References

vestim

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наук

Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series

1814-60232524-2350

The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"

vestim-219

Research Article

ОБЗОРЫ

REVIEWS

Медицинская геномика: организация генома, регуляция экспрессии генов, генетическая вариабельность

Medical genomics: human genome organization, gene expression regulation and genetic variability

Титов

Л. П.

Titov

L. P.

leonidtitov@tut.by

Республиканский научно-практический центр эпидемиологии и микробиологииБеларусьRepublican Scientific-Practical Center of Epidemiology and MicrobiologyBelarus

2015

06062016

0497113

2016

Титов Л.П.

Titov L.P.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/219

Медицинская геномика - одно из наиболее бурно развивающихся направлений биологической науки. Бум в этой области медицины, наблюдаемый последние 25 лет, связан с началом международного проекта «Геном человека». С расшифровкой нуклеотидной последовательности генома, накоплением знаний о генетической вариабельности внутри вида, отдельных этносов (выявлением мутаций, генетических перестроек) связывают возможности более глубокого понимания его биологического значения в предрасположенности к заболеваниям, резистентности к факторам внешней среды, включая биологических агентов. На фоне ускоренного развития структурной геномики отмечается существенное отставание в развитии функциональной геномики, представлений о механизмах работы всего генетического аппарата (хроматина, структурных генов и регуляторных элементов) как единого целого в норме и при патологии. Иммуномика - новое направление, изучающее клетки и гены иммунной системы, их роль в биологии человека. Новые технологии - полногеномное секвенирование, микроэррей технологии и методы биоинформатики находят все более широкое применение в практической медицине, что в конечном итоге приближает переход от избирательного генетического тестирования лиц с наследственными моногенными дефектами и заболеваниями к более широкому использованию и доступности таких методов для каждого человека, что создаст научно обоснованную базу для персонализированной профилактики и терапии распространенных моногенных и мультифактори-альных заболеваний.

Medical genomics is one of the most rapidly developing areas of biological science. The boom in this area of medicine is observed in the last 25 years and is associated with the beginning of the international project «Human Genome». With the decoding of the nucleotide sequence of the genome, knowledge about genetic variability within the species, specific ethnic groups (detection of mutations, genetic mutations) linked the possibility of a deeper understanding of its biological significance in susceptibility to disease, resistance to environmental factors, including biological agents. Against the backdrop of accelerated development of structural genomics there is a significant delay in the development of functional genomics, ideas and mechanisms of the entire genetic apparatus (chromatin, structural genes and regulatory elements) as a whole in health and disease. Immunomics is a new direction to study the cells and genes of the immune system and their role in human biology. New technologies are the whole genome sequencing, the microarray technology and bioinformatics methods are increasingly used in medical practice, which ultimately brings the transition from selective genetic testing of persons with hereditary monogenic defects and diseases to a wider use and the availability of these methods for each person, which will create a scientifically based framework for personalized prevention and treatment of common monogenic and multifactorial diseases.

References1

Титов, Л. П. Вирусы и эукариотические клетки: стадии взаимодействия, стратегия геномов, репродукция и исходы инфекции / Л. П. Титов // Мед. журн. - 2008. - № 1. - С. 10-16.

Braga-Neto, U. M. From Genomics to Functional Immunomics: New challenges, Old problems, Big Rewards / U. M. Braga-Neto, E. T. A. Marques // Plos comput. biol. - 2006. - Vol. 2. - Iss. 7. - eB1.P.0651-0662.

Microbiome Composition by Pyrosequencing in Mesenteric Lymph Nodes of Rats with CCL4-induced Cirrhosis / S. Cuenca [et al.] // J. Innate Immunol. - 2014. - Vol. 6. - P. 263-271.

An Immunomics Approach to Schistosome antigen discovery: antibody signatures of naturally resistant and chronically infected individuals from endemic areas / S. Gaze [et al.] // PLOS Pathogens. - 2014. - Vol. 10. - Iss. 3. - P. 1-16. - E1004033.

Титов, Л. П. Иммунология: терминологический словарь / Л. П. Титов. - М.: МИА, 2008. - 521 с.

