Мутационный процесс и наследственные заболевания человека

Геном -  совокупность гаплоидного (1п) набора хромосом (23 хромосомы).

4. Мутационный  процесс и наследственные заболевания  человека:

а) механизм генных мутаций. Болезни обмена веществ и молекулярные болезни человека. Наследование генных аномалий.

Мутации происходят на каждом из перечисленных уровней, и их называют генными, хромосомными, геномными.

Многие мутации являются причиной наследственных заболеваний, которых  насчитывается около 2000. Изучение и  возможное предотвращение последствий  генетических дефектов человека – предмет медицинской генетики. Это так называемый «генетический груз» популяций людей.

Рассмотрим роль генных мутаций в формировании наследственных заболеваний.

Генные мутации называют ещё  точковыми мутациями. Они обусловлены  изменением молекулярной структуры ДНК. В соответствующем участке ДНК эти изменения касаются нуклеотидов, входящих в состав гена. Такие изменения нуклеотидного состава гена могут быть 4-х типов:

1. Вставка нового нуклеотида
2. Выпадение нуклеотида
3. Перестановка положения нуклеотидов
4. Замена нуклеотидов.

Любое из перечисленных изменений  приводит к изменению триплета (триплетов) в И-РНК, а это влечёт за собой  изменение состава аминокислот  в полипептиде, т.е. приводит к нарушению  синтеза нормальной молекулы белка. Например:

Много сведений об изменении гена дало исследование гемоглобина. Было установлено, что при тяжёлом заболевании – серповидноклеточной анемии – эритроциты содержат аномальный гемоглобин (HbS) и имеют необычную, отличающуюся от нормальной форму. Нормальный гемоглобин (HbA)содержит четыре полипептидные цепи (две так называемые α- и две β-цепи, а α-цепи HbS не отличаются от α-цепей HbA) Различие HbA и S заключается лишь в замене одного аминокислотного остатка, а именно глютаминовой кислоты, на валин в шестом положении β-цепи.

Последовательность аминокислот в начальном участке β-цепи нормального (HbA) изменённого (HbS) гемоглобина следующая:

	1	2	3	4	5	6	7	8
HbA	Вал...	Гис…	Лей...	Тре…	Про...	Глю...	Глю...	Лиз...
HbS	Вал...	Гис…	Лей...	Тре…	Про...	Вал...	Вал...	Лиз...

 

Глютамированную кислоту кодирует в мРНК триплет ГАГ. Изменения в мРНК, ответственное за включение валина вместо глютаминовой кислоты, состоит в замене одного нуклеотида, а именно А на У, вследствие чего получается триплет ГУГ, кодирующий валин. На этом основании можно заключить, что в структурном гене ДНК, кодирующем β-цепь гемоглобина, семнадцатый нуклеотид, в норме представленный Т, заменён на А.

Наследственных болезней, вызванных  генными мутациями, насчитывается  около 1500. Их условно подразделяют на: болезни обмена веществ и молекулярные болезни.

Болезней обмена веществ насчитывается около 600, они затрагивают изменения аминокислотного, углеводного и липидного состава клетки. Некоторые мутации вызывают возникновение даже злокачественных образований.

Признак	Характер	наследования
	Доминантный	рецессивный
Обмен веществ: аминокислотный   углеводный     липидный     Злокачественные заболевания	Нейрофиброматоз	Альбинизм Фенилкетонурия Галактоземия Мукополисахаридозы (гаргонтилизм) Амавротическая семейная идиотия (болезнь Тея-Сакса) Глиома сетчатки глаза Врождённый ихтиоз

Из этой таблицы явствует, что  генные заболевания могут наследоваться  как по аутосомно-доминантному, так  и по аутосомно-рецессивному типу.

 По доминантному типу передаётся нейрофиброматоз, – хроническое заболевание, характеризующееся множественным образованием опухолей нервных стволов. Такие опухоли могут локализоваться в любых органах и тканях ( в том числе и в ЦНС), но чаще всего они встречаются на коже, где имеют вид пигментированных бородавок с избыточным ростом волос. К симптомам заболевания относится даже отставание физического и умственного развития.

По рецессивному признаку передаётся фенилкетонурия (болезнь Феллинга) – резкое повышение содержания в крови и ликворе аминокислоты фенилатина и превращение её в ряд продуктов, например в фенилпировиноградную и фенилмолочную кислоты. В отличие от гомогентезиновой кислоты, которая не оказывает явного неблагоприятного влияния на ткани мозга, продукты, образующиеся при фенилкетонурии, оказываются крайне токсичными. Поэтому у детей при этой патологии наблюдается резко выраженная умственная отсталость. Заболевание выражается также в снижении количества пигмента меланина, поэтому больные всегда выглядят, как голубоглазые блондины со светлой кожей. В настоящее время диагноз можно поставить при рождении ребёнка экспресс-методом: на смоченную мочой плёнку наносят 5 капель 10% раствора FeCl3 или добавляют в 1мл подкислённой мочи (при заболевании наблюдается быстро проходящее потемнение).

