Ішектің қабыну аурулары

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 17 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық технологиялық зерттеу университеті
Қ. Тұрысов атындағы Геология және мұнай-газ ісі институты
Химиялық және биохимиялық инженерия кафедрасы

Шамуратова Эльвира Курметқызы

Ішектің қабыну ауруларындағы гендердің мРНҚ-ларымен микроРНҚ-дың өзара байланысын биоинформатикалық түрде анықтау

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

5B05101−Химиялық және биохимиялық инженерия мамандығы

Алматы 2023

МАЗМҰНЫ

Кіріспе

НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1.1
Ішектің қабыну аурулары

1.2
Матрицалық РНҚ

1.3
miRNA және оның биогенезі

1.4
Ішек қабынуы кезіндегі miRNA-лар, және олардың рөлі

1.5
Ішек қабынуы ауруларына жауапты гендер

2
ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ

2.1
Зерттеу жұмысында қолданылған биоинформатикалық бағдарламалар

2.2
NCBI

2.3
miRBase

2.4
miRDB

НЕГІЗГІ БӨЛІМ
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Ішектің қабыну аурулары
Ішектің қабыну аурулары асқазан-ішек жолдарының созылмалы қабыну аурулары болып табылады. Ішектің қабыну аурулары ішек микрофлорасына иммундық реакцияның бұзылуынан туындаған асқазан-ішек жолдарының қабынуының қайталанатын эпизодтарымен сипатталады [1].
Ішектің қабыну ауруларына идиопатиялық ішек ауруларының екі түрі жатады, олар ішек қабырғасының зақымдануының орналасуы мен тереңдігімен ажыратылады. Ойық жаралы колит тоқ ішектің шырышты қабығының диффузды қабынуын қамтиды. Көбінесе ойық жаралы колит тік ішекке (проктит) әсер етеді, бірақ сигма тәрізді ішекке (проктосигмоидит), сигма тәрізді ішектен тыс (дистальды ойық жаралы колит) таралуы мүмкін немесе тоқ ішекті соқыр ішекке дейін (панколит) қамтуы мүмкін. Крон ауруы асқазан-ішек жолдарының (асқазан-ішек жолдарының) кез-келген бөлігінің трансмуральды жарасына әкеледі, көбінесе мықын ішек пен тоқ ішекке әсер етеді [2].
Ішектің иммундық жүйесі ішектің қабыну ауруларының патогенезінде маңызды рөл атқарады. Ішек эпителийі тығыздалған жасушааралық қосылыстар арқылы бактериялардың немесе антигендердің қанға енуіне жол бермейді. Ішектің қабыну аурулары кезінде бұл қосылыстар бастапқы тосқауыл функциясының жеткіліксіздігінен немесе қатты қабынудан зақымдалады [3].
Ойық жаралы колитте әрқашан шырышты қабықтың қабынуы болады, бұл ісікке, жараға, қан кетуге және электролиттердің жоғалуына әкеледі. Ойық жаралы колитте қабыну әдетте тік ішектен басталып, проксимальды тоқ ішекке үздіксіз өтеді. Крон ауруында спазмодикалық зақымданулар байқалады [4].
Ішектің белсенді қабыну ауруы бар науқастарда микроскопиялық бағалау нейтрофилдер, макрофагтар, дендритті жасушалар және табиғи өлтіруші Т жасушаларының қоспасы бар өз пластинасының айқын инфильтрациясын анықтайды. Бұл жасушалардың көбеюі және белсендірілуі ісік некрозының факторы (TNF-a), интерлейкин-1b, интерферон-гамма және интерлейкин-23-TH17 цитокиндерінің деңгейін жоғарылатады [5].
Ішектің қабыну ауруын диагностикалау клиникалық деректерді, қабынудың зертханалық маркерлерін, бейнелеу нәтижелерін және эндоскопиялық биопсияларды біріктіруді қажет етеді. Гематологиялық мәліметтерге микроциттік анемия, лейкоцитоз және тромбоцитоз, эритроциттердің шөгу жылдамдығы және жоғары сезімтал С-реактивті ақуыз (hsCRP) сияқты қабыну маркерлері жатады [6].
Крон ауруы эпителий тосқауылының тұтастығының бұзылуымен сипатталады, бұл микробтық антигендер мен басқа сыртқы агенттердің транслокациясына әкеледі. Бірнеше зерттеулер Крон ауруы бар науқастарда бактериялардың адгезиясының жоғарылауын көрсетті. Люменнің сыртқы құрамындағы шырышты қабықтың иммундық жүйесіне әсер ету қабынуға қарсы цитокиндердің өндірісін айтарлықтай арттырады және Т-жасушаларының Т-хелпер (Th)1 типті эффекторлық жасушаларға дифференциациялануына ықпал етеді, бұл қабынуға қарсы цитокиндердің бөлінуін тудырады (1-сурет).

