Słowniczek podstawowych pojęć genetycznych

DNA

DNA jest dziedzicznym materiałem genetycznym zawartym w niemal każdej komórce człowieka. Skrót DNA oznacza kwas deoksyrybonukleinowy (z ang. deoxyrybonucleic acid) i zawiera informacje na temat budowy, rozwoju i właściwego funkcjonowania całego organizmu.

Sekwencja DNA

Cząsteczka DNA zbudowana jest z czterech różnych zasad azotowych: adeniny (A), guaniny (G), cytozyny (C) i tyminy (T), które łączą się ze sobą w pary za pomocą wiązania wodorowego w określonym porządku: adenina z tyminą oraz guanina z cytozyną. Łączna ilość wszystkich zasad azotowych w komórce wynosi około 3 miliardów par. Dwie nici zasad azotowych połączonych ze sobą, wraz z szkieletem cukrowo-fosforanowym utworzonym z cukru deoksyrybozy i reszty kwasu fosforowego tworzą strukturę zwaną podwójną helisą DNA.

Sekwencja DNA z wyróżnionymi zasadami azotowymi

Nukleotyd

Nukleotyd jest podstawową jednostką budującą DNA. Jest to związek chemiczny zbudowany z 3 części: reszty cukrowej (deoksyrybozy), zasady azotowej (adeniny, guaniny, cytozyny lub tyminy) oraz reszty kwasy fosforowego.

Sekwencja DNA

Jest to kolejność ułożenia zasad azotowych (nukleotydów): adeniny, guaniny, cytozyny i tyminy w cząsteczce DNA. Sekwencja określonego genu determinuje sekwencję kolejnych aminokwasów budujących białko, które kodowane jest przez ten gen. Odczytanie sekwencji DNA jest obecnie możliwa dzięki technice sekwencjonowania.

Gen

Gen to fragment genomu określonej długości, podstawowa fizyczna i funkcjonalna jednostka dziedziczności. Geny mogą zawierać informacje o budowie funkcjonalnego białka lub RNA. Białko lub inna cząsteczka nie powstaje jednak na podstawie pełnej długości sekwencji genu, ponieważ podzielona jest na fragmenty kodujące – eksony, oraz fragmenty niekodujące – introny. Matrycą do powstania produktu genu są jedynie eksony. Introny natomiast pełnią funkcje regulujące i wpływają na proces splicingu- czyli łączenia ze sobą jedynie kodujących fragmentów genu.

Sekwencja DNA z zaznaczonymi na fiolotetowo genami, pomiędzy którymi znajdują się zaznaczone na szaro fragmenty niekodujące

Wariant genetyczny

Sekwencje DNA dwóch osób są do siebie podobne w 99,9%, pozostały 0,1% genomu stanowią różnego rodzaju warianty genetyczne – czyli zmiany w sekwencji nukleotydowej DNA. Dzięki zmienności genetycznej związanej z występowaniem wariantów różnimy się między sobą wzrostem, kolorem włosów czy oczu, co sprawia, że każdy z nas jest wyjątkowy. Jednak występują również chorobotwórcze warianty genetyczne, czyli takie, które wpływają na budowę genów i zmieniają sposób ich funkcjonowania, co może okazać się szkodliwe dla całego organizmu. Charakter wariantu genetycznego może być określony jako patogenny, prawdopodobnie patogenny, prawdopodobnie łagodny lub łagodny. Osobną kategorią są warianty o niepewnym znaczeniu (tzw. VUS; z ang. variant of uncertain significance), dla których nie udało się ustalić jednoznacznego statusu ich znaczenia klinicznego. Przyjęta klasyfikacja jest zgodna z zasadami ACMG (z ang. American College of Medical Genetics).

Allel (dominujący/recesywny)

Charakterystyczna wersja danego genu. Każdy gen ludzkiego organizmu występuje w postaci dwóch alleli mogących różnić się sekwencją nukleotydów. Jest to ewolucyjne zabezpieczenie przed problemami związanymi z mutacją jednego z nich.

Mutacja

Jest to proces, w wyniku którego powstają zmiany w sekwencji DNA. Czynnikami powodującymi mutacje mogą być np. dym papierosowy lub światło UV, które nazywane są czynnikami mutagennymi. Mutacje mogą prowadzić do zmian w ilości lub funkcjonowaniu białek kodowanych przez powiązane geny. Mogą również doprowadzić do całkowitego zahamowania produkcji białek z tych genów. To w konsekwencji może (ale nie musi) skutkować zaburzeniami funkcjonowania naszego organizmu i chorobami. Jednakże obecnie, ze względu na liczne kontrowersje związane z użyciem terminu “mutacja”, stopniowo rezygnuje się z jego używania.