Хромов-Борисов, Н. Н. Эволюционная медицинская геномика / Н. Н. Хромов-Борисов, А. В. Рубанович // Молек. медицина. - 2014. - № 2. - С. 13-17.

Структурная геномика и медицина / И. Е. Ясный [и др.] // Молек. медицина. - 2009. - № 6. - С. 15-20.

Groot, A. S. D. Immunomics discovering new targets for vaccine and therapeutics / A. S. D. Groot // Drug Discov. Today. - 2006. - Vol. 11. - P. 203-209.

Miller, M. B. Basic concept of microarrays and potential application in clinical microbiology / M. B. Miller, Y. W. Tang // Clin. Microbiol. Rev. - 2009. - Vol. 22 (4). - P. 611-633.

Пинегин, Б. В. Роль клеток иммунной системы и цитокинов в развитии псориаза / Б. В. Пинегин, О. Л. Иванов, В. Б. Пинегин // Иммунология. - 2012. - Т. 33, № 4. - С. 213-219.

Титов, Л. П. Противовирусный иммунитет: молекулярно-клеточные механизмы, закономерности развития и иммунопатология / Л. П.Титов, И. А. Карпов // Мед. журн. - 2007. - № 1. - С. 4-14.

Бокуть, С. Б. Молекулярная биология / С. Б. Бокуть, Н. В. Герасимович, А. А. Милютин. - Минск: Вышэйш. школа, 2005. - 463 с.

The sequence of human genome / J. C. Venter [et al.] // Science. - 2001. - Vol. 291. - Р. 1304-1309.

Read, A. The human Genome: structure and organization / A. Read // Genetics and Medicine / еd. D. Kumar, D. Weatherall. - Oxford press, 2008. - P. 17-29.

Antonarakis, S. E. Human Genome Sequence and Variation / S. E. Antonarakis // Vogel and Matulsky's Human Genetics, Problems and Approaches / eds. M. R. Speicher et al. - 2010. - Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag. - Р. 31-53.

Global gene expression analysis reveals evidence for decreased lipid biosynthesis and increased innate immunity in uninvolved psoriatic skin / J. E. Gudjonsson [et al.] // J. Invest. Dermatol. - 2009. - Vol. 129. - Р. 2795-2804.

Collaborative association study of genome-wide scan reveals association of psoriasis with IL-23 and NF-kappa B pathways / R. P. Nair [et al.] // Nat. genetics. - 2009. - Vol. 41. - Р. 199-204.

Garaev, P. P. Another Understanding of the Model of Genetic Code Theoretical Analysis / P. P. Garaev // Open J. of Genetics. - 2015. - Vol. 5, N 1. - Р. 92-109.

Mardis, E. R. Cancer genome sequencing / E. R. Mardis, R. K. Wilson // Human mol. genetics. - 2009. - Vol. 18. -Iss. 2. - Doi:10109/ddp396.

Consortium biology in immunology: the perspective from the Immunological Genome Project / С. Benoist [et al.] // Nature Rev. Immunol. - 2012. - P. 1-6.

Heng, T. S. P. The immunological Genome Project: network of gene expression in immune cells / T. S. P. Heng, M. W. Painter // Immunology. - 2008. - Vol. 4, N 10. - Р. 1091-1094.

Grander, D. I. Immunomics: principles and practis / D. I. Grander // IRTI. - 2004. - Vol. 2.- Р. 1-6.

Титов, Л. П. Геномико-протеомические основы эволюции и молекулярной эпидемиологии вирусов / Л. П. Титов, В. И. Вотяков // Вес. НАН Беларусi Сер. мед. навук. - 2011. - № 1. - С. 109-124.

Epigenetic regulation of inducible gene expression in the immune system / P. S. Lim [et al.] // Immunology. - 2013. -Vol. 139. - Iss. 3. - Р. 285-293.

Josefowicz, S. Z. Regulatory of chromatin state and transcription in CD4 T-cells polarization / S. Z. Josefowicz // Immunology. - 2013. - Vol. 139. - Iss. 1. - Р. 299-308.

Титов, Л. П. Особенности строения, развития и функционирования иммунной системы детского организма / Л. П. Титов, Е. Ю. Кирильчик, Т. А. Канашкова // Мед. новости. - 2009. - № 5. - С. 7-16.