1-Сурет. Крон ауруы кезінде иммундық жауаптың басталуы. Қатысатын негізгі молекулалар-TGF-β, Treg, TLR, DCs, Th жасушалары және TL1A.

1.2 Матрицалық РНҚ

Матрицалық рибонуклеин қышқылы (мРНҚ немесе ақпараттық РНҚ) - ақуыз синтезі үшін пайдаланылатын ДНҚ-да ақпарат кодталған кезде трансформация процесінде маңызды рөл атқаратын РНҚ түрі. [7]. мРНҚ жасуша ядросында транскрипция (ДНҚ-дан РНҚ синтездеу процесі) арқылы жүреді. Содан кейін мРНҚ қайта оралып, цитоплазмаға жылжиды, онда ол рибосомаларда, яғни белоктар синтезделетін жасушалық құрылымдарда трансляцияланады. [8].
МРНҚ құрылымы-әрқайсысы азотты негізден (аденин, гуанин, цитозин немесе урацил), сахарозадан және фосфаттан тұратын нуклеотидтер (рибонуклеотидтер) тізбегі. МРНҚ ақуыздармен біріктірілген аминқышқылдарын кодтайды. МРНҚ уақытша қасиетке ие: ол тек даму және одан әрі даму кезінде болады. Бұл ақуыз синтезінің процесін бақылауға және қоршаған ортадағы өзгерістерге тез жауап беруге мүмкіндік береді. РНҚ полимераза өсіп келе жатқан мРНҚ тізбегіне ДНҚ мен РНҚ (AU, CG) арасындағы негізді жұптастыру ережелерін сақтай отырып, комплементарлы нуклеотидтерді қосады. Процесс РНҚ-полимераза геннің соңына немесе белгілі бір тоқтату сигналына жеткенше жалғасады. [9].
мРНҚ биотехнология мен медицинада көптеген қолданыстарға ие. Pfizer-BioNTech және Мoderna COVID-19 вакциналары сияқты мРНҚ вакциналары иммундық жауапты тудыратын және инфекциядан қорғайтын SARS-CoV-2 вирусының протеинін кодтау үшін синтетикалық мРНҚ молекулаларын пайдаланады. Муковисцидоз және Дюшен бұлшықет дистрофиясы сияқты генетикалық аурулардың мРНҚ негізіндегі терапиясы да қарқынды дамып келеді. Осылайша, мРНҚ ақуыз синтезі процесінде маңызды молекула болып табылады. Ол генетикалық ақпаратты ядродағы ДНҚ-дан белоктар синтезделетін цитоплазмадағы рибосомаларға тасымалдайды. мРНҚ-ны өңдеу және реттеу ақуыз бен жасушалық функцияның дұрыс синтезі үшін өте маңызды болса, ал мРНҚ-дағы мутациялар ауыр зардаптарға әкелуі мүмкін. МРНҚ-ны биотехнология мен медицинада қолдану вакциналар мен аурулардың кең спектрін емдеуде әлеуетті қолданбалары бар перспективалы зерттеу саласы болып табылады. [10].

