Каталог :: Биология

Реферат: Генные болезни

Генные болезни.
Это группа болезней, в основе развития которых лежат нарушения числа или
структуры хромосом, возникающие в гаметах родителей или на ранних стадиях
дробления зиготы. История изучения Х.б. берет начало с кинических
исследований, проводившихся задолго до описания хромосом человека и открытия
хромосомных аномалий. Х.б. - болезнь Дауна (трисомия 21) ,  синдромы: Тернера
(трисомия 18), Клайнфелтера, Патау (трисомия 13), Эдвардса.
С разработкой метода авторадиографии стала возможной идентификация некоторых
индивидуальных хромосом, что способствовало открытию группы Х.б., связанных
со структурными перестройками хромосом. Интенсивное развитие учения о Х.б.
началось в 70х годах 20 в. после разработки методов дифференциального
окрашивания хромосом.
Классификация Х.б. основана на типах мутаций вовлеченных в них хромосом.
Мутации в половых клетках приводят к развитию полных форм Х.б., при которых
все клетки организма имеют одну и ту же хромосомную аномалию.
В наст. Время описано 2 варианта нарушений числа хромосомных наборов -
тетраплоидия и триплодия. Другая группа синдромов обусловлена нарушениями
числа отдельных хромосом – трисомиями (когда имеется добавочная хромосома в
диплоидном наборе) или моносомия (одна из хромосом отсутствует).Моносомии
аутосом несовместимы с жизнью . Трисомии - более часто встречающаяся
паталогия у человека . Ряд хромосомных болезней связан с нарушением числа
половых хромосом.
Самая многочисленная группа  Х.б.-  это синдромы, обуслов
ленные структурными перестройками хромосом. Выделяют хромо-
сомные синдромы так называемых частичных моносомий (увеличение или уменьшение
числа отдельных хромосом не на целую хромосому, а на ее часть).
В связи с тем, что подавляющая часть хромосомных аномалий относится к
категории летальных мутаций, для характеристики их количественных параметров
используются 2 показателя - частота распространениея и частота возникновения.
Выяснено, что около 170 из 1000 эмбрионов и плодов погибают до рождения, из
них около 40% - вследствие влияния хромосомных нарушений. Тем не менее,
значительная часть мутантов (носителей хромосомной аномалии) минует действие
внутриутробного отбора .
Но некоторые из них погибают в раннем детстве. Больные с аномалиями половых
хромосом из - за нарушений полового развития , как правило, не оставляют
потомства. Отсюда следует - все аномалии можно отнести к мутациям. Показано
,что в общем случае хромосомные мутации почти полностью изчезают из популяции
через 15 - 17 поколений .
Для всех форм Х.б. общим признаком является множественность нарушений
(врожденные пороки развития). Общими проявлениями  Х.б. являются: задержка
физического и психомоторного развития, умственная отсталость, костно-мышечные
аномалии, пороки сердечно - сосудистой, мочеполовой, нервной  и др. систем,
отклонение в гормональном, биохимическом и иммунологическом статусе и др.
Степень поражения органов при Х.б. зависит от многих факторов - типа
хромосомной аномалии, недостающего или избыточного материала индивидуальной
хромосомы, генотипа организма, условий среды, в котором развивается организм.
Этиологическое лечение Х.б. в настоящее время не разработано.
Разработка методов пренатальной диагностики делает этот подход эффективным в
борьбе не только с хромосомными, но и с др. наследственными болезнями.
-
К настоящему времени на хромосомах человека картировано около 800 генов,
мутации которых приводят к различным наследственным заболеваниям. Количество
моногенных заболеваний, для которых известна локализация контролирующего
гена, еще больше и приближается к 950 за счет существования аллельных серий,
то есть групп болезней, клинически сильно отличающихся друг от друга, но
обусловленных мутациями в одном и том же гене . Для всех этих заболеваний
принципиально возможна пренатальная диагностика с использованием косвенных
методов молекулярного анализа .
Более половины картированных генов клонировано и охарактеризовано методами
молекулярного анализа. Для каждого из этих генов описаны мутантные варианты
среди соответствующих групп больных, причем количество идентифицированных
аллелей в разных генах может колебаться от одного до нескольких сотен
(см.ниже). Молекулярное генотипирование мутации позволяет проводить прямую
пренатальную диагностику соответствующего наследственного заболевания в
семьях высокого риска.
