 19559 zülal geni kodlaşdırılır (GRCh38.p12 annotasiyası; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCF_000001405.38/). Mövcud biliklərə görə, 700-dən çox zülal geni bu və ya digər dərəcədə xərçəng xəstəliyi ilə bağlıdır (Catalogue of Somatic Mutations in Cancer, COSMIC; https://cancer.sanger.ac.uk/census/). Lakin xərçəng xəstəliyinin genetik səsbəblərini yalnız bu genlərlə bağlamaq inandırıcı görünmür. Birbaşa yaxud dolayısı yolla xərçəng xəstəliyinə aidiyyəti olan bır sıra proseslərlə (DNT-nin replikasiyası və hüceyrə tsikli, apoptozis və s.) genetik tənzimlənməsi ilə bağlı başqa zülal və kodlaşdırmayan RNT genlərinin, fuknsional rolu məlum olayan digər genom nahiyyələrinin xərçəng xəstəlyinin induksiyası, metastazı və supressiyasına təsir etməsini istisna etmək olmaz. Belə ki, son 10 ildə aparılan tədqiqatlar göstərmişdir ki, eukariot genomlarının transkripsiyası nəticəsində yaranan transkriptlərin az hissəsi (25-30%) zülallara translyaisya olunur. Məsələn, uzunluğu 200 nukleotiddən az olmayan və, bəzi istisnalar olmaqla, translyasiya olunmayan RNT ardıcıllıqları – uzun kodlaşdırmayan RNT-lərin (long non-coding RNAs, lncRNA) hüceyrələrdə müxtəlif mühüm funksiyalar yerinə yetirməsi artıq məlumdur yaxud gümün. Bu günə qədər insan genomunda funksiyas; məlum olan yaxud olmayan 107039 kodlaşdırmayan uzun RNT ardıcıllıqları annotasiya olunmuşdur. Aşkar olunmuşdur ki, bir sıra hallarda lncRNA ardıcıllıqları xərçəng xəstəliyi ilə bağlıdır. İnsanın təxminən cəmi neçə geni var? (Cavabı izah etməli). 2001-ci ildə insan genomunun ilk variantları təqdim olunanda alimlər düşünürdü ki, tezliklə “Neçə genimiz var?”, “Hüceyrələrimizdə cəmi neçə müxtəlif zülal sintez olunur?” suallarına cavab tapılacaq. Lakin 20 il keçib, bu suallar hələ də cavabsızdir. Mülahizələr söylənirdi ki, 100000, 31000, 27000, 24000 və nəhayət, 19000 zülal genimiz var. Eukariotlarda alternativ splaysinq, transkripsiyanın alternativ inisiasiyası və terminasiyası nəticəsində bir gendən çoxsaylı fərqli transkriptlər və fərqli zülallar törənə bilər. İntronların və uzun kodlaşdırmayan RNT-lərin tərkibində də zülal genləri ola bilər. Əksər eukariot zülallarının sintezinin inisiasiya nöqtələri mRNT-lərin əvvəlində yerləşən “KEP”-dən asılı skan müxanizmi ilə müəyyən olunur və KEP-in yaxınlığında yerləşir. Lakin “ribosomların daxili giriş saytları” sayəsində translyasiya mRNT-nun KEP-dən uzaq nöqtələrində də başlaya bilər. Belə zülalların əksəriyyət “qaranlıq proteom”-a daxil edilirlər. Məsələn, Swiss-Prot resurslarındakı 478000 zülalın 44-54%-i qeyd olunan mənada hələ də “qaranlıqdadırlar”. Bütün insan genlərini müəyyən etmək çətinliyi hələ də qarşımızdadır. Mövcud vəziyyətlə bağlı problem ondan ibarətdir ki, son 15 il ərzində yalnız iki qrup dominant gen siyahılarına nəzarət edib: NIH-də Milli Biotexnologiya İnformasiya Mərkəzi (NCBI) tərəfindən saxlanılan RefSeq və Ensembl/Gencode. Avropa Molekulyar Biologiya Laboratoriyası (EMBL) tərəfindən saxlanılır. Bütün bu müddətdən sonra belə - çox irəliləyişlərə baxmayaraq - bu gün iki kataloqda