Polimorfizm genu mitochondrialnej polimerazy gamma (pol γ) w populacjach ludzkich Europy

Transkrypt

1 Polimorfizm genu mitochondrialnej polimerazy gamma (pol γ) w populacjach ludzkich Europy Praca wykonana pod kierunkiem dr hab. Tomasza Grzybowskiego w Katedrze Medycyny Sądowej w Zakładzie Genetyki Molekularnej i Sądowej CM UMK w Bydgoszczy w ramach grantu promotorskiego MNiSW 2P04C

2 Struktura genetyczna ludzkiego mtdna Kompleks I Kompleks IV Kompleks III Kompleks V trna rrna

3 Schemat drzewa filogenetycznego głównych haplogrup mtdna w populacjach europejskich Torroni i wsp. (2006) Palanichamy i wsp. (2004) Achilli i wsp. (2004 i 2005)

4 Mitochondrialna polimeraza γ jedyny enzym replikacyjny mtdna heterotrimer (2 podjednostki towarzyszące p55 i 1 podjednostka katalityczna p140) naleŝy do rodziny polimeraz DNA typu A wprowadza substytucje na drodze dyslokacji nici (CAG)n wg Graziewicz i wsp. (2006)

5 Mutageneza dyslokacyjna Dyslokacja nici matrycowej Starter Matryca Starter 5 -TCCT-3 TTCT Matryca wg Malyarchuka i Rogozina (2004)

6 Cel pracy Scharakteryzowanie polimorfizmu genu mitochondrialnej polimerazy gamma (polγ) w wybranych populacjach europejskich pod kątem określenia moŝliwego wpływu liczby powtórzeń CAG w genie kodującym katalityczną podjednostkę enzymu na zmienność sekwencji regionu kontrolnego (HVS I i HVS II) oraz przynaleŝność haplogrupową mtdna.

7 Cele szczegółowe analiza zmienności liczby powtórzeń CAG w POLG w populacjach europejskich porównanie rozkładu częstości alleli i genotypów CAG POLG w populacjach europejskich i azjatyckich zestawienie rozkładu genotypów CAG POLG z rozkładem mutacji mtdna powstałych na drodze dyslokacji nici porównanie rozkładu częstości genotypów POLG z rozkładem częstości haplogrup mtdna w tych samych populacjach

8 Cele szczegółowe określenie ewentualnego związku między genotypami CAG POLG a przynaleŝnością haplogrupową mtdna określenie pełnych sekwencji genomów mitochondrialnych, które naleŝą do haplogrup wykazujących taki związek ocena spektrum mutacji w pełnych sekwencjach mtdna w świetle aktualnej wiedzy o filogenezie ludzkiego mtdna

9 Materiał badawczy DNA z krwi i/lub włosów pochodzący od niespokrewnionych osób z populacji polskiej, rosyjskiej, romskiej i bośniackiej (N = 969) próbki o znanej sekwencji regionów superzmiennych HVS I i/lub HVS II tych samych osób z populacji polskiej, rosyjskiej, romskiej i bośniackiej (N = 818) dla celów porównawczych wykorzystano dane o częstościach alleli i genotypów CAG POLG w populacjach azjatyckich (Malyarchuk i wsp. 2005)

10 Metody analiza molekularna amplifikacja fragmentu genu POLG za pomocą starterów znakowanych fluorescencyjnie określenie wielkości produktów amplifikacji w denaturującym Ŝelu poliakrylamidowym sekwencjonowanie alleli CAG POLG sekwencjonowanie pełnych genomów mitochondrialnych wyselekcjonowanych próbek

11 Metody analiza statystyczna częstości alleli i genotypów heterozygotyczność międzypopulacyjne dystanse genetyczne F ST i R ST, AMOVA skalowanie wielowymiarowe (MDS) test homozygotyczności Ewensa-Wattersona test dla dwóch frakcji jednostronny dokładny test Fishera konstrukcja drzewa filogenetycznego metodą największej oszczędności

12 Wyniki Rozkład częstości alleli CAG POLG w populacjach europejskich 100 częstość [%] CAG 7- CAG 8- CAG 9- CAG 10- CAG 11- CAG 12- CAG 13- CAG Serie1 allel

13 Wyniki Rozkład częstości genotypów CAG POLG w populacjach europejskich częstość [%] ;10 10;11 10;12 6;10 7;10 8;10 9;10 9;9 9;12 8;11 11;11 11;12 11;13 średnia heterozygotyczność wynosi ok. 0,2 Serie1 genotyp

