4237

Значение медицинской генетики для общей патологии человека. Классификация болезней человека (генетические аспекты)

Шпаргалка

Биология и генетика

Значение медицинской генетики для общей патологии человека. Классификация болезней человека (генетические аспекты) Прогресс в развитии медицины и общества приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии в заболеваемости...

Русский

2012-11-15

759 KB

28 чел.

Значение медицинской генетики для общей патологии человека. Классификация болезней человека (генетические аспекты)

Прогресс в развитии медицины и общества приводит к относительному возрастанию доли генетически обусловленной патологии в заболеваемости, смертности, социальной дизадаптации (инвалидизации). Известно более 4000 нозологических форм наследственных болезней. Около 5-5,5% детей рождаются с наследственными или врождёнными болезнями.

С возрастом меняется «профиль» наследственной патологии, но «груз» патологии не уменьшается. Хотя частота тяжёлых форм наследственных болезней снижается за счёт летальности в детском возрасте, в пубертатном периоде и позже проявляются новые болезни. После 20—30 лет начинают проявляться болезни с наследственной предрасположенностью.

Половина спонтанных абортов обусловлена генетическими причинами. Не менее 30% перинатальной и неонатальной смертности обусловлено врождёнными пороками развития и наследственными болезнями с другими проявлениями. Анализ причин детской смертности в целом также пока- показывает существенное значение генетических факторов. Не менее 25% всех больничных коек занято пациентами, страдающими болезнями с наследственной предрасположенностью. Как известно, значительная доля социальных расходов в развитых странах идёт на обеспечение инвалидов с детского возраста. Огромна роль генетических факторов в этиологии и патогенезе инвалидизирующих состояний в детском возрасте.Доказана существенная роль наследственной предрасположенности в возникновении широко распространённых болезней (ишемическая болезнь сердца, эссенциальная гипертензия, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, псориаз, бронхиальная астма и др.). Следовательно, для лечения и профилактики этой группы болезней, встречающихся в практике врачей всех специальностей, необходимо знать механизмы взаимодействия средовых и наследственных факторов в их возникновении и развитии.

Медицинская генетика помогает понять взаимодействие биологических и средовых факторов (включая специфические) в патологии человека.

Человек сталкивается с новыми факторами среды, ранее никогда не встречавшимися на протяжении всей его эволюции, испытывает большие нагрузки социального и экологического характера (избыток информации, стрессы, загрязнение атмосферы и др.). В то же время в развитых странах улучшается медицинское обслуживание, повышается уровень жизни, что меняет направленность и интенсивность отбора. Новая среда может повысить уровень мутационного процесса или изменить проявляемость генов. И то и другое приведёт к дополнительному появлению наследственной патологии.

Знание основ медицинской генетики позволяет врачу понимать механизмы индивидуального течения болезни и выбирать соответствующие методы лечения. На основе медико-генетических знаний приобретаются навыки диагностики наследственных болезней, а также появляется умение направлять пациентов и членов их семей на медико-генетическое консультирование для первичной и вторичной профилактики наследственной патологии.

Приобретение медико-генетических знаний способствует формированию чётких ориентиров в восприятии новых медико-биологических открытий, что для врачебной профессии необходимо в полной мере, поскольку прогресс науки быстро и глубоко изменяет клиническую практику. Наследственные болезни длительное время не поддавались лечению, а единственным методом профилактики была рекомендация воздержаться от деторождения. Эти времена прошли.

Современная медицинская генетика вооружила клиницистов методами ранней, досимптомной (доклинической) и даже пренатальной диагностики наследственных болезней. Интенсивно развиваются и в некоторых центрах уже применяются методы преимплантационнои (до имплантации зародыша) диагностики.