Другое положение, которое следует напомнить в вводной части этой главы
касается специфичности мутационных повреждений каждого структурного гена.
Несмотря на наличие общих закономерностей в мутационных процессах, спектр
мутаций для каждого гена, равно как и сами структурные гены —уникальны.
Причины этой уникальности кроются в особенностях первичной структуры ДНК
каждого гена, в частности, обогащенности CG нуклеотидами, его размерах,
наличии прямых и обращенных повторов, присутствии внутри гена ДНК
последовательностей, гомологичных внегенным участкам, что может приводть к
нарушениям процессов рекомбинации в мейозе и.т.д. Для каждого
идентифицированного гена, мутации которого приводят к наследственным
заболеваниям, разработаны эффективные методы молекулярной диагностики, как
правило, направленные на генотипирование наиболее частых мутаций этого гена.
Реже для этих же целей используется непрямой метод диагностики с помощью
молекулярных маркеров.
     Примеры болезней
Адрено-генитальный синдром.
Адрено-генитальный синдром —(врожденный дефицит 21‑гидроксилазы)
—достаточно распространенное аутосомно-рецессивное заболевание. Частота
«классических»форм 1:10 000 новоржденных, «неклассической»—около 1% в
популяции. В зависимости от характера нарушения функции гена и,
соответственно клинических проявлений «классическая форма»подразделляется на
два варианта: 1. летальная сольтеряющая форма; 2. нелетальная —вирилизирующая
форма, связанная c избытком андрогенов (Morel, Miller, 1991).
В локусе 6р21.3, внутри сложного супергенетического комплекса HLA
идентифицированы два тандемно расположенных 21‑гидроксилазных гена
—функционально активный CYP21B и псвдоген —CYP21А, неактивный вследствие
делеции в 3‑м экзоне, инсерции со сдвигом рамки считывания в 7‑м
экзоне и нонсенс мутаций —в 8‑м экзоне. Ген и псевдоген разделены
смысловой последовательностью гена С4В, кодирующей 4‑й фактор
комплемента. Оба гена состоят из 10 экзонов, имеют длину 3,4 кб и отличаются
только по 87 нуклеотидам. Высокая степень гомологии и тандемное расположение
указвают на общность эволюционного происхождения этих генов. Любопытно
отметить, что такие же тандемно расположенные гены 21‑гидроксилазы
(называемые также Р450с21) обнаружены и у других млекопитающих, причем у
мышей, в отличие от человека, активен только ген CYP21A, но не CYP21B, тогда
как у крупного рогатого скота функционально активны оба гена.
Белок- 21‑гидроксилаза ( Р450с21- микросомальный цитохром 450)
обеспечивает превращение 17‑гидроксипрогестерона в
11‑дезоксикортизол и прогестерона —в дезоксикортикостерон. В первом
случае возникает дефицит глюкокортикоидов и, прежде всего, кортизола, что в
свою очередь стимулирует синтез АКТГ, и ведет к гиперплазии коры
надпочечников (вирилирующая форма). Нарушение превращения прогестерона в
дезоксипрогестерон ведет к дефициту альдостерона, что в свою очередь нарушает
способность почек удерживать ионы натрия и приводит к быстрой потере соли
плазмой крови (соль теряющая форма).
Как и в случае гемофилии А, наличие рядом с кодирующим геном гомологичной ДНК
последовательности зачастую ведет к нарушениям спаривания в мейозе и, как
следствие этого, к конверсии генов (перемещения фрагмента активного гена на
псевдоген), либо к делеции части смыслового гена. В обоих случаях функция
активного гена нарушается. На долю делеций приходится около 40% мутаций, на
долю конверсий —20% и примерно 25% составляют точечные мутации. Согласно
отечественным данным в случае наиболее тяжелой сольтеряющей формы АГС, на
долю конверсий приходится более 20% мутантных хромосом, на долю делеций
—около 10% (Evgrafov et al., 1995).
Непрямая диагностика АГС возможна с помощью типирования тесно сцепленных с
геном CYP21B аллелей HLA A и HLA B генов, а также алелей гена HLA DQA1.