zülal kodlayan genlərin siyahıları, lncRNA-ları və bir-birindən ayrıldıqları genlərin bir çox kateqoriyası (məsələn, mikroRNT və antisens RNT) arasında yüzlərlə uyğunsuzluq var. daha da irəli, bəzən hətta genin növü ilə bağlı razılığa gəlmir. İki kataloq da hələ də inkişaf edir; məsələn, təkcə son bir ildə yüzlərlə protein kodlayan gen Gencode siyahısına əlavə edilib və ya silinib. Bu fikir ayrılıqları hərtərəfli insan gen kataloqu yaratmaqda davam edən problemi vurğulayır. İnsanın təxminən cəmi neçə zülal geni var? (Cavabı izah etməli).. Gen — canlılarda nəsildən nəsilə bioloji xassələrin ötürülməsi prosesinin yəni irsi genetikanın əsas vahididir. Nuklein turşularının (DNT, RNT) müəyyən bir hissəsi olub nukleotid ardıcıllğındaki informasiya vasitəsilə müəyyən zülal yaxud funksional RNT əmələ gətirir. Genlər fenotipik xassələrin ata-anadan oğul-qıza ötürülməsinin, fərdlər arasındakı bənzərliklərin əsasını təşkil edir.İnsan genomunda təxminən 25.000-30.000 protein-kodlaşdırıcı gen olduğu müəyyənləşdirilmişdir. Həmçinin son zamanlarda müəyyənləşdirilib ki, bütün genlər protein kodlaşdırmır. Salzberg və əməkdaşları cəmi insanda 46.831 gen olduğunu bildirirlər İnsanın təxminən cəmi neçə xərçəng geni var? (Cavabı izah etməli). Xərçəng geni, çoxalmanı məhdudlaşdırmadan fərqli bir hüceyrə kimi davranmağa başlayan hüceyrələrdən ibarətdir. Xərçəng,bədxassəli neoplazma kimi də tanınır. DNT-də "xərçəng bastırıcıları" olaraq bilinən genlər var. Bu genlər bütün canlı orqanizmlərdə mövcuddur. Hal-hazırda epigenetika elmi bu genləri öyrənir.Alimlər müəyyən ediblər ki, bu patoloji halın başlanmasının ilkin mərhələsində mutasiyaların yarısında 9 eyni gen olur. Bu genlərin tərikibdəki hüceyrələr çox sürətlə və nizamsız şəkildə bölünərək çoxalır və yayılır. "Nature" jurnalında dərc olunmuş araşdırmada xərçəngin 38 növündəki 2658 şişin genetik kodu analiz edilib.Xəstəliyin simptomları üzə çıxmadan təsbit edilə biləcək xərçəng növləri arasında yumurtalıq və beyin xərçəngi var. Hansı ki, bu xəstəliyin diaqnozu simptomları bilinmədən qoyula bilər.Xərçəngin müalicəsi xərçəngin növündən, mərhələsindən, xəstənin yaşından, sağlamlıq durumdan və əlavə şəxsi xüsusiyyətlərindən asılıdır. Xərçəngin müalicəsinin tək bir üsulu yoxdur, xəstələrə adətən müalicələr kombinasiyası və palliativ qayğı göstərilir. Müalicələr adətən əməliyyat, şüalanma, kimyaterapiya, immunoterapiya, hormon yaxud gen terapiyası ilə aparılır Hazırda dünyada xərçəng xəstəsi olan insanların sayı sürətlə artır. Xərçəng Tədqiqatları üzrə Beynəlxalq Agentliyin məlumatına görə, dünyada 40 milyondan çox xərçəng xəstəsi vardır. Təkcə 2018-ci ildə təxminən 18 milyon insan xərçəng xəstəsi kimi qeydə alınmışdır və bu səbəbdən 9,6 milyon insan dünyasını dəyişmişdir. Buna görə xərçəng xəstəliyinin səbəblərinin aydınlaşdırılması, diaqnozu və müalicəsi üçün səmərəli üsulların yaradılması üzrə tədqiqatlar geniş vüsət almışdır. Hazırda xərçəng xəstəliyinin 33 tipi və 200-dən artıq forması məlumdur. Mövcud biliklərə görə bu xəstəliyinin törənməsi (1) ətraf mühit amilləri, (2) həyat