fcmedicineФундаментальная и клиническая медицинаFundamental and Clinical Medicine2500-07642542-0941КемГМУ10.23946/2500-0764-2021-6-3-100-109fcmedicine-442Research ArticleЛЕКЦИИLECTURESМолекулярно-генетические методы в практике современных медико-биологических исследований. ЧАСТЬ III: генодиагностика человека при решении медицинских задачMolecular genetic methods in biomedical research. Part III: human gene diagnostics in clinical practicehttps://orcid.org/0000-0003-1169-715XВолковА. Н.VolkovA. N.

Волков Алексей Николаевич, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии с основами генетики и паразитологии

650025, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а.

Alexey N. Volkov, Dr., PhD, Associate Professor, Department of Biology, Genetics and Parasitology

22a, Voroshilova Street, 650056

volkov_alex@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3148-8788НачеваЛ. В.NachevaL. V.

Начева Любовь Васильевна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой биологии с основами генетики и паразитологии

650025, г. Кемерово, ул. Ворошилова, д. 22а.

Lyubov V. Nacheva, Prof., MD, DSc, Professor, Head of the Department of Biology, Genetics, and Parasitology

22a, Voroshilova Street, 650056

ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияKemerovo State Medical UniversityRussian Federation20212609202163100109Copyright © Волков А.Н., Начева Л.В., 20212021Волков А.Н., Начева Л.В.Volkov A.N., Nacheva L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fcm.kemsmu.ru/jour/article/view/442

Диапазон применения молекулярно-генетических методов при диагностике и терапии заболеваний человека чрезвычайно широк. Это определяется тем объемом наследственной информации, которая содержится в человеческом геноме. Исследование ДНК человека позволяет не только установить наследственные факторы предрасположенности к заболеваниям, но и выявлять генетические отклонения в процессе индивидуального развития и проводить мониторинг этих изменений в случае предполагаемого патологического исхода. Генодиагностика позволяет также изучить индивидуальные генетические особенности пациента для прогнозирования реакций на тот или иной вид лечения для достижения максимального терапевтического эффекта. Основным способом изучения генома человека в медицинской практике является ПЦР-диагностика. Простота, низкая себестоимость, высокая чувствительность и надежность метода наряду с уникальными данными, получаемыми при анализе, позволили ПЦР-диагностике стать рутинным диагностическим методом в различных медицинских направлениях. В лекции рассматриваются некоторые технологические нюансы ПЦР-диагностики при изучении генетического полиморфизма человека. Описываются реальные лабораторные методы и примеры выявления генных и хромосомных мутаций с патологическим эффектом. Обсуждаются перспективы использования количественного анализа нуклеиновых кислот человека в медицинской практике. Особое внимание уделяется вопросам фармакогенетики как перспективного медицинского направления для внедрения персонифицированного подхода к терапии. Лекция ориентирована на студентов медико-биологических специальностей, а также на молодых специалистов, планирующих использовать в своей практической деятельности молекулярно-генетические методы исследований. Для лучшего понимания обсуждаемых вопросов рекомендуется ознакомление с предыдущими лекциями данного цикла.

Application of molecular genetic methods in the diagnosis and treatment of human diseases is extremely wide due to a huge amount of hereditary information contained in the human genome. Gene diagnostics allows establishing predisposition to diseases, identification of genetic abnormalities and prediction of pathological outcomes. In addition, gene diagnostics also enables prediction of the individual response to treatment in order to achieve the maximum therapeutic effect. Among all molecular genetic methods, polymerase chain reaction (PCR) diagnostics is a leading approach. Technical simplicity, low cost, high sensitivity and reliability of the method have made PCR diagnostics a routine modality for the risk assessment, diagnostics, and monitoring of the treatment efficiency. Here, we consider the application of PCR diagnostics for the abovementioned tasks and talk about the real-life examples of detecting mutations and chromosomal aberrations which may cause a disease. Further, we discuss the prospects of using a semi-quantitative PCR in medical practice and focus on pharmacogenetics as a key component of a personalised therapy. The lecture is aimed primarily at biomedical students and physicians and represents a continuation of the previous lectures published in Fundamental and Clinical Medicin.