Галактоземия – нарушение углеводного обмена. Она обусловлена нарушением деятельности печени, накоплением в тканях (в том числе и крови) галактозы. Без лечения развивается цирроз печени; в патологический процесс вовлекаются и другие жизненно важные органы. В конечном итоге болезнь приводит к слабоумию и ранней смерти. В начале жизни, как только новорождённый начинает получать молоко, наблюдается желтуха, рвота, диспепсические расстройства, падение массы тела. При ранней диагностике детей до трёхлетнего возраста переводят на безмолочное вскармливание, т. е. исключают продукты, содержащие галактозу. Такие дети развиваются нормально и отклонений в психике у них не наблюдается. Носительство гена, вызывающего заболевание, т. е. число гетерозигот, составляет в среднем 1:70 000.

Аномалии, связанные с нарушениями  распада некоторых углеводосодержащих соединений, вызывают развитие мукополисахаридозов (гаргоилизмы). При этих заболеваниях поражена соединительная ткань, а следовательно, страдают опорно-трофические функции и моторика. Доя больных мукополисахаридозом характерно уродливое телосложение (дети напоминают уродцев – гаргоидов), наличие множественных пороков внутренних органов ( печени органов , сердца, аорты, нервной системы) и глаз.

Нарушение липидного обмена – амавротическая идиотия (болезнь Тея-Сакса), связанная с отсутствием фермента гексосаминдазы А – тяжёлое расстройство нервной системы. Эту болезнь можно обнаружить лишь во второй половине первого года жизни ребёнка, когда наблюдается прогрессирующее отставание физического развития, нарушение зрения и интеллекта. В дальнейшем больной слепнет, развивается слабоумие и полная беспомощность. Тяжёлые симптомы нарастают, что приводит к смерти ребёнка до 4 – 5 лет.

 

Молекулярные болезни лучше всего изучены на элементах крови. Известно около 50 наследственных болезней крови. Некоторые из них наследуются по типу неполного доминирования. Например два вида гемоглобингопатий: серповидноклеточная анемия и талассимия (болезнь Кули). Гемоглобинопатии выражаются в гемолизе – в распаде аномальных эритроцитов. При этом наблюдается кислородное голодание, приступы лихорадки колики типа желчнокаменных и др. симптомы, которые могут закончиться смертью. Особенно тяжело эти заболевания протекают у гомозигот по данному признаку.

Ген серповидноклеточной анемии S, ответственный за синтез аномального гемоглобина HbS, приводит к образованию ненормальной серповидной формы эритроцитов. Этот ген очень часто встречается в Средиземноморье (в Греции), Центральной Африке, несколько реже в других частях африканского континента, В Юго-Восточной Азии - в Индии). Распространение этого гемоглобиноза совпадает с распространением тяжёлой формы тропической малярии и её возбудителя – кровяного споровика Plasmodium falciparum. Малярийные плазмодии способны развиваться лишь в нормальных эритроцитах. В ьторгн76серповидноклеточных эритроцитах гомозиготы они не развиваются совсем, поэтому и гетерозиготы , имеющие частично нормальные, частично серповидноклеточные эритроциты, либо не болеют, либо болеют в более лёгкой форме.

Другой ген – Т, также влияющий на свойства крови, в гомозиготном состоянии (ТТ)  приводят к развитию иного, несколько  легче протекающего гемоглобиноза  – талассемии (микроцитарная форма анемии). Особенно распространена талассемия на побережье Средиземного моря ( Италия, Греция, Кипр), в Бирме, Бенгалии, а в России – в Средней Азии (обычно в кишлаках благодаря близкородственным бракам), в Азербайджане; отдельные очаги описаны в Узбекистане, у бухарских евреев.

Больные талассемией имеют характерный башенный череп, кости его деформированы и имеют вид «иголок ежа». Такие больные (ТТ) обычно не доживают до десятилетнего возраста, гетерозиготы же (Тт) практически мало чем отличаются от здоровых людей (тт).

Некоторые генные заболевания сцеплены с полом. Примером такого рода наследования является гемофилия, агаммаглобулинемия, несахарный диабет, дальтонизм и облысение.