Transcription factors and CD4 T-cell seeking identity: masters, minions, setters and spikers / G. Vahedi [et al.] // Immunology. - 2013. - Vol. 139. - Iss. 3. - P. 294-298.

Chen, W. Development of thymic Foxp3 regulatory T-cells: TGF-b matters / W. Chen, J. E. Konkel // Eur. J. of Immunol. - 2015. - Vol. 45. - P. 958-965.

Lee, G. R. Transcriptional regulation T-helper type 2 / G. R. Lee // Immunology. - 2014. - Vol. 141. - Iss. 4. - P. 498-505.

Wang, Y. An essential role of the transcriptional factor GATA-3 for the function of regulatory Т-cells / Y. Wang, M. A. Su, Y. Y. Wan // Immunity. - 2011. - Vol. 35. - P. 337-348.

Wen, A. Y. The role of the transcriptional factor CREB in immune function / A. Y. Wen, K. M. Sakamoto, L. S. Miller // J. Immunol. - 2010. - Vol. 185. - P. 6413-6419.

Rico-Rosillo, G. The involvement of NF-kB transcription factor in asthma / G. Rico-Rosillo, G. B. Vega-Robledo // Rev. Alergia Mex. - 2011. - Vol. 58, N 2. - P. 107-111.

Титов, Л. П. Молекулярные механизмы активации Т- и В-лимфоцитов / Л. П. Титов // Современные проблемы инфекционной патологии человека: материалы 2-й науч.-практ. конф. - Минск, 2001. - С. 287-317.

From single-cell to cell pool transcriptomes: stochasticity in gene expression and RNA splicing / G. K. Maurinov [et al.] // Genome Res. - 2011. - Vol. 24. - P. 496-510.

Youngblood, B. T-cell memory differentiational signatures and epigenetics / B. Youngblood, J. S. Hall, R. Ahmed // Immunology. - 2013. - Vol. 139. - Iss. 3. - P. 325-335.

Banerji, J. Expression of a beta-globin gene is enchanced by remоte SV40 DNA sequences / J. Banerji, R. Sandro, M. Schaffner // Cell. - 1981. - Vol. 27. - P. 299-308.

Ogbourne, S. Transcriptional control and the role of silencers in transcriptional regulation in eukaryotes / S. Ogbourne, T. M. Antalis // Biochemistry. - 1998. - Vol. 231. - P. 1-14.

Enchancers and silencers: an integrated and simple model for their function / P. Kolovos [et al.] // Epigenetics & Chromatin. - 2012. - Vol. 5, N 1. - P. 2-8.

Разин, С. В. Регуляторные элементы эукариотического генома, контролирующие транскрипцию / С. В. Разин, А. А. Говрилов, С. В. Ульянов // Молек. биология. - 2015. - Т. 49, № 2. - С. 212-223.

Гонзвгло, М. МикроРНК как биомаркер для диагностики рака мочевого пузыря / М. Гонзвгло, Г. Ишханова // Молек. медицина. - 2014. - № 2. - С. 18-24.

Титов, Л. П. Микро-РНК: новый класс регуляторных молекул иммунного ответа и инфекционного процесса / Л. П. Титов // Современные проблемы инфекционной патологии человека: сб. науч. тр. - 2012. - В. 5. - С. 256-261.

Perez-Ortin, J. E. Genomics of mRNA turnover / J. E. Perez-Ortin // Briefing in functional genomics and proteomics. - 2007. - Vol. 6, N 4. - P. 282-291.

Cross-regulation between cytokine and microRNA pathways in T-cells / T. Amado [et al.] // Eur. J. of Immunol. -2015. - Vol. 45. - Iss. 6. - P. 1584-1595.

Phisiological and pathological roles for microRNAs in the immune system / R. M. O'Connel [et al.] // Nat. Rev. Immunol. - 2010. - P. 11-122.

A role for Dicer in immune regulation / B. S. Cobb [et al.] // J. Exp. Med. - 2006. - Vol. 203. - P. 2519-2527.

The RNAseIII enzyme Drosha is critical in T cells for preventing lethal in inflammatory disease / M. M. Chang [et al.] // J. Exp. Med. - 2008. - Vol. 205. - P. 2005-2017.

Role of mir-155 in the regulatory of lymphocytes immune function and disease / N. Seddiki [et al.] // Immunology. - 2014. - Vol. 142. - Iss. 1. - P. 32-38.

Ortutay, C. Immonomic Knowledge base (IKB): an integrated service for immune research / C. Ortutay, M. Vikinen // BMC Immunol. - 2009. - Vol. 10. - doi: 101186/1471-2172-10-3.

Kan, Y. W. Polymorphism of DNA sequence adjacent to human beta-globin structural gene: relationship to sickle mutation / Y. W. Kan // Proc. Natl. Sci. - 1878.- Vol. 75, N 11. - P. 5631-5635.

Increased expression of Wnt5a in psoriatic plaques / J. Reischl [et al.] // J. Invest. Dermatol. - 2007. - Vol. 127. -P. 163-169.

Single nucleotide polymorphisms of Toll-like receptors and susceptibility to infection disease / C. Skevaki [et al.] // Clin. аМ Exp. Immunol. - 2015. - Vol. 180. - P. 165-177.

Marietta, E. Immunogenetic control of the intestinal microbiota / E. Marietta, A. Rishi, V. Taneja // Immunology. - 2015. - Vol. 145. - P. 313-322.

Severe combined immunodeficiency. A national surveillance study / A. Yee [et al.] // Pediatric Allergy and Immunol. - 2008. - Vol. 19 (4). - P. 298-302.

Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray / M. Schena [et al.] // Science. - 1995. - Vol. 270. - P. 467-470.

Clinical interpretation and implications of whole genome sequencing / F. E. Dewey [et al.] // JAMA. - 2014. - Vol. 31, N 10. - P. 1035-1041.

Cordero, P. Whole genome sequencing in personalized therapeutics / P. Cordero, E. A. Ashely // Clin. Pharmacol. and Ther. - 2012. - Vol. 91, N 6. - P. 1001-1009.

Use of whole genome sequencing for diagnosis and discovery in the cancer genetics clinic / S. B. Foley [et al.] // Ebiomedicine. - 2015. - Vol. 2. - P. 74-81.

Whole genome sequencing in health care / C. G. van El [et al.] // Eur. J. of Human Genetics. - 2013. - Vol. 21. - P. 580-584.

Swanson, C. I. Rapid еvolutionary of a structurally constrained еye enchancer / C. I. Swanson, D. B. Schwimmer, S. Barolo // Curr. Biol. - 2011. - Vol. 21, N 14. - P. 1186-1196.

Preparing the next generation of genomicists: a laboratory-style course in medical genomics / M. D. Lindemann [et al.] // BMC med. genomics. - 2015. - Vol. 8, N 47. - P. 1-3.

Ngo, D. A. Genomic approaches to identifying targets for treating beta-hemoglobulinopathies / D. A. Ngo, M. H. Steinberg // BMC med. genomics. - 2015. - Vol. 8, N 44. - P. 1-13.

Karki, R. Defining "mutation" and "polymorphism" in the era of personal genomics / R. Karki, D. Pandya, R. C. Elston // BMC med. genomics. - 2015. - Vol. 8, N 37. - P. 1-8.

Alyass, A. From big data analysis to personalized medicine for all: challenges and apportunities / A. Alyass, M. Turlotbe, D. Meyre // BMC med. genomics. - 2015. - Vol. 8, N 33. - P. 1-12.

Титов, Л. П. Компьютерная иммунология: сравнительный анализ нуклеотидных замен в CDR и FR фрагментах генов иммуноглобулинов при гепатите С, криоглобулинемии и лейкозах / Л. П. Титов, Т. А. Столярова, Е. А. Столярова // Вес. НАН Беларусi Сер. мед. навук. - 2010. - № 3. - С. 10-18.

Medical genomics: The intricate path from genetic variant identification to clinical interpretation / B. Quintas [et al.] // Appl. & Transl. Genomics. - 2014. - Vol. 3. - Iss. 3. - P. 60-67.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.