молекулярно-генетические методыДНКмутацииПЦРmolecular genetic methodsDNAmutationsPCRReferencesJackson M, Marks L, May GHW, Wilson JB. The genetic basis of disease. Essays Biochem. 2018;62(5):643-723. https://doi.org/10.1042/EBC20170053Jackson M, Marks L, May GHW, Wilson JB. The genetic basis of disease. Essays Biochem. 2018;62(5):643-723. https://doi.org/10.1042/EBC20170053Волков А.Н., Цуркан Е.В. Мутация гена UGT1A1 как маркер высокого риска возникновения синдрома Жильбера: научно-прикладные аспекты. Анализ риска здоровью. 2019;2:123-129. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.2.14Volkov AN, Tsurkan EV. UGT1A1 gene mutation as a marker indicating there is a high risk of Gilbert's syndrome: theoretical and applied aspects. Health Risk Analysis. 2019;2:123-129. (In Russ). https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.2.14Iranzo J, Martincorena I, Koonin EV. Cancer-mutation network and the number and specificity of driver mutations. Proc Natl Acad Sci USA. 2018;115(26):E6010-E6019. https://doi.org/10.1073/pnas.1803155115Iranzo J, Martincorena I, Koonin EV. Cancer-mutation network and the number and specificity of driver mutations. Proc Natl Acad Sci USA. 2018;115(26):E6010-E6019. https://doi.org/10.1073/pnas.1803155115Kloosterman WP, Hochstenbach R. Deciphering the pathogenic consequences of chromosomal aberrations in human genetic disease. Mol Cytogenet. 2014;7:100. https://doi.org/10.1186/s13039-014-0100-9Kloosterman WP, Hochstenbach R. Deciphering the pathogenic consequences of chromosomal aberrations in human genetic disease. Mol Cytogenet. 2014;7:100. https://doi.org/10.1186/s13039-014-0100-9Волков А.Н., Рытенкова О.И., Бабарыкина Т.А., Лысенко Д.И. Цитогенетическая диагностика хромосомных аномалий при неразвивающейся беременности. Клиническая лабораторная диагностика. 2017;62(9):553-556. https://doi.org/10.18821/0869-2084-2017-62-9-553-556Volkov AN, Rytenkova OI, Babarykina TA, Lysenko DI. The cytogenetic diagnostic of chromosome anomalies under non-developing pregnancy. Russian Clinical Laboratory Diagnostics. 2017;62(9):553-556. (In Russ). https://doi.org/10.18821/0869-2084-2017-62-9-553-556Mahadevan B, Snyder RD, Waters MD, Benz RD, Kemper RA, Tice RR, Richard AM. Genetic toxicology in the 21st century: reflections and future directions. Environ Mol Mutagen. 2011;52(5):339-354. https://doi.org/10.1002/em.20653Mahadevan B, Snyder RD, Waters MD, Benz RD, Kemper RA, Tice RR, Richard AM. Genetic toxicology in the 21st century: reflections and future directions. Environ Mol Mutagen. 2011;52(5):339-354. https://doi.org/10.1002/em.20653Matsuda K. PCR-based detection methods for single-nucleotide polymorphism or mutation: real-time PCR and its substantial contribution toward technological refinement. Adv Clin Chem. 2017;80:45-72. https://doi.org/10.1016/bs.acc.2016.11.002Matsuda K. PCR-based detection methods for single-nucleotide polymorphism or mutation: real-time PCR and its substantial contribution toward technological refinement. Adv Clin Chem. 2017;80:45-72. https://doi.org/10.1016/bs.acc.2016.11.002Liu M, Yi J, Tang W. Association between angiotensin converting enzyme gene polymorphism and essential hypertension: A systematic review and meta-analysis. J Renin Angiotensin Aldosterone Syst. 2021;22(1):1470320321995074. https://doi.org/10.1177/1470320321995074Liu M, Yi J, Tang W. Association between angiotensin converting enzyme gene polymorphism and essential hypertension: A systematic