tərzi və (3) genetik dəyişikliklərlə bağlıdır. Xərçəng xəstəliyinin yaranmasına aidiyyəti olan 702 gen müəyyənləşdirilmişdir və onların 575-i idarəedici genlərdir - xərcəng xəstəliyinin tipini, formasını və metastaz vermə dərəcəsini müəyyən edir. Genetik dəyişikliklər xromosom mutasiyaları, gen mutasiyaları və genlərin ekspressiyasının pozulması ola bilər. İnsanın zülal genlərinin, mRNT-lərinin və zülallarının (polipeptidlərinin) sayı eynidirmi? (Cavabı izah etməli). Genomların eskpressiyasının ilk, həlledici mərhələsi transkripsiyadır. Genomun hansı hissələrinin nə vaxt, harada və necə transkripsiya olunması RNT polimerazalar, transkripsiya faktorlari və promotorlar vasitəsi ilə tənzimlənir. Bütün zülal genləri, həmçinin kodlaşdırmayan RNT ardıcıllıqlarının əksəriyyəti RNT polimeraza II (Pol II) vasitəsi ilə transkripsiya olunur. Pol II promotorları proksimal və distal rayonlardan ibarətdir; proksimal promotorun transkripsiya start saytı (TSS) və onun 200-300 nc uzunluğunda 5’-nahiyyəsi (əsasən) core-promotor adlanır. Uzun müddət belə hesab olunurdu ki, promotorlar bir-istiqamətlidirlər, yəni onlar DNT-nin yalnız bir zəncirinin transkripsiyasını inisiasiya edirlər. Lakin son on ildə məlum olmuşdur ki, insan və digər eukariotlarda çoxsaylı iki-isitqamətli promotorlar mövcuddur. Belə promotorlar əksər hallarda DNT-nin əks zəncirlərində yaxın (bir neçə yüz nukleotid cütü məsafəsində) yerləşən qonşu nahiyyələrin razılaşdırılmış surətdə (simultaneous) transkripsiya olunmasını yaxud olunmamasını təmin edirlər. Razılaşdırılmış transkripsiya isə bütöv genomun müəyyən nahiyyələrinin (o cümlədən, genlərinin) birgə ekspressiyasının tənzimlənməsinin əsas mexanizmlərindən biridir. Epigenetika.Epigenetika termini 1942-ci ildə Şotlandiya genetikçisi Conrad Hal Waddington tərəfindən öyrənilmişdir. genlərin və ətraf mühitin əlaqələrinin öyrənilməsi əsəri buna misaldır. Waddington'a görə epigenetika inkisaf müddətində genotipin fenotipi necə yaratdığını öyrənən elmdir. Epigenetika yunan sözü olub epi- qarşısında üstündə, genezis isə doğan mənasını verir. [5] Epigenetikanın öyrənilməsinin əhəmiyyəti, həyat proseslərini araşdırmaq və anlamaq yaşlanma, zehni prosesləri öyrənməyə təkan vermişdir.Yaşlanmanı anlamaq üçün bir tətbiq olaraq, bioloji yaş göstəriciləri olaraq qan hüceyrələrindəki DNT metilləşməsi nümunələrindən istifadə edilir. Bəzən xronoloji yaş bioloji yaşla üst-üstə düşmür və bu nümunədən istifadə ilə xəstənin sağlamlıq vəziyyətini və ölüm göstəricilərini daha konkret şəkildə bilmək mümkündür.Epigenetika elmi bugünümüzdə embriologiya, metabolizm, kompleks xəstəliklər, biopsixologiya, antropologiya, vs. ilə sıx əlaqəlidir. Genləriniz sağlamlığınızda mühüm rol oynayır, eyni zamanda davranışlarınız və ətrafınız, məsələn, nə yediyiniz və nə qədər fiziki aktiv olduğunuz kimi. Epigenetika davranışlarınızın və ətraf mühitinizin genlərinizin işinə təsir edən dəyişikliklərə necə səbəb ola biləcəyini öyrənir. Genetik dəyişikliklərdən fərqli olaraq, epigenetik dəyişikliklər geri dönə biləndir və sizin DNT ardıcıllığını