Sekwencja DNA z zaznaczonymi na czerwono miejscami zachodzenia procesu mutacji

Panel

Większość wykonywanych obecnie testów genetycznych to tak zwane panele genowe. Panel to inaczej lista wybranych genów, których uszkodzenia najczęściej związane są z wystąpieniem konkretnej choroby. Wiele firm oferujących badania genetyczne oferuje dziesiątki różnych paneli np.: panel dla chorób neurologicznych, panel dla chorób krwi, panel dla zapalenia trzustki i wiele innych. Panele różnią się między sobą ilością badanych genów, choć częściowo mogą się pokrywać analizowanym zakresem.

Przykładowa sekwencja DNA, z zaznaczonymi na niebieskich fragmentami badanymi w ramach panelu

Chromosom

Jest zorganizowaną strukturą utworzoną z DNA i białek znajdującą się w jądrze komórkowym. Człowiek posiada 23 pary chromosomów (łącznie 46 chromosomów), 22 pary tak zwanych autosomów oraz jedną parę, która determinuje płeć. U kobiet chromosomami płci są XX, natomiast u mężczyzn XY. Każdy z rodziców przekazuje potomstwu po jednym z każdej pary chromosomów. Zaburzenia w ilości chromosomów nazywane terminem “aneuploidia”, związane są z występowaniem chorób genetycznych. Na przykład występowanie 3 kopii (trisomia) chromosomu 21 związane jest z zespołem Downa.

Dziedziczenie

Jest to proces przekazywania informacji genetycznej potomstwu, zachodzący podczas łączenie się plemnika i komórki jajowej. Wśród sposobów dziedziczenia wyróżniamy m.in autosomalne dominujące, autosomalne recesywne oraz sprzężone z płcią.

Genom

To całość informacji genetycznej organizmu, zakodowanej we wszystkich chromosomach zbudowanych z DNA. Na genom składają się wszystkie geny – niosące informacje na temat budowy i funkcjonowania organizmu oraz sekwencje pozagenowe, pełniące np. funkcje regulatorowe.

Genom referencyjny

Inaczej nazywany jest również genomem wzorcowym. Genom referencyjny, nie jest genomem żadnej konkretnej osoby, natomiast zawiera reprezentatywny przykład zestawu genów oraz wariantów genetycznych człowieka. Najnowszy opublikowany genom referencyjny człowieka, który zawiera najbardziej aktualne informacje na temat genomiki człowieka został opublikowany w 2013 roku. Genom referencyjny jest niezwykle użyteczny, bo stanowi podstawę dla wszystkich baz danych genomowych i traktowany jest jako standard przez wszystkich naukowców zajmujących się genetyką. Stanowi on również bazę do analizy w przypadku diagnostyki całogenomowej pacjenta.

Patogenny wariant genetyczny

Potocznie nazywany mutacją patogenną – to zmiana w sekwencji DNA (materiale genetycznym), która z dużym prawdopodobieństwem odpowiada za powstawanie choroby lub predyspozycję do choroby.

Warianty germinalne

(Dziedziczone/wrodzone) – są nazywane również mutacjami germinalnymi lub konstytucyjnymi. Są to warianty, które dziedziczymy po rodzicach i są one obecne we wszystkich komórkach naszego organizmu. Obecność patogennych mutacji germinalnych, może się wiązać ze zwiększonym ryzykiem zachorowania na niektóre nowotwory lub być przyczyną chorób rzadkich.

Warianty somatyczne (nabyte)

Zwane także mutacjami somatycznymi. Są to zmiany w DNA akumulujące się komórkach organizmu w trakcie całego życia. Ich przyczyną jest ekspozycja organizmu na środowiskowe czynniki mutagenne np. palenie papierosów, światło UV, niewłaściwa dieta itp. Większość z nich nie jest patogenna, czyli nie ma znaczenia klinicznego. Nagromadzenie mutacji somatycznych lub ich występowanie w genach odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie komórki może być przyczyną choroby nowotworowej. Identyfikacja mutacji somatycznych w tkance nowotworowej jest bardzo istotne dla dalszego planowania leczenia onkologicznego.

Wariant markerowy

Zwany także mutacją markerową. Jest to silna predyspozycja genetyczna do wystąpienia zwiększonego ryzyka wystąpienia choroby genetycznej lub nowotworowej. Wariant markerowy podlega dziedziczeniu, w związku z tym może być wskazaniem do badania genetycznego członków rodziny osoby chorej.