Понимание молекулярных механизмов патогенеза наследственных болезней и высокие медицинские технологии обеспечили успешное лечение многих форм патологии

Сложилась стройная система профилактики наследственных болезней: медико-генетическое консультирование, преконцепционная профилактика, пренатальная диагностика, массовая диагностика у новорождённых наследственных болезней обмена, поддающихся диетической и лекарственной коррекции, диспансеризация больных и членов их семей. Внедрение этой системы обеспечивает снижение частоты рождения детей с врождёнными пороками развития и наследственными болезнями на 60—70%. Врачи и организаторы здравоохранения могут активно участвовать в реализации достижений медицинской генетики.

3. Феноменология проявления генов. (Принципы клинической генетики).

Переход от генотипа к фенотипу – феноменология (клиническая картина). Серебровский 20-30гг Конечное число генов, бесконечное число фенотипов.

Темофеев-Ресовский (1934) связь между геном и внешним признаков(феном проявления. Маккьюсик (1978) генетическая нозология – три подхода. Сформулированы принципы клинической генетики. Создал каталог генов – MIM.Общие феномены проявления генов по Темофееву-Ресовскому:

Доминантность и рецисивность генов(устар).Гетерогенные гены (генокопии)

Плейотропные гены.Феномен вариабельности проявления генов – пенентрантность

Общие феномены проявления генов по Маккьюсику:

Плейотропизм

Клинический полиморфизм

Генетическая гетерогенность

Доминантность и рецисивность:

Свойства фенотипов, а не гена или аллеля

Условный (эмпирический) термин, не предполагающий фундаментальных различий в генетическом механизме.Доминантность и рециссивность определяется чувствительностью методов, используемых для исследования фенотипов.

Плейотропизм-множественность проявления генов (1 ген-много признаков), например синдром Карлектера-акроцефалия, эпикант, большие щеки, низко расположенные уши.

Генетическая гетерогенность. Давиденков в его клинике составляли генеалогическое дерево . выявляли болезни с одинаковой клиникой но разными генами. Например карликовость, заячья губа, волчья пасть – причины разные, разные гены. Способы доказательства генетической гетерогенности:

1)различие в клинических проявлениях:

-возраст начала

-тяжесть клинических проявлений

2)генетический анализ

-случайность встречи индивидов

-тип наследования (глухой с глухим будет слышащий)

-анализ сцепления генов

- различное проявление признаков у гетерозигот

-комплементация в клеточной культуре

-нуклеотидная последовательность гена

3)биохимический анализ

-состав ткани, крови

-ферментативные пробы

-характеристика белка

Причины вариабельности(клинический полиморфизм)-вероятность признака у носителя гена, идентичного по происхождению.Генетический фон.Возрастная зависимость.Влияние пола

Материнские факторы (внутриматочная среда, цитоплазматическая наследственность)

Генетическая генерогенность

4. Полиморфизм НБ

Причины вариабельности(клинический полиморфизм)-вероятность признака у носителя гена, идентичного по происхождению.Генетический фон.Возрастная зависимость

Влияние пола

Материнские факторы (внутриматочная среда, цитоплазматическая наследственность)

Генетическая генерогенность

Полиморфизм

Любые изменения в структуре ДНК (в хромосомах или митохондриях) ведут к генетическому полиморфизму. Эти изменения могут быть качественными, если они обусловлены заменой или потерей нуклеотидов, либо количественными, если в определённом локусе варьирует число нуклеотидных повторов различной протяжённости. И те и другие варианты генетического полиморфизма встречаются как в смысловых (внутриэкзонных), так и в несмысловых (внегенных или интронных) последовательностях молекулы ДНК. Главной формой генетического полиморфизма является однонуклеотидный полиморфизм (ОНП). Под этим термином понимают варианты последовательностей ДНК у разных людей с вовлечением одной пары нуклеотидов На данном рисунке представлены три фрагмента последовательностей от двух индивидов. В прямоугольниках выделены однонуклеотидные различия в геномных последовательностях. ОНП — наиболее общий источник вариаций между людьми. Эти вариации встречаются на протяжении всей ДНК (в экзонах, интронах. межгенных промежутках, повторах) и отражают прошлые мутации. Секвенированием геномов или их частей разных людей установлено, что однонуклеотидные различия обнаруживаются на протяжении 1000—2000 нуклеотидной длины. Это означает, что на всю длину генома C,2 млрд пар нуклеотидов) должно быть 1,6—3,2 млн ОНП. К 2001 г. идентифицировано и картировано 1,42 млн ОНП. Расчёты показывают, что два человека на 99,9% идентичны по нуклеотидным последовательностям, т.е. только 0,1% различий по одному нуклеотиду создаёт такие огромные индивидуальные фенотипические вариации, которые легко видеть в любой группе индивидов. Предполагают, что различия по одному основанию между определёнными