14 Wyniki Struktura sekwencji alleli CAG POLG 13-CAG (CGG) 3 (CAG) 13 CAA(CAG) 2 12-CAG (CGG) 3 (CAG) 12 CAA(CAG) 2 11-CAG (CGG) 3 (CAG) 11 CAA(CAG) 2 10-CAG (CGG) 3 (CAG) 10 CAA(CAG) 2 9-CAG (CGG) 3 (CAG) 9 CAA(CAG) 2 8-CAG (CGG) 3 (CAG) 8 CAA(CAG) 2 7-CAG (CGG) 3 (CAG) 7 CAA(CAG) 2 6-CAG (CGG) 3 (CAG) 6 CAA(CAG) 2

15 Neutralność selekcyjna sekwencji CAG POLG w populacjach euroazjatyckich F o 0,771 0,864 0,926 F e 0,486 0,561 0,597 p Europa 0,917 Azja płnwsch Azja płdzach 0,915 wyniki testu homozygotyczności Ewensa-Wattersona mogą wskazywać na istnienie selekcji F e homozygotyczność oczekiwana F o homozygotyczność obserwowana p poziom istotności 0,942 pozytywnej na allel 10-CAG

16 Analiza AMOVA dla populacji Eurazji z wykorzystaniem dystansów F ST i R ST wyznaczonych na podstawie częstości genotypów CAG POLG R ST Rozkład wariancji genetycznej (%) największą część zmienności CAG POLG stanowi zróŝnicowanie wewnątrz populacji Dystans genetyczny Pomiędzy regionami 1,08 (0,0001) Pomiędzy populacjami w obrębie regionów 6,61 (0,0105) Pomiędzy osobnikami wewnątrz populacji znamienne statystycznie zróŝnicowanie występuje 2,37 4,45 93,18 F ST między regionami oraz (0,0000) (0,0307) (0,0079) między populacjami wewnątrz regionów 92,31 (0,0037)

17 Substytucje powstałe na drodze mechanizmu dyslokacji nici w regionach HVS I i HVS II u osób o róŝnych genotypach CAG POLG w populacji Polaków, Bośniaków i Rosjan częstość [%] częstość [%] ;11/10;12; p<0,05 10;10/10;12, 10;11/10;12, p<0,05 10;10/10;12, p<0,05 10;10/11;11, p<0,05 C>T T>C G>A A>G C>A A>C G>C C>T T>C G>A A>G HVS I HVS mutacje I G>A HVS II HVS I I C>A T>C 10;10 10;10 10;11 10;11 10;12 10;12 11;11 11;11 11;11 11;12 11;12 11;12

18 Częstość występowania haplogrup mtdna u osób o róŝnych genotypach CAG POLG w populacji Polaków, Bośniaków i Rosjan częstość [%] ;10 10;11 10;12 11;11 9;10 11;12 8;10 0 HV JT KU M N haplogrupy

19 Analiza MDS klasycznych dystansów F ST wyznaczonych na podstawie częstości haplogrup mtdna w grupach osób o róŝnych genotypach CAG POLG

20 Drzewo największej oszczędności odtworzone z wykorzystaniem sekwencji pełnych genomów mtdna VC#06 Carelli i wsp. (2006) SF#175 Finnilä i wsp. (2001) T A T T1a B145 SF# A JT J J J2a insT B VC# J J1c1 J1c delAC R U U U5b 5656 U5b U5b1b U5b1c insC B74 B378 B R HV H H2 H H1a 8271T H1a B105 rcrs syn - Pętla D Pętla D 16S rrna ATP8 trna Gly inst T430C T1850C A8440G T10003C J2a 11;11 B444 K Zmiana aa Lokalizacja Mutacje peryferyjne HG Genotyp CAG POLG Nr próbki

21 Wnioski silna konserwatywność sekwencji CAG w genie POLG występuje w obrębie powtórzeń oraz w obszarze flankującym sekwencja CAG w POLG moŝe się znajdować pod naciskiem selekcji naturalnej, która faworyzuje korzystny allel o 10 powtórzeniach CAG róŝny nacisk selekcyjny moŝe być wywierany na powtórzenia CAG w POLG w populacjach Europy i Azji

22 Wnioski brak allela 10-CAG lub jego obecność w dawce heterozygotycznej zwiększa częstość niektórych mutacji powstających w czasie replikacji w regionie kontrolnym mtdna na drodze dyslokacji nici brak allela 10-CAG jest związany z przynaleŝnością mtdna do kladu JT brak jest dowodów potwierdzających wpływ liczby powtórzeń CAG w POLG na częstość i charakter mutacji w regionie kodującym mtdna

23 Dziękuję za uwagę