Wariant założycielski

Zwany także mutacją założycielską. Jest to wariant genetyczny konkretnego genu charakterystyczny dla danej populacji np. Polski czy Eskimosów.

NGS

Z ang. Next-Generation Sequencing – zbiorcza nazwa zaawansowanych technik sekwencjonowania. Technologia ta najczęściej jest wykorzystywana do zbadania sekwencji pojedynczego genu lub kilku-kilkunastu genów (tzw. panel genowy) związanych z predyspozycją do zachorowania na dany typ nowotworu.

WGS

Z ang. Whole-Genome Sequencing – sekwencjonowanie całogenomowe. Najbardziej zaawansowana technika sekwencjonowania pozwalająca na zbadanie sekwencji wszystkich genów (ok 20 000) wraz sekwencjami niekodującymi. Dla porównania panel NGS pozwala na zbadanie ok 0,1% DNA, sekwencjonowanie całego eksomu (sekwencji kodujących genów) to 1-2%, badanie całogenomowe umożliwia sprawdzenie 99% DNA.

Sekwencjonowanie Sangera

Najstarsza i najprostsza metoda sekwencjonowania. Największym ograniczeniem metody Sangera jest możliwość analizy tylko krótkiej sekwencji DNA. Obecnie wykorzystywana do potwierdzenia wyników (obecności konkretnej zmiany w DNA) otrzymanych metodami wysokoprzepustowymi, takimi jak NGS i WGS.

Biobankowanie

Służy przechowywaniu różnego rodzaju materiału biologicznego takiego jak: tkanki, krew czy płyn mózgowo-rdzeniowy. Przechowywane mogą być zarówno tkanki prawidłowe jak i nieprawidłowe.  W Polskim Centrum BioBankowania, możliwe jest przechowywanie zamrożonej tkanki nowotworowej w celu umożliwienia przeprowadzenia w przyszłości zaawansowanych badań genetycznych.

Guz

Słowo potocznie używane zamiennie ze słowami nowotwór lub rak. Guz jest grupą nieprawidłowych komórek tworzących większą strukturę. Strukturę guza przyjmują zarówno nowotwory łagodne (np. tłuszczak) jak i złośliwe (np. rak piersi). Istnieją także nowotwory nieposiadające struktury guza np. chłoniaki lub białaczki.  

Nowotwór

To grupa komórek powstała w wyniku nieprawidłowego rozrostu,  spowodowanego nagromadzeniem mutacji w ich DNA. Może przyjmować postać zarówno łagodną (np. naczyniak) jak i złośliwą (np. czerniak).  

Rak

W języku potocznym określa się tak każdy nowotwór. W rzeczywistości jednak jest to nowotwór złośliwy wywodzący się z tkanki nabłonkowej. Do raków zaliczamy: raka piersi, raka jajnika, raka trzustki, raka płuca, raka prostaty i wiele innych.

Mutacje driverowe

Z ang. Driver’s mutation – są to warianty patogenne napędzające rozrost nowotworowy. Klony zawierające mutacje driverową mają znacznie większą szansę dać początek kolejnym klonom komórek nowotworowych co ostatecznie może doprowadzić do choroby nowotworowej.

Mutacje pasażerskie

Z ang. Passenger mutation – są to warianty genetyczne powtarzające się w wielu nowotworach. Obecnie bada się jaki wpływ mają na nowotworzenie. Pośród hipotez są zarówno te opowiadające się za wpływem mutacji pasażerskich na szybszy rozrost nowotworu, podczas gdy inne wskazują na upośledzanie ich funkcjonowania.

PCR

Reakcja łańcuchowa polimerazy (ang. Polymerase chain reaction) – jest to jedna z najczęściej używanych technik biologii molekularnej. Służy do zwielokrotnienia liczby DNA. Zwiększenie ilości materiału genetycznego w badanej próbie umożliwia jego dalsze analizy laboratoryjne.

Źródła:

  • Stratton, Michael R et al. “The cancer genome.” Nature vol. 458,7239 (2009): 719-24. doi:10.1038/nature07943
  • ghr.com – Genetic Home Reference
  • genome.gov – DNA sequencing fact sheet

Podobał Ci się ten artykuł? Przeczytaj również:

Poszukiwanie genetycznych uwarunkowań przebiegu choroby COVID-19
sekwencja DNA - wariant patogenny
Od odczytów do wariantów, czyli jak wygląda poszukiwanie zmian w DNA.