отрезками геномов лежат не только в основе генных болезней (миссенс-мутации), но и в основе чувствительности к возбудителям или защиты от них, в основе приспособительных реакций и наследственного предрасположения к мультифакториальным болезням. К началу 2001 г. идентифицировано 60 000 ОНП в генах (их называют кодирующими ОНП). Это означает, что в генных последовательностях один кодирующий ОНП встречается в пределах 1080 пар нуклеотидов. Хотя информация об ОНП ещё не полная (основные сведения получены в последние 2 года), уже известно, что 93% генов содержат ОНП. Главное использование карты ОНП — выяснение вклада индивидуальных генов в болезни комплексной (многофакторной) и полигенной природы. Сравнение частот определенных типов ОНП у пациентов и в контрольных группах позволяет идентифицировать ОНП, с которыми ассоциируется заболевание. Несмотря на большие перспективы, которые открываются для объяснения заболеваний человека с пониманием природы и размаха ОНП, необходимо помнить об опасности геномомании. Гены и геномы действуют не в вакууме. Среда не менее важна для биологии человека, чем гены. Карты ОНП при правильном использовании позволяют лучше понять роль природы (генотипа) и среды в широком понимании в развитии человека в целом и патологии в частности. Выше были разобраны характеристики основной части генома человека, локализованного в хромосомах. Наряду с этим во всех клетках активно функционирует та часть генома, которая локализована в митохондриях. Имеются некоторые отличия в организации генома митохондрий по сравнению с хромосомным.

5. Гетерогенность НБ

Генетическая гетерогенность. Давиденков в его клинике составляли генеалогическое дерево . выявляли болезни с одинаковой клиникой но разными генами. Например карликовость, заячья губа, волчья пасть – причины разные, разные гены. Способы доказательства генетической гетерогенности:

1)различие в клинических проявлениях:

-возраст начала

-тяжесть клинических проявлений

2)генетический анализ

-случайность встречи индивидов

-тип наследования (глухой с глухим будет слышащий)

-анализ сцепления генов

- различное проявление признаков у гетерозигот

-комплементация в клеточной культуре

-нуклеотидная последовательность гена

3)биохимический анализ

-состав ткани, крови

-ферментативные пробы

-характеристика белка

6. Врожденные ошибки метаболизма. Классификации и общие клинические признаки.

По меньшей мере 3 разных принципа могут быть положены в основу классификации генных болезней: генетический, клинический, патогенетический.

Генетический принцип классификации (согласно типам наследования): аутосомно-до-

минантные, аутосомно-рецессивные, Х-сцепленные доминантные, Х-сцепленные рецессивные, Y-сцепленные (голандрические) и митохондриальные. Отнесение болезни к той или иной группе помогает врачу сориентироваться относительно ситуации в семье и определить вид медико-генетической помощи.

Клинический принцип классификации генных болезней основывается на отнесении болезни к той или иной группе в зависимости от системы или органа, наиболее вовлечённых в патологический процесс (наследственные болезни нервные, нервно-мышечные, кожные, глазные, опорно-двигательного аппарата, эндокринные, крови, сердечно-сосудистой системы, психические, мочеполовой системы, желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), лёгких.

Патогенетическая классификация наследственных болезней подразделяет их на 3 группы в зависимости от того, на что направлено основное патогенетическое звено. Патогенез болезни может привести к нарушенному обмену веществ, аномалиям морфогенеза или комбинации того и другого. В соответствии с этим различают наследственные болезни обмена веществ, врождённые пороки развития (моногенной природы) и комбинированные состояния. Наследственные болезни обмена веществ в свою очередь подразделяют по ти-

пам обмена (углеводный, аминокислотный, обмен витаминов, липидов, ме-

таллов и др.).