1.3 miRNA және оның биогенезі

miRNAs - 21-23 нуклеотидті қамтитын шағын, бір тізбекті, кодталмаған РНҚ молекулалары. Көптеген физиологиялық процестер мен патологиялардың, соның ішінде қатерлі ісік, жүрек-қан тамырлары және метаболикалық аурулардың нәтижесі көбінесе miRNA-ға байланысты [11]. Оларды адам патологиясының биомаркерлері ретінде қолдану 12 биологиялық сұйықтықта анықталуы арқасында мүмкін болады [12]. Сонымен қатар, miRNA экспрессиясы тіндердің 61 түрінің үлгілерінде табылды [13]. miRNA гендері адам гендерінің кодталатын және кодталмаған тізбегінде орналасуы мүмкін, олардың биогенезі бірнеше кезеңді қамтиды (2-сурет) [14]. miRNA синтезі ең алдымен ядрода РНҚ-полимераза II көмегімен, ұзындығы бірнеше килобазалық primiRNA түзіледі. RNase III DROSHA және оның ақуыз кофакторы DGCR8 (DROSHADGCR8) кіретін кешеннің көмегімен шпилька құрылымының миРНҚ прекурсоры (pre-miRNA) түзіледі. pre-miRNA одан әрі DIСER арқылы қос тізбекті миРНҚ-ға ыдырай отырып, цитоплазмаға тасымалданады. miRNA mRNA нысанасымен әрекеттесетін РНҚ-индукцияланған дыбыссыздандыру кешеніне (RISC) екеуі де немесе тек бір тізбекті қосуға болады [15]. RISC кешеніндегі miRNA 5'UTR, CDS және 3'UTR мРНҚ-мен байланыса алады [16]. miRNA биологиялық және патологиялық процестердің реттеуші функцияларының кең ауқымына қатысады: жасушалардыңтіндердің дамуы, дифференциация, метаболизм, гомеостаз, пролиферация және апоптоз, иммундық реакциялар және қатерлі ісіктің дамуы [17]. miRNA биогенезі мен функцияларына әсер етуі мүмкін: эпигенетикалық модификациялар, ақуыз белсенділігінің өзгеруі, miRNA гендеріндегі бір нуклеотидті полиморфизмдер (SNR), miRNA нуклеотидтер тізбегіндегі тұқым қуалайтын мутациялар; miRNA кодтайтын гендердегі соматикалық мутациялар және miRNA гендерінің көшірмесінің өзгеруі [18]. miRNA дене сұйықтықтарында жоғары тұрақты, диагностикалық сезімталдығы мен ерекшелігі жоғары және клиникалық сынақтардан кейін әртүрлі аурулардың минималды инвазивті биомаркерлері ретінде ұсынылуы мүмкін [19].

2-Сурет. Айналымдағы miRNA биогенезі [20]

1.4 Ішек қабынуы кезіндегі miRNA-лар, және олардың рөлі

Ішектің қабыну ауруларындағы miRNA рөлі ауру, диагностика және терапия механизмдерін ашудың жаңа жолын ұсынады. Ішек қабыну ауруларындағы miRNA экспрессиясы мен ген экспрессиясының өзгерістері анықталғанымен, miRNA өзгерістері мен генді нысанаға алу арасындағы көптеген механикалық байланыстар әлі анықталған жоқ. Ойық жаралы колит және Крон ауруы белгілі бір қабаттасуы бар әртүрлі ауруларды білдірсе де, әртүрлі miRNA экспрессия профильдерін анықтау науқастың ауру ағымын анықтаудың ерте әдісін қамтамасыз етуі мүмкін. miRNA экспрессиясының өзгеруінің функционалдық салдары анықталғаннан кейін, miRNA болашақта емдеудің нысанасы болуы мүмкін [21].
Көптеген зерттеулер ішек қабыну аурулары бар емделушілерде және ішек қабынуының эксперименттік үлгілерінде miRNA экспрессиясының реттелуінің бұзылуын анықтады. Бұл miRNA-лар қабыну, иммундық реттеу және эпителиалды тосқауыл функциясы сияқты ішек қабыну ауруларының патогенезінде маңызды рөл атқаратын гендердің экспрессиясын реттеуге қатысады [22].
miR-21 - ішек қабыну ауруларында ең көп зерттелген miRNA бірі болып табылады және ойық жаралы колит және Крон ауруы бар науқастардың қабынған ішек қабығында белсендірілген. miR-21 PDCD4 және IL-12 сияқты иммундық жасушаларды белсендіруге қатысатын гендердің экспрессиясын реттеуге қатысады және ішектің қабыну ауруы патогенезінде шешуші рөл атқаратын Th17 жасушаларының дифференциациясына ықпал етеді [23].
miR-146a - ішек қабыну аурулары пациенттерінде қабынған ішек шырышты қабатында реттелетін тағы бір miRNA. miR-146a IRAK1 және TRAF6 сияқты иммундық жауапқа қатысатын гендердің экспрессиясын реттеуге қатысады және қабыну реакциясын төмендетуде маңызды рөл атқарады. [24].
miR-155 - ішек қабыну аурулары бар науқастарда қабынған ішек шырышты қабатында реттелетін тағы бір miRNA. miR-155 IFN-γ сияқты иммундық жауапқа қатысатын гендердің экспрессиясын реттеуге қатысады және ішектің қабыну ауруы патогенезінде маңызды рөл атқаратын Th1 және Th17 жасушаларының дифференциациясына ықпал етеді [25].
miR-192 - әртүрлі биологиялық процестерге, соның ішінде жасуша пролиферациясына, дифференциациясына, апоптозға және қабынуға қатысатын miRNA. Ішектің қабынуы жағдайында miR-192 ішек эпителий жасушаларының қызметін реттеуге қатысады. In vitro зерттеулері сонымен қатар miR-192 ZO-1 және claudin-1 сияқты эпителиалды тосқауыл функциясын сақтауға қатысатын гендерді тікелей нысанаға алатындығын көрсетті. miR-192 ішек эпителийінің тосқауылдық қызметін сақтауда және ішектегі қабынуды реттеуде маңызды рөл атқарады [26].
miR-200b - иммундық реакцияны және ішектегі эпителий тосқауылының қызметін реттеуде шешуші рөл атқарады. Зерттеулер miR-200b иммундық жауапты реттеуде және ішектегі эпителиальды тосқауылдың қызметінде рөл атқаратынын көрсетті. In vitro зерттеулері miR-200b иммундық жасушаларды белсендіруді реттеуге және IL-6 және IL-23 сияқты цитокиндерді өндіруге қатысатын гендерге тікелей әсер етуі мүмкін екенін көрсетті [27].

