Изменчивость митохондриального генома человека в аспекте генетической истории славян

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Организация и функционирование митохондриального генома человека и других животных

1.1.1. Общая характеристика мтДНК

1.1.2. Главная некодирующая область мтДНК (или контрольный

регион): структурно-функциональная организация

1.1.3. Репликация и регуляция экспрессии мтДНК

1.1.4. Репарация митохондриального генома у человека и

позвоночных животных

1.2. Изменчивость мтДНК и эволюция человека и животных

1.2.1. Изменчивость и механизмы эволюции мтДНК

1.2.2. МтДНК-подобные последовательности и координация функционирования ядерного и митохондриального геномов животных

1.2.3. Эволюция и филогеография мтДНК животных

1.3. Разнообразие митохондриального генома человека и проблемы эволюции, филогеографии, демографии и патологии

1.3.1. Мутации мтДНК и болезни человека

1.3.2. Изменчивость митохондриального генома и эволюция человека

1.3.3. Классификация и филогеография мтДНК человека

1.3.4. Филогеография митохондриальных линий в популяциях Восточной

Европы

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Выделение и характеристика ДНК

2.2.1. Выделение и очистка препаратов ДНК человека

2.2.2. Выделение и очистка препаратов ДНК из мышечной ткани

животных

2.3. Прямая полимеразная цепная реакция участков мтДНК

(direct PCR)



2.4. Полимеразная цепная реакция участков мтДНК в режиме

«nested PCR»

2.5. Однопраймерный вариант ПЦР главной некодирующей области мтДНК

2.6. Рестрикционный анализ мтДНК

2.7. Секвенирование ДНК

2.7.1. Ручное секвенирование ДНК

2.7.2. Автоматическое секвенирование ДНК

2.8. Методы статистической обработки данных и филогенетический анализ

2.8.1. Статистический анализ данных

2.8.2. Филогенетический анализ молекулярных данных

2.8.3. Мутационный анализ мтДНК

2.8.4. Контекстный анализ ДНК

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Анализ изменчивости митохондриального генома человека

3.1.1. Повторы и изменчивость главной некодирующей области

мтДНК человека

3.1.2. Распределение параллельных повторов в главной некодирующей области мтДНК человека

3.3.3. Альтернативный характер распределения повторов главной некодирующей области мтДНК: результаты однопраймерной ПЦР

3.1.3.1. Разработка метода однопраймерной ПЦР главной некодирующей области мтДНК (ОП-ПЦР мтДНК)

3.1.3.2. Использование метода ОП-ПЦР мтДНК в молекулярной археологии (на примере сибирского мамонта)

3.1.4. Изменчивость палиндромных участков мтДНК человека по данньм рестрикционного анализа

3.1.4.1. CG-метилирование и мутагенез мтДНК человека

3.1.4.2. Гипервариабельные палиндромные последовательности мтДНК человека



3.1.5. Распределение гипервариабельных позиций в главной некодирующей области мтДНК человека

3.1.6. Гипервариабельные нуклеотидные мотивы и их роль в мутагенезе мтДНК человека

3.1.7. Контекст-зависимые механизмы мутагенеза главной некодирующей области мтДНК человека

3.1.8. Ассоциативные связи между митохондриальными и ядерными генотипами: несоответствие разнообразия митохондриального и ядерного

геномов в популяциях арктических монголоидов

3.2. Изменчивость митохондриального генома восточных славян

3.2.1. Изменчивость митохондриального генома у восточнославянского населения г. Магадана

3.2.1.1. Рестрикционный и делеционно-инсерционный полиморфизм мтДНК в восточнославянской группе населения г. Магадана

3.2.1.2. Распространенность европеоидных маркеров мтДНК у восточных славян (по данным рестрикционного анализа)

3.2.1.3. Характеристика европеоидного митохондриального маркера BamHI-3/MspI-4 (или группы Т)

3.2.1.4. Разнообразие нуклеотидных последовательностей гена

цитохрома b у восточных славян

3.2.1.5. Разнообразие митохондриального генофонда восточных славян: данные комбинированного анализа изменчивости некодируюших и кодирующих участков мтДНК (на примере популяции г.Магадана)

3.2.1.6. Филогенетический анализ мтДНК восточных славян и других

народов Европы

3.2.2. Нестабильность главной некодирующей области мтДНК

человека

3.2.2.1. Нестабильность группо-специфических вариантов ГВС

мтДНК

3.2.2.2. Влияние гипервариабельных позиций на возникновение мутаций

в главной некодирующей области мтДНК

3.2.3. Изменчивость митохондриального генома у русского населения



Мутагенез мтДНК имеет некоторые особенности (Brown et al., 1982).

Это, во-первых, выраженное смещение мутационного спектра мтДНК в сторону транзиций, что может свидетельствовать об усиленном мутационном давлении (Topal, Fresco, 1976; Sinha, Haimes, 1981); во-вторых, существенное (в 4-6 раз) превышение скорости накопления молчащих замен по отношению к смысловым заменам в мтДНК, что может указывать на высокую скорость фиксации нейтральных мутаций в мтДНК (Kimura, 1981; Brown et al., 1982). Между тем, значения частот мутаций, приводящих к аминокислотным заменам в митохондриальных и в ядерных генах, примерно соответствуют друг другу (Brown et al., 1982).

Основными факторами, способствующими увеличению скорости накопления мутаций в митохондриальных геномах, принято считать (1) влияние на мтДНК продуктов окислительно-восстановительных реакций, интенсивно проходящих в митохондриях, (2) несовершенство процесса репликации мтДНК, приводящего к ошибкам, которые не могут быть эффективно репарированы (3) вследствие отсутствия эффективной системы репарации ДНК в митохондриях (Brown et al., 1982).

Высокий уровень мутагенеза мтДНК может быть обусловлен в значительной мере окислительно-восстановительными процессами, катализируемыми ферментами дыхательной цепи и системы окислительного фосфорилирования митохондрий. Экспериментально показано, что ряд химических соединений оказывает влияние преимущественно на митохондриальный геном, а не на ядерную ДНК. Так, воздействие на крыс этилнитрозомочевиной приводит к двукратному увеличению уровня (/-этил гуанина в мтДНК (Satoh et al., 1988). Высокий уровень алкилированных оснований мтДНК млекопитающих является результатом воздействия таких реагентов как У-метил-У-нитрозомочевина и У-нитрозодиметиламин (Wunderlich et al., 1970; Myers et al., 1988). Ряд полициклических ароматических соединений бензопиренового ряда также оказывает преимущественное воздействие на мтДНК (Backer, Weinstein, 1980). Как ни странно, в экспериментальных системах (например, в клетках HeLa) химические мутагены практически не приводят к повышению уровня митохондриальных мутаций (Mita et al., 1988). Напротив, воздействие УФ-излучения индуцирует