В крови людей, страдающих гемофилией, нет компонента фибриногена, необходимого для её быстрого свёртывания. У таких людей происходит потеря большого количества крови даже при легких ранениях и незначительных операциях. Рассматривая историю рода, в котором есть ген, вызывающий гемофилию, учёные установили, что это заболевание передаётся потомству здоровыми женщинами, но не передаётся мужчинами. А подвержены ему только они. Когда поражённый мужчина женится на нормальной женщине, его дети и внуки от сыновей оказываются здоровыми. Среди его внуков от дочерей часть мальчиков страдает гемофилией, в то время как все девочки здоровы. Но некоторые из них имеют больных сыновей. Наследование гемофилии подчинено закономерности передачи рецессивного признака, сцеплённого с полом.

Другой широко распространённый у  человека ген, сцеплённый с полом, вызывает цветовую слепоту. Этот ген рецессивен по отношению к нормальному. Мужчины, имеющие один ген дальтонизма, оказываются дальтониками, а женщины – потенциальными носителями. Это объясняет гораздо большую частоту дальтоников среди мужчин. Только в браке больных мужчин с женщинами, имеющими соответствующий ген, могут рождаться девочки-дальтоники.

б) хромосомные  мутации, их разнообразие и проявление в форме синдромов.

Хромосомные болезни. Известно около 300 хромосомных синдромов, которые могут быть обусловлены изменением числа хромосом – аутосом (синдром Дауна) или половых хромосом (синдромы: Шерешевского – Тернера, Кляйнфельтера). Если обнаруживается одна лишняя хромосома (46+1), то это трисомия. Например синдром Дауна возникает при трисомии по 21 хромосоме (обозначают 21+).

Впервые открытие того, что синдромы врождённых пороков развития могут быть обусловлены отклонениями в составе хромосом, произошло в 1959 г. на болезни Дауна, клиническое описание которой было сделано ещё в прошлом веке. Открытие последовало за разработкой к концу 50-х годов эффективных методов определения числа и морфологии хромосом в клетках человека и млекопитающих.

Синдром Клайнфельтера – это  группа клинически сходных отклонений в половом, соматическом и психическом  развитии, которые развиваются у  индивидуумов мужского пола при полных или частичных Х- или Y- полисомиях. Его суммарная частота 2,5 на 1000 живорожденных мальчиков.

Если одной хромосомы не хватает (46-1=45) – это моносомия. Если моносомия  у женщин по половым хромосомам, то обозначают ХО.

Часты синдромы Шерешевского - Тернера (частота 0,7 на 1000 новорожденных девочек) и трипло-Х (1,4 на 1000 девочек). Клинические проявления синдрома в виде отставания в росте, отклонений в строении лица, шеи и др. проявляются в ранние годы, но основная симптоматика, выражающаяся в отсутствии развития или недоразвития вторичных половых признаков, в первичной аменорее, развивается в годы полового созревания. Взрослые пациенты бесплодны.

 Наиболее частой из них  и достаточно известной среди  врачей и населения является  трисомия по хромосоме 21, или болезнь Дауна.

На втором месте по частоте находится  трисомия по                  хромосоме 18, или синдром Эдвардса. Она встречается в 10 раз реже болезни  Дауна, пороки развития тяжелее; такие  младенцы погибают                                                 в основном на первом году жизни.

 Ещё реже, с частотой 7:100 000, рождаются  живые дети с трисомией по  хромосоме 13 (синдром Патау). Очень  редки также трисомии по аутосомам  8 и 9.

Изменение числа половых хромосом оказывают менее вредное влияние на организм, чем аномалии аутосом. Большинство аутосомных хромосомных мутаций  летально, в связи с чем эмбрион погибает на ранних сроках беременности.

Не только изменение числа хромосом, но и аномалии их структуры (делеции) вызывают хромосомные заболевания.

Синдромы, обусловленные  делециями: 4р- (синдром Вольфа – Хиршхорна), 5р- (синдром кошачьего крика), 9p-, 13q-, 18q-, 18r, 21q-, 22q-.

В качестве примера хромосомных  мутаций приведём 5p – утрата короткого плеча (p) 5-й хромосомы, или синдром «кошачьего крика» (название обусловлено сходством плача ребёнка с мяуканьем кошки). Такой крик объясняется не аномалией голосового аппарата, а нарушениями центральной нервной системы. Для синдрома 5p характерны микрогнаитя (от греческого гнатос – челюсть) и синдактилия, которые дополняют фенотипическую картину синдрома. У больных отмечается понижение сопротивляемости к инфекциям, поэтому относительно часто они умирают рано. Отягощающим фактором являются различные нарушения внутренних органов (аномалии сердца, почек, грыжи и др.).

Делеция – утеря участка хромосомы. Условное обозначение: 5р- (пятая хромосома, утрата в плече р).

в) геномные мутации  и их последствия.

 Геномные мутации – это полиплодия – у человека редкое явление. Описаны редкие триплоиды и тетраплоиды в основном среди спонтанно абортированных эмбрионов или плодов и среди мертворождений. Новорождённые с такими нарушениями живут несколько дней.