1.5 Ішек қабынуы ауруларына жауапты гендер

Соңғы бірнеше онжылдықта ішек қабыну ауруларындағы генетикалық үлесті түсінуде маңызды жетістіктерге қол жеткізілді. Бұл жаңа жалғыз нуклеотидтік полиморфизмдерді (SNPs) анықтаған көптеген геномдық ассоциациялық зерттеулерге (GWAS) мүмкіндік берген генетикалық тестілеудегі және ДНҚ секвенциясының технологиялық жетістіктерімен байланысты [28].

3-Сурет. Ішектің қабыну аурулары кезіндегі эпидемиологиялық және генетикалық ашылулардың хронологиясы. CD = Крон ауруы; GWAS = жалпы геномдық ассоциацияны сканерлеу; IBD = ішектің қабыну ауруы; UC = ойық жаралы колит [29].

2001 жылы табылған құрамында 2 (NOD2) бар нуклеотидті байланыстыратын олигомеризация домені крон ауруына сезімталдықтың алғашқы гені болып табылады. Бұл ген моноциттердегі бактерия өнімдері үшін жасушаішілік рецептор ретінде әрекет ететін және NFkB белсендіруіне әкелетін сигналдарды тарататын ақуызды кодтайды. NOD2-нің мурамилдипептидпен активтенуі дендритті жасушаларда аутофагияны тудырады. NOD2 генінде сезімталдық нұсқалары бар Крон ауруы бар науқастардың дендритті жасушаларында аутофагия индукциясының жетіспеушілігі байқалады, сонымен қатар аутофаголизосомалардағы бактериялардың локализациясының төмендегенін көрсетеді [30].
IL23R және PTPN2 сияқты басқа гендер де аутоиммунды аурумен байланысты, бұл Крон патогенезінің тағы бір аспектісін көрсетеді [31].
Зерттеушілер Крон ауруының қаупіне әсер ететін кем дегенде 200 генетикалық вариацияны анықтады. Бұл вариациялардың көпшілігі гендік белсенділіктің мөлшерін, уақытын және орнын аздап өзгерту арқылы жұмыс істейді деп саналады. Көптеген вариациялардың ауру қаупіне әсер ету механизмі белгісіз, бірақ олар иммундық жүйенің жұмысын қандай да бір жолмен өзгертуі мүмкін. Бірге алғанда, белгілі генетикалық вариациялар Крон ауруының жалпы қаупінің аз ғана пайызын құрайды, бұл генетикалық факторларға байланысты [32].
NOD2 CARD15: бұл ген Крон ауруымен байланысты және ішектегі бактерияларға иммундық жауапқа қатысады [33].
IL23R: Бұл ген Крон ауруымен де, ойық жаралы колитпен де байланысты және қабынуға иммундық жауапқа қатысады [34].
ATG16L1: бұл ген крон ауруымен байланысты және зақымдалған жасушаларды тазарту үшін маңызды аутофагия процесіне қатысады [35].
IRGM: бұл ген Крон ауруымен байланысты және аутофагия процесіне де қатысады [36].
TNFSF15: бұл ген крон ауруымен де, ойық жаралы колитпен де байланысты және қабынуға иммундық жауапқа қатысады [37].
MUC19: бұл ген ойық жаралы колитпен байланысты және ішекте шырыш өндіруге қатысады [38].
Айта кету керек, бұл гендер ішектің қабыну ауруларымен байланысты болса да, олар міндетті түрде ауруды өздігінен тудырмайды. Керісінше, ішектің қабыну аурулары дамуы көптеген генетикалық және қоршаған орта факторларының күрделі өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады.