dəyişmir, lakin bədəninizin DNT ardıcıllığını necə oxuduğunu dəyişə bilər. Epigenetik dəyişikliklər genlərin aktiv və ya söndürüldüyünü müəyyən etməyə kömək etdiyi üçün hüceyrələrdə zülalların istehsalına təsir göstərir. Bu tənzimləmə hər bir hüceyrənin yalnız öz funksiyası üçün zəruri olan zülalları istehsal etməsinə kömək edir. Məsələn, sümük böyüməsini təşviq edən zülallar əzələ hüceyrələrində istehsal olunmur. Epigenetik modifikasiyanın nümunələri fərdlər arasında, fərdin müxtəlif toxumalarında və hətta toxumanın müxtəlif hüceyrələrində dəyişir. Ətraf mühitin təsirləri, məsələn, insanın pəhrizi və çirkləndiricilərə məruz qalması epigenoma təsir göstərə bilər. Epigenetik modifikasiyalar hüceyrələr bölündükcə hüceyrədən hüceyrəyə saxlanıla bilər və bəzi hallarda nəsillər vasitəsilə miras qala bilər. Epigenetik modifikasiyanın ümumi növü DNT metilasiyası adlanır. DNT metilasiyası metil qrupları adlanan kiçik kimyəvi qrupların (hər biri bir karbon atomundan və üç hidrogen atomundan ibarətdir) DNT tikinti bloklarına bağlanmasını nəzərdə tutur. Bir gendə metil qrupları mövcud olduqda, o gen söndürülür və ya susdurulur və bu gendən heç bir protein istehsal olunmur. Digər ümumi epigenetik dəyişiklik histon modifikasiyasıdır. Histonlar hüceyrə nüvəsindəki struktur zülallardır. DNT histonları əhatə edərək xromosomlara öz formalarını verir. Histonlar, metil qrupları və ya asetil qrupları (hər biri iki karbon, üç hidrogen və bir oksigen atomundan ibarətdir) kimi kimyəvi qrupların əlavə edilməsi və ya çıxarılması ilə dəyişdirilə bilər. Kimyəvi qruplar, DNT-nin histonların ətrafına nə qədər sıx şəkildə sarıldığına təsir edir ki, bu da genin açılıb-söndürülməsinə təsir edir. Epigenetik prosesdəki səhvlər, məsələn, yanlış genin modifikasiyası və ya müəyyən bir gen və ya histona kimyəvi qrupun əlavə edilməməsi, anormal gen aktivliyinə və ya hərəkətsizliyə səbəb ola bilər. Dəyişmiş gen fəaliyyəti, o cümlədən epigenetik xətaların səbəb olduğu, genetik pozğunluqların ümumi səbəbidir. Xərçənglər, metabolik pozğunluqlar və degenerativ pozğunluqlar kimi vəziyyətlərin epigenetik səhvlərlə əlaqəli olduğu aşkar edilmişdir. Alimlər genom və onu dəyişdirən kimyəvi birləşmələr arasındakı əlaqəni araşdırmaqda davam edirlər. Xüsusilə, epigenetik modifikasiyaların və səhvlərin gen funksiyasına, zülal istehsalına və insan sağlamlığına təsirini öyrənirlər. Genlərin ko-transkripsiyası və differensial ekspressiyası. Genlərin ko-transkripsiyası şəbəkələri naməlum funksiyaya malik genləri bioloji proseslərlə əlaqələndirmək, namizəd xəstəlik genlərini prioritetləşdirmək və ya transkripsiya tənzimləmə proqramlarını ayırd etmək üçün istifadə edilə bilər. Transkriptomikada və yeni nəsil ardıcıllıqda son nailiyyətlərlə RNT ardıcıllığı məlumatlarından qurulan ko-transkripsiyası şəbəkələri kodlaşdırılmayan genlər və splice variantları üçün funksiyalar və xəstəlik assosiasiyaları haqqında nəticə çıxarmağa imkan verir. Genlərin ko-transkripsiyası şəbəkələri adətən səbəb əlaqəsi haqqında məlumat verməsə də, diferensial ko-transkripsiyası analizi üçün ortaya çıxan üsullar müxtəlif fenotiplərin altında yatan tənzimləyici genlərin müəyyən edilməsinə imkan verir. Eukariotlarda translyasiya prosesi və onun tənzimlənməsi. Prokariotlarda translyasiya prosesi və onun tənzimlənməsi. Prokariotlarda və eukariotlarda transkripsiya prosesinin ümumi və fərqli cəhətləri. 