Прямая ДНК диагностика АГС основана на амплификакции с помощью ПЦР отдельных
фрагментов генов CYP21B и CYP21A, их рестрикции эндонуклеазами HaeIII или
RsaI и анализе полученных фрагментов после электрофореза (Evgrafov et al.,
1995).
10.4.10 Спинальная мышечная атрофия.
Спинальная мышечная атрофия (СМА) — аутосомно-рецессивное заболевание,
характеризуется поражением моторных нейронов передних рогов спинного мозга, в
результате чего развиваются симметричные параличи конечностей и мышц
туловища. Это —второе после муковисцидоза наиболее частое летальное
моногенное заболевание (частота 1: 6 000 новорожденных).
СМА подразделяется на три клинические формы. Тип I. Острая форма (болезнь
Верднига-Гоффмана), проявляется в первые 6 месяцев жизни и приводит к смерти
уже в первые два года; Тип II. Средняя (промежуточная) форма, пациенты не
могут стоять, но обычно живут более 4‑х лет; Тип III. Ювенильная форма
(болезнь Кугельберга-Веландера) —прогрессирующая мышечная слабость после
2‑х лет. Все три формы представляют собой аллельные варианты мутаций
одного гена SMN (survival motor neurons), картированного в локусе D5S125
(5q13) и идентифицированного методом позиционного клонирования (см.Главу III)
в 1995г (Lefebvre et al. 1995). В этой пока единственой работе показано, что
ген SMN размером всего 20 000 п.о.состоит из 8 экзонов. мРНК этого гена
содержит 1 700 п.о. и кодирует ранее неизвестный белок из 294 аминокислотных
остатков с молекулярным весом 32 КилоДальтона.
Ген дуплицирован. Его копия (возможно вариант псевдогена) располагается
несколько ближе к центромере и отличается от гена SMN наличием 5‑и
точечных мутаций, позволяющих отличить оба гена путем амплификации экзонов 7 и
8 и их исследованием методом SSCP анализа (см.Главу IV). Ген назван сBCD541, по
аналогии с первоначальным вариантом названия для теломерной копии, то есть гена
SMN, tBCD541. Ген cBCD541 экспрессируется, но в отличие от гена SMN его сДНК
подвергается альтернативному сплайсингу с утратой экзона 7. Отсутствие гена SMN
(tBCD541) у 93% больных (213 из 229), его разорванная (interrupted) структура у
13 обследованных пациентов (5.6%) и наличие серьезных мутаций у оставшихся
3‑х больных дали основание именно данную теломерную копию гена считать
ответственной за заболевание. Существенно отметить, что центромерная копия гена
обнаружена у 95.5% больных, тогда как отсутствует она  только у 4,4%
пациентов.
В непосредственной близости от теломерного конца гена SMN идентифицирован еще
один ген —ген белка-ингибитора запрогаммированной гибели нейронов (neuronal
apoptosis inhibitory protein -NAIP). При тяжелых клинических формах СМА (Тип
I), обусловленных делециями, по-видимому, нередко происходит утрата гена
NAIP.
Согласно гипотезе авторов СМА возникает при гомозиготном состоянии мутаций
(обычно-делеций) в гене SMN, при этом различия между формами СМА определяются
двумя основными факторами: 1. числом копий гена cBCD541 (две —в случае Типа I и
четыре (возникающих вследствие конверсии между SMN и cBCD541) — в случае Типа
III), 2. наличием или отсутствием гена NAIP. Среди всех
обследованных СМА-больных не обнаружены случаи одновременной делеции обоих
гомологичных генов - SMN (tBCD541) и сBCD541,что указывает, по
мнению авторов,на то, что такая аберрация должна проявляться как
доминантная леталь еще в эмбриогенезе.
Некоторые положения этой, безусловно, основополагающей работы французских
авторов, по-видимому, еще требуют уточнения, однако, уже сейчас она сделала
возможной прямую молекулярную диагностику СМА у 98,6% больных. С этой целью
проводится амплификация экона 7, который отсутствует у подавляющего
большинства больных. Нормальный экзон 7 (ген SMN) дифференцируют от
мутантного варианта (ген cBCD541) c помощью SSCP анализа. При необходимости
возможна косвенная диагностика —ПЦР анализ динуклеотидных (CA) повторов ДНК
локусов D5S125; D5S112; D5S127; ПДРФ-анализ с фланкирующими ДНК-зондами MU,
105—RA; 153— GT.