review and meta-analysis. J Renin Angiotensin Aldosterone Syst. 2021;22(1):1470320321995074. https://doi.org/10.1177/1470320321995074Gintoni I, Adamopoulou M, Yapijakis K. The angiotensin-converting enzyme Insertion/Deletion polymorphism as a common risk factor for major pregnancy complications. In vivo. 2021;35(1):95-103. https://doi.org/10.21873/invivo.12236Gintoni I, Adamopoulou M, Yapijakis K. The angiotensin-converting enzyme Insertion/Deletion polymorphism as a common risk factor for major pregnancy complications. In vivo. 2021;35(1):95-103. https://doi.org/10.21873/invivo.12236Tyagi AK, Khoshbeen MB, Huezo-Diaz Curtis P, Uppugunduri CRS, Ansari M. Development and validation of an allele-specific PCR assay for genotyping a promoter and exonic single nucleotide polymorphisms of MGMT gene. J Biol Methods. 2018;5(2):e92. https://doi.org/10.14440/jbm.2018.224Tyagi AK, Khoshbeen MB, Huezo-Diaz Curtis P, Uppugunduri CRS, Ansari M. Development and validation of an allele-specific PCR assay for genotyping a promoter and exonic single nucleotide polymorphisms of MGMT gene. J Biol Methods. 2018;5(2):e92. https://doi.org/10.14440/jbm.2018.224Волков А.Н., Хабиева С.М., Смирнова Е.Ю., Ларионов А.Ю. Генодиагностика мутаций UGT1A1 в практике современной медицины. Клиническая лабораторная диагностика. 2018;63(3):186-192. https://doi.org/10.18821/0869-2084-2018-63-3-186-192Volkov AN, Khabieva SM, Smirnova EYu, Larionov AV. The genetic diagnostics of mutations UGT1A1 in practice of modern medicine. Russian Clinical Laboratory Diagnostics. 2018;63(3):186-192. (In Russ). https://doi.org/10.18821/0869-2084-2018-63-3-186-192Tong Y, Shen S, Jiang H, Chen Z. Application of digital PCR in detecting human diseases associated gene mutation. Cell Physiol Biochem. 2017;43:1718-1730. https://doi.org/10.1159/000484035Tong Y, Shen S, Jiang H, Chen Z. Application of digital PCR in detecting human diseases associated gene mutation. Cell Physiol Biochem. 2017;43:1718-1730. https://doi.org/10.1159/000484035Krausz C, Hoefsloot L, Simoni M, Tüttelmann F. EAA/EMQN best practice guidelines for molecular diagnosis of Y-chromosomal microdeletions: state-of-the-art 2013. Andrology. 2014;2(1):5-19. https://doi.org/10.1111/j.2047-2927.2013.00173.xKrausz C, Hoefsloot L, Simoni M, Tüttelmann F. EAA/EMQN best practice guidelines for molecular diagnosis of Y-chromosomal microdeletions: state-of-the-art 2013. Andrology. 2014;2(1):5-19. https://doi.org/10.1111/j.2047-2927.2013.00173.xLuu MH, Press RD. BCR-ABL PCR testing in chronic myelogenous leukemia: molecular diagnosis for targeted cancer therapy and monitoring. Expert Rev Mol Diagn. 2013;13(7):749-762. https://doi.org/10.1586/14737159.2013.835573Luu MH, Press RD. BCR-ABL PCR testing in chronic myelogenous leukemia: molecular diagnosis for targeted cancer therapy and monitoring. Expert Rev Mol Diagn. 2013;13(7):749-762. https://doi.org/10.1586/14737159.2013.835573Туркина А.Г., Зарицкий А.Ю., Шуваев В.А., Челышева Е.Ю., Ломаиа Е.Г., Морозова Е.В., Голенков А.К., Поспелова Т.И., Шухов О.А., Фоминых М.С., Гусарова Г.А., Кузьмина Л.А., Абдуллаев А.О., Мартынкевич И.С. Клинические рекомендации по диагностике и лечению хронического миелолейкоза. Клиническая онкогематология. 2017;10(3):294-316. https://doi.org/10.21320/2500-2139-2017-10-3-294-316Turkina AG, Zaritskii AYu, Shuvaev VA, Chelysheva EYu, Lomaia EG, Morozova EV, Golenkov AK, Pospelova TI, Shukhov OA, Fominykh MS, Gusarova GA, Kuz’mina LA, Abdullaev AO, Martynkevich IS. Group of authors under the supervision of academician vg Savchenko. Clinical oncohematology. 