4-Сурет. Ішектің қабыну ауруының генетикалық архитектурасына кең шолу, әр жолға қатысатын расталған және потенциалды гендердің мысалдары. Treg = реттеуші Т-жасуша [39].

ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ

Зерттеу жұмысында қолданылған биоинформатикалық бағдарламалар

NCBI Америка Құрама Штаттарының ұлттық медицина кітапханасының бөлігі болып табылатын Ұлттық биотехнологиялық ақпарат орталығы дегенді білдіреді. 1988 жылы Бетесдада (Мэриленд, АҚШ) молекулалық биология деректерін өңдеу және сақтау бойынша орталық институт ретінде құрылған. АҚШ Ұлттық медицина кітапханасының бөлігі болып табылады. NCBI - молекулалық биология, генетика және биоинформатика саласындағы ғалымдар мен зерттеушілерге арналған ресурс. NCBI миссиясы биомедициналық және геномдық ақпаратқа қол жетімділікті қамтамасыз ету арқылы ғылым мен денсаулық сақтауды ілгерілету және зерттеулерді ілгерілету үшін жаңа құралдар мен технологияларды әзірлеу болып табылады.
NCBI әртүрлі биомедициналық және геномдық ақпараттық ресурстарға қол жеткізуге мүмкіндік береді, соның ішінде:
PubMed: NCBI ұсынатын ең танымал ресурстардың бірі, биомедициналық әдебиеттердің жан-жақты дерекқоры. PubMed мыңдаған биомедициналық журналдардың 32 миллионнан астам дәйексөздерін қамтиды және күн сайын жаңартылып отырады. Бұл белгілі бір тақырып бойынша тиісті әдебиеттерді табуды қажет ететін зерттеушілер мен биотехнология мамандары үшін таптырмас ресурс болды.
GenBank: NCBI ұсынатын тағы бір маңызды ресурс, генетикалық тізбектердің дерекқоры. GenBank мыңдаған организмдерден 300 миллиардтан астам базалық жұптарды қамтиды және үнемі өсіп отырады. Зерттеушілер GenBank-ті өз зерттеулері мен генетикалық тізбектерді табу үшін пайдалана алады және деректер базасы генетика мен молекулалық биологияны зерттейтіндер үшін маңызды ресурс көзі болып табылады.
BLAST (Basic Local Alignment Search Tool): ДНҚ мен ақуыз тізбегін салыстыруға арналған құралдар жиынтығы. BLAST биотехнология зерттеушілері үшін маңызды құрал болып табылады, бұл оларға генетикалық тізбектерді тез әрі оңай салыстыруға және ұқсастықтар мен айырмашылықтарды анықтауға мүмкіндік береді.
Gene: гендер мен олардың функцияларының мәліметтер базасы. Бұл базада әртүрлі организмдердің 30 миллионнан астам гендері туралы ақпарат бар. Зерттеушілер гендік дерекқорды белгілі бір геннің қызметі туралы ақпаратты іздеу үшін, сондай-ақ әртүрлі гендер арасындағы байланысты зерттеу үшін пайдалана алады.
... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.