18.Populyasiya və genom tədqiqatlarının əsas məqsədi, subyektləri və metodları. Son zamanlarda bir sıra kəşflərin, ixtiraların, texnologiyaların, elmin müasir sahələrinin yaranması elmi tədqiqatların klassik təsnifatlarına yeni baxışların yaranmasını zəruri etdi. Belə sahələrdən biri də populyasiya və genomların tədqiqi sahələrdir. Fərqli tədqiqat üsullarınln olmasına baxmayaraq hal-hazırda onların inkişafını bir birindən ayrı təsəvvür etmək olmaz. Populyasiya tədqiqatlarının məqsədi populyasiyanın əsas tərkib komponentti olan növün bir qrup fərdlərini tədqiqata cəlb edərək populyasiyanın ümümi və digər populyasiyadan fərqlənən xüsusiyyətlərini*təkamülünü taksonomik statusunu*miqrasiyanı fizioloji halını və (irsi və qeyri-irsi) xəstəliklərini digər populyasiyalarla münasibətini*qarşılıqlı təsir qanunauyğunluqlarını öyrənir Genom tədqiqatlarının əsas məqsədi*təkamüca müxtəlif pillələrdə dayanan orqanizmlərin genomlarının oxunması*oxunan genomların quruluş və funksiyalarının öyrənilməsi*genomun ekspressiyalarınln tənzimlənməsi*genetik informasiyaların realizasiya mexanizmlərinin araşdırılmasl*alınmış RNT və zülal təbiətli maddələrin orqanizmlərin həyat fəaliyyətində rolunun və işləmə mexanizmlərinin tədqiqi*müxtəlif orqanizmlərə məxsus olan genom informasiyalarının müqayisəsi yolu ilə genomların təkamül xüsusiyyətlərinin araşdırılması alınan nəticələrin biologiya və tibbin müxtəlif sahələrində tətbiqiimkanlarının qiymətləndirilməsi və tətbiqin həyata keçirilməsidir.Populyasiya tədqiqatları tibb və biologiya tədqiqatlarının böyük bir istiqamətdirPoulyasiya təd. populyasiya dinamik və statistik prosesləri, tarixi dəyişkənliyi öyrənərək ümumi nəticələr çıxarmağa,modellər, nəzəriyyələr irəli sürməyə imkan verən bütün təcrübi və nəzəri metodlardan istifadə edir. 19.Populyasiya tədqiqatlarının əsas problemləri. Populyasiya tədqiqatlarının məqsədi populyasiyanın əsas tərkib komponentti olan növün bir qrup fərdlərini tədqiqata cəlb edərək*populyasiyanın ümümi və digər populyasiyadan fərqlənən xüsusiyyətlərin*təkamülünü*taksonomik statusunu*miqrasiyanı*fizioloji halını və (irsi və qeyri-irsi) xəstəliklərini*digər populyasiyalarla münasibətini*qarşılıqlı təsir qanunauyğunluqlarını öyrənir Populyasiya səviyyəsində aparılan tədqiqatlarda nümünəlırərin götürülməsində, tədqiq olunan parametrlərin təyinndə meydana çıxan əsas eksperimental problemlər :~Say etibarı ilə həmişə təmsilçi Populyasiya nümunəsini seçmək olmur~ Fiziki - kimyəvi parametrlərin dəqiq ifadəsini əldə etmək üçün tədqiq olunacaq Populyasiya nümunəsini normallaşdırmaq həmişə mümkün olmayıb~Bəzi keyfiyyət göstəricilərinin dəyişməsini heç də həmişə kəmiyyətcə ifadə etmək olmur~ Bəzi hallarda ölçülən göstəricilərin qiymətləri statistik etibarlı olmur Yaşadığı arealdan asılı olaraq eyni Populyasiya nümunələrində kifayət qədər ciddi fenotiopik və genotipik dəyişkənliklərin olması öyrənilərək əlamətin dəqiq qiymətləndirilməsi üçün populyasiyanin bir neçə nümunəsinin analiz olunmasını tələb edir~ Populyasiya tədqiqatlarının həddən artıq bahalı olması onların aparılmasını məhdudlaşdırır. 