Общие характеристики клинической картины обусловлены генетической природой болезней этой группы, т.е. принципами экспрессии, репрессии и взаимодействия генов. В то же время очевидно, что в полном объёме все общие черты клинической картины при одном заболевании наблюдать трудно. Биологической основой многообразных проявлений болезней метаболизма служит генный контроль первичных механизмов обмена или морфогенетических процессов. Другая черта клинической картины генных болезней, помимо многообразия проявлений, — варьирующий возраст начала болезней. Для этой группы в целом возраст начала практически не лимитирован: от ранних стадий эмбрионального развития (врождённые пороки развития) до пожилого возраста (хорея Гентингтона, болезнь Альцгеймера). Для генных болезней характерны прогредиентность клинической картины, а также хроническое затяжное течение болезни с рецидивами.

При многих болезнях клиническая картина и тяжесть течения «усиливаются» по мере развития патологического процесса. Например, при фенилкетонурии прогрессируют умственная отсталость, гипомеланоз кожи и волос. Нарушение свёртываемости крови при

гемофилии с возрастом не ослабевает, а усиливается. Ещё одна характерная черта большинства таких болезней — тяжесть их течения, что приводит к инвалидизации в детском возрасте и сокращению продолжительности жизни. Тяжесть течения болезни не всегда связана с врождённым характером заболевания.

7. Лизосомные болезни

ЛБН 40 нозологических единиц. Сроки манифестации и тяжесть ЛБН варьируют опред генет-ой гетерогенностью, физиолог-ой знач поражен мут метабол пути, тканью-мишенью. Прогредиентным теч приводят к ранней инвалидизации и преждевр смерти. Молек мех этиопатогенеза обусл мут структурных генов, контролирующих процесс внутрилизосомного гидролиза гликозаминогликанов, гликолипидов, гликопротеинов. Мут генов могут нарушать синтез, созревание или транспорт лизосомных ферментов, б-активаторов, б стабилизир лизосомные ферменты, б контролир транспорт субстратов, подлежащих гидролизу. Патогенетически мут является внутри лизосомное накопление негидролизованного субстрата, ↑ числа лизосом в клетках тканей-мишеней «пенистые» кл, наруш нормального функционир кл и гибелью. Тип наследования ЛБН - АР, болезнь Фабри и Хантера Х-сцР. Лечение пересадка костного мозга и заместительная ферментотерапия болезни Гоше 1. /генотерапии, каузальной терапии/ с 1982 г. в МГК постнатальная, пренатальная диагностика. Мукополисахаридозы 1. МПС тип I, болезнь Гурлер. α-L-идуронидаза. Манифестирует на первом году жизни грыжами, гепатоспленомегалией, кра-ниофациальными дизморфиями (гаргоилизм: долихоцефальная гидроцефальная брахицефальная скафоцефальная форма черепа, выступающие лобные бугры, гипертелоризм, короткий нос с широкими носовыми ходами, открытый рот, большой язык, гиперплазия десен), тугоподвижностью суставов. Далее присоединяются и прогрессируют задержка психоречевого развития, задержка роста, частые инфекции верхних и нижних дыхательных путей, шумное дыхание, тугоухость, помутнение роговицы, глаукома, гидроцефалия, комбинированные пороки сердца, болезнь коронарных сосудов, тяжелые изменения скелета (множественный дизостоз: преждевременное закрытие швов черепа, гипоплазия поясничных позвонков, поясничный кифоз, дисплазии костей тазового и плечевого пояса, грудной клетки, коротких и длинных трубчатых костей, тугоподвижность всех суставов, кисть в виде «когтистой лапы»). 2. МПС тип II, болезнь Хантера. Мутантный фермент - идуронатсульфатаза. Континуум различающихