HAPLOTIP: MÈTODES D'ESTUDI, DIAGNÒSTICS, MALALTIES, EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Un haplotip és una regió de l'genoma que tendeix a heretar-se junta a través de múltiples generacions; típicament s'ubica tota en un mateix cromosoma. Els haplotips són producte de l'lligament genètic i romanen intactes durant la recombinació genètica.

La paraula "haplotip" deriva d'una combinació de la paraula "haploide" i la paraula "genotip". "Haploide" fa referència a cèl·lules amb un sol conjunt de cromosomes i "genotip" parla de la composició genètica d'un organisme.

Esquema de la distribució dels haplotips de l'cromosoma Y en les poblacions asiàtiques (Font: Moogalord via Wikimedia Commons) Seguint la definició, un haplotip pot descriure un parell de gens o més que s'hereten junts en un cromosoma a partir d'un parental, o pot descriure un cromosoma que s'hereta complet d'un parental, com és el cas de l'cromosoma I en els homes.

Per exemple, quan els haplotips comparteixen gens per dos caràcters fenotípics diferents, com el color de cabells i el color dels ulls, els individus que posseeixen el gen de la color de cabells també van a posseir l'altre gen per al color dels ulls.

Els haplotips són una de les eines més utilitzades en l'actualitat per a l'estudi de la genealogia, per rastrejar l'origen de les malalties, per caracteritzar la variabilitat genètica i la filogeografia de les poblacions de diferents tipus d'éssers vius.

Existeixen múltiples eines per a l'estudi dels haplotips, una de les més emprades en l'actualitat és "Haplotype map" (HapMap), que és una pàgina web que permet determinar quins són els segments de l'genoma que són haplotips.

Mètodes d'estudi

Els haplotips representen una oportunitat per comprendre l'herència dels gens i la seva polimorfisme. Amb el descobriment de la tècnica "Reacció en Cadena de la Polimerasa" (PCR, de l'anglès "Polymerase Chain Reaction") es va avançar àmpliament en l'estudi dels haplotips.

Actualment existeixen nombroses metodologies per a l'estudi dels haplotips, algunes de més destaques són:

Seqüenciament d'ADN i detecció de polimorfismes d'un sol nucleòtid (SNPs)

El desenvolupament de les tecnologies de seqüenciament de nova generació va representar un gran salt per a l'estudi dels haplotips. Les noves tecnologies permeten detectar variacions de fins a una sola base nucleotídica en regions específiques d'un haplotip.

A la bioinformàtica, el terme haplotip també és utilitzat per referir-se a l'herència d'un grup de polimorfismes d'un sol nucleòtid (SNP) en seqüències d'ADN.

Combinant programes bioinformàtics amb la detecció d'haplotips utilitzant seqüenciament de nova generació es pot identificar de forma exacta la posició, la substitució i l'efecte que té el canvi de cada base en el genoma d'una població.

Microsatèl·lits (SSRs)

Els microsatèl·lits o SSRs, deriven el seu nom de l'anglès "S imple Sequence Repeat i Short Tandem Repeat". Aquests són seqüències de nucleòtids curtes que es repeteixen de forma successiva dins d'una regió de l'genoma.

És freqüent trobar microsatèl·lits a l'interior dels haplotips no codificants, per tant, a través de la detecció de les variacions en el nombre de repeticions dels microsatèl·lits es poden observar els diferents al·lels en els haplotips dels individus.

S'han desenvolupat marcadors moleculars de tipus microsatèl·lit per a la detecció d'una infinitat d'haplotips, des del sexatge de plantes com la Papaia (Carica papaia) fins a la detecció de malalties humanes com l'anèmia falciforme.

Polimorfismes de longitud dels fragments amplificats (AFLP)

Aquesta tècnica combina l'amplificació amb reaccions de PCR amb la digestió de l'ADN amb dos enzims de restricció diferents. La tècnica detecta els loci polimòrfics en els haplotips d'acord amb els diferents llocs de tall en la seqüència d'ADN.

Per il·lustrar millor la tècnica, imaginem tres fragments de tela de la mateixa longitud, però tallats en llocs diferents (aquests fragments representen tres fragments d'haplotips amplificats mitjançant la tècnica de PCR).

En el moment en que la tela sigui tallada s'obtindran molts trossos de diferent grandària, ja que cada tela es talla en llocs diferents. A l'ordenar els fragments d'acord a el tipus de tela de la qual provenen, podrem observar en quin lloc es troben les diferències entre les teles o en els haplotips.

Diagnòstics i malalties

Un avantatge important de l'estudi genètic dels haplotips és que aquests romanen gairebé intactes o inalterats durant milers de generacions, i això permet la identificació dels avantpassats remots i cadascuna de les mutacions amb què contribueixen els individus a el desenvolupament de malalties.

Els haplotips en la humanitat varien en funció de les races i, partint d'aquesta primícia, s'han detectat gens dins dels haplotips que causen malalties severes en cadascuna de les races humanes.

En el projecte HapMap s'inclouen quatre grups racials: europeus, nigerians ioruba, xinesos han i japonesos.

D'aquesta manera, el projecte HapMap pot cobrir els diferents grups de poblacions i rastrejar l'origen i l'evolució de moltes de les malalties hereditàries que afecten cadascuna de les quatre races.

Una de les malalties que es diagnostica amb més freqüència utilitzant l'anàlisi d'haplotips és l'anèmia falciforme en els humans. Aquesta malaltia es diagnostica rastrejant la freqüència d'haplotips africans en una població.

A l'ésser una malaltia originària d'Àfrica, identificar els haplotips africans en les poblacions permet rastrejar de manera fàcil a les persones que posseeixen la mutació en la seqüència genètica per a les beta globines dels eritròcits en forma de falç (característics de la patologia).

exemples

Amb els haplotips es construeixen arbres filogenètics que representen les relacions evolutives entre cada un dels haplotips trobats en una mostra de molècules d'ADN homòlogues o d'una mateixa espècie, en una regió que té poca o cap recombinació.

Una de les branques més estudiades a través dels haplotips és l'evolució de el sistema immune dels humans. Els haplotips que codifiquen per al receptor tipus Toll (un component clau de sistema immune innat) s'han identificat per al genoma de neandertals i denisovans.

Això els permet rastrejar com han canviat les seqüències genètiques en les poblacions dels humans "moderns" respecte de les seqüències d'haplotips que corresponen als humans "ancestrals".

Construint una xarxa de relacions genètiques a partir dels haplotips mitocondrials s'estudia com ocorre l'efecte fundador en les espècies, ja que això permet als científics identificar quan les poblacions van deixar de reproduir-se entre elles i es van establir com a espècies separades.

Distribució de l'haplogrup R (ADN-I) en poblacions natives (Font: Maulucioni, via Wikimedia Commons) La diversitat d'haplotips s'utilitza per rastrejar i estudiar la diversitat genètica dels animals criats en captivitat. Aquestes tècniques s'utilitzen de manera especial per a espècies difícils de monitoritzar en la vida silvestre.

Espècies animals com els taurons, les aus i els mamífers de grans dimensions com els jaguars, elefants, entre d'altres, són constantment avaluats genèticament a través dels haplotips mitocondrials per monitoritzar l'estat genètic de les poblacions en captivitat.

referències

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Speed, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Detecting genome wide haplotype sharing using SNP or microsatellite haplotype data. Human genetics, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andreu, AM, & Kelso, J. (2016). Introgression of Neandertal-and Denisovan-like haplotypes contributes to adaptive variation in human Toll-like receptors. The American Journal of Human Genetics, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & et Meerman, GJ (1996). Haplotype identity between individuals who share a CFTR mutation allele "identical by descent": demonstration of the usefulness of the haplotype-sharing concept for gene mapping in real populations. Human genetics, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, A EL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, & Dawkins, RL (1992). Ancestral haplotypes: conserved population MHC haplotypes. Human Immunology, 34 (4), 242-252.
5. Fellows, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, June). Haplotype Inference Constrained by plausible haplotype data. In Annual Symposium on Combinatorial Pattern Matching (pp. 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B.,… & Liu-Be, SN (2002). The structure of haplotype blocks in the human genome. Science, 296 (5576), 2225-2229.
7. International HapMap Consortium. (2005). A haplotype map of the human genome. Nature, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Mitochondrial DNA haplotype La diversitat and origin of captive sand tiger sharks (Carcharias taurus). Journal of Zoo and Aquarium Research, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, IJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Haplotype Inference for present-absent genotype data using Previously identified haplotypes and haplotype patterns. Bioinformatics, 23 (18), 2399-2406.
10. Young, NS (2018). Aplastic anèmia. The New England Journal of Medicine, 379 (17), 1643-1656.