20.Genom tədqiqatlarının əsas problemləri.Genom tədqiqatlarının əsas məqsədi*təkamüca müxtəlif pillələrdə dayanan orqanizmlərin genomlarının oxunması*oxunan genomların quruluş və funksiyalarının öyrənilməsi*genomun ekspressiyalarınln tənzimlənməsi*genetik informasiyaların realizasiya mexanizmlərinin araşdırılmasl*alınmış RNT və zülal təbiətli maddələrin orqanizmlərin həyat fəaliyyətində rolunun və işləmə mexanizmlərinin tədqiq*müxtəlif orqanizmlərə məxsus olan genom informasiyalarının müqayisəsi yolu ilə genomların təkamül xüsusiyyətlərinin araşdırılması*alınan nəticələrin biologiya və tibbin müxtəlif sahələrində tətbiqiimkanlarının qiymətləndirilməsi və tətbiqin həyata keçirilməsidir.Genom tədqiqatlarının aparılmasında bir sıra texniki və sosial - etik problemlər ortaya çıxır~Genom tədqiqatları bahalı cihazlarda, bahalı reaktiv kütlənin köməyi ilə aparılır~ Tədqiqatların aparılmasında cihazlara nəzarət edəcək bir sıra yüksək ixtisaslı kadrlara, təcrübəçi alimlərə,nəticələri işləyə biləcək mütəxəssislərə ehtiyac vardır~Populyasiya səviyyəsində aparılan genom tədqiqatlarınıda korrekt Populyasiya nümunəsininin seçilməsi, tədqiqat üçün hazırlanması, və nəticələrin düzgün işlənməsi şərtlərdındir.~Tibbi yönümlü genom tədqiqatlarında nümunələrin əldə edilməsində sosial etik məsələrdə nəzərə alınaraq nümunələrin beynəlxalq etika normalarına uyğun şəkildə toplanması vacibdir~ Genom tədqiqatlarında sonrakı tətbiq mərhələlərində də etik normalar gözlənmılidir.~Biotexnoloji tətbiqlə müşayiət olunan genom tədqiqatlarınınnda bioloji təhlükəsizlik tədbirləri onə alınmalıdır~Genom tədqiqatlarının nəticəsində əldə edilən vaksin və preparatların klinik sınaqlarının həddən artıq ağır olmasl, xüsusi diqqət və uzun müddət tələb etməsi 21.Mühüm insan genom layihələri (1000, 10000 Genom və s.). Hazırda genom məlumatları üzrə ən böyük baza https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome məlumat bazasıdır. Saytda həmçinin digər nəhəng genom məlumat bazalarına (Genomic Online Database – GOLD - http://www.genomesonline.org/, Ensembl Genome Browser - http://www.ensembl.org/index.html, Bacteria Genomes at Sanger - http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/, Large scale Genome Sequencing (NHGRİ) - http://www.genome.gov/10002154ç 1000 Genomes Data - http://www.internationalgenome.org/, http://browser.1000genomes.org/index.html və s.), genomların annotasiyaları və analizi üzrə alətlərə (online proqramlara) və s. linklər vardır. Təqdim edilən saytda həmçinin ardıcıllıqları tam oxunmuş insan, virus, mikrob, orqanella (plastid və mitoxondri), bitki və heyvan genomları, onların annotasiyaları, xəritələri və s. ilə tanış olmaqla bərabər həmin genomları fərdi şəkildə yükləmək olar. Bu saytda (NCBİ – National Center for Biotechnological İnformation) genom annotasiyaları International Sequence Database Collaboration ((INSDC), i.e. DDBJ, ENA or GenBank) adlanan Genom ardıcıllıqları məlumat bazaları beynəlxalq əməkdaşlıq layihəsi üzrə həyata keçirilir. Bazada ardıcıllıqları tam və ya qismən oxunmuş ~17400 (mikroblardan insana qədər) genom informasiyası vardır. Onlardan ~2009-u eukarotlara (~212 bitki, 703 heyvan, qalanları göbələkGenom layihlər, prosistitlər və s.) məxsusdur. Maraqlı ələrindən biri National Human Genome Research İnstitute tərəfindən işlənən və «Large-Scale Genome Sequencing and Analysis Centers (LSAC)» daxilində yerləşən «1000 Genome Project»-dir. Bu dünyanın müxtəlif bölgələrində müxtəlif irq və xalqlara məxsus 1000 insan genomu layihələri də daxil olmaqla bütün genom sekvens proqramlarından əldə edilən layihələrin nəticələrini birləşdirir. Bundan başqa ilk 1000 insan genomu layihələrinə analoji olaraq 1000 bitki genomu layihələri planlaşdırılmışdır. Hazırda 50 bitki genomunun oxunması prosesi gedir ki, onlardan da 8 bitki genomu demək olar ki, tam annotasiya edilməklə bazalara yerləşdirilmişdir. Bu genomlar NCBİ ilə yanaşı xüsusi bazalarda da yerləşdirilmişdir (məsələn: http://www.plantgdb.org/OsGDB/).Maraqlı genom layihələrindən biri 2006-cı ildə Almaniyanın Maks Plank İnstitutunda başlanaraq 2013-cü qismən başa çatdırılmış (~1,7-2,0 Gb oxunmuşdur) və insanın təkamülü baxımından böyük əhəmiyət kəsb edən Neonderhtal Genome Project-idir: Genom kitabxanaları individual orqanizmə xas olan bütün DNT-nin vektorların köməyi ilə yaradılmış rekombinant klonlar toplusudur 22.1000 genom layihəsi və insan genomu variasiyaları. Maraqlı ələrindən biri National Human Genome Research İnstitute tərəfindən işlənən və «Large-Scale Genome Sequencing and Analysis Centers (LSAC)» daxilində yerləşən «1000 Genome Project»-dir. Bu dünyanın müxtəlif bölgələrində müxtəlif irq və xalqlara məxsus 1000 insan genomu layihələri də daxil olmaqla bütün genom sekvens proqramlarından əldə edilən layihələrin nəticələrini birləşdirir. Bundan başqa ilk 1000 insan genomu layihələrinə analoji olaraq 1000 bitki genomu layihələri planlaşdırılmışdır. Hazırda 50 bitki genomunun oxunması prosesi gedir ki, onlardan da 8 bitki genomu demək olar ki, tam annotasiya edilməklə bazalara yerləşdirilmişdir. Bu genomlar NCBİ ilə yanaşı xüsusi bazalarda da yerləşdirilmişdir (məsələn: http://www.plantgdb.org/OsGDB/).Maraqlı genom layihələrindən biri 2006-cı ildə Almaniyanın Maks Plank İnstitutunda başlanaraq 2013-cü qismən başa çatdırılmış (~1,7-2,0 Gb oxunmuşdur) və insanın təkamülü baxımından böyük əhəmiyət kəsb edən Neonderhtal Genome Project-idir: Genom kitabxanaları individual orqanizmə xas olan bütün DNT-nin vektorların köməyi ilə yaradılmış rekombinant klonlar toplusudur 23.Mühüm bitki və digər orqanizmlərin genom layihələri. 24.Tibbi genom layihələri (HapMap və s.). HapMap Human Genome Project: https://www.genome.gov/10001688/international-hapmap-project Yüklə 263,93 Kb. Dostları ilə paylaş:
|