2017;10(3):294-316. (In Russ). https://doi.org/10.21320/2500-2139-2017-10-3-294-316Singh KP, Miaskowski C, Dhruva AA, Flowers E, Kober KM. Mechanisms and measurement of changes in gene expression. Biol Res Nurs. 2018;20(4):369-382. https://doi.org/10.1177/1099800418772161Singh KP, Miaskowski C, Dhruva AA, Flowers E, Kober KM. Mechanisms and measurement of changes in gene expression. Biol Res Nurs. 2018;20(4):369-382. https://doi.org/10.1177/1099800418772161Павлов К.А., Шкопоров А.Н., Хохлова Е.В., Корчагина А.А., Сидоренков А.В., Григорьев М.Э., Пушкарь Д.Ю., Чехонин В.П. Разработка диагностической тест-системы для ранней неинвазивной диагностики рака простаты, основанной на количественной детекции мРНК гена PCA3 в осадке мочи методом ОТ-ПЦР в режиме реального времени. Вестник РАМН. 2013;5:45-51. https://doi.org/10.15690/vramn.v68i5.662Pavlov KA, Shkoporov AN, Khokhlova EV, Korchagina AA, Sidorenkov AV, Grigoriev ME, Pushkar DU, Chekhonin VP. Development of a diagnostic test system for early non-invasive detection of prostate cancer based on PCA3 mRNA levels in urine sediment using quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR). Annals of the Russian academy of medical sciences. 2013;68(5):45-51. (In Russ). https://doi.org/10.15690/vramn.v68i5.662Ahmed S, Zhou Z, Zhou J, Chen S. Pharmacogenomics of drug metabolizing enzymes and transporters: relevance to precision medicine. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2016;14(5):298-313. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2016.03.008Ahmed S, Zhou Z, Zhou J, Chen S. Pharmacogenomics of drug metabolizing enzymes and transporters: relevance to precision medicine. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2016;14(5):298-313. https://doi.org/10.1016/j.gpb.2016.03.008Johnson JA, Caudle KE, Gong L, Whirl-Carrillo M. Clinical pharmacogenetics implementation consortium (CPIC) Guideline for pharmacogenetics-guided warfarin dosing: 2017 Update. Clin Pharmacol Ther. 2017;102(3):397-404. https://doi.org/10.1002/cpt.668Johnson JA, Caudle KE, Gong L, Whirl-Carrillo M. Clinical pharmacogenetics implementation consortium (CPIC) Guideline for pharmacogenetics-guided warfarin dosing: 2017 Update. Clin Pharmacol Ther. 2017;102(3):397-404. https://doi.org/10.1002/cpt.668Etienne-Grimaldi MC, Boyer JC, Thomas F, Quaranta S, Picard N, Loriot MA, Narjoz C, Poncet D, Gagnieu MC, Ged C, Broly F, Le Morvan V, Bouquié R, Gaub MP, Philibert L, Ghiringhelli F, Le Guellec C; Collective work by Groupe de Pharmacologie Clinique Oncologique (GPCO-Unicancer); French Réseau National de Pharmacogénétique Hospitalière (RNPGx). UGT1A1 genotype and irinotecan therapy: general review and implementation in routine practice. Fundam Clin Pharmacol. 2015;29(3):219-237. https://doi.org/10.1111/fcp.12117.Etienne-Grimaldi MC, Boyer JC, Thomas F, Quaranta S, Picard N, Loriot MA, Narjoz C, Poncet D, Gagnieu MC, Ged C, Broly F, Le Morvan V, Bouquié R, Gaub MP, Philibert L, Ghiringhelli F, Le Guellec C; Collective work by Groupe de Pharmacologie Clinique Oncologique (GPCO-Unicancer); French Réseau National de Pharmacogénétique Hospitalière (RNPGx). UGT1A1 genotype and irinotecan therapy: general review and implementation in routine practice. Fundam Clin Pharmacol. 2015;29(3):219-237. https://doi.org/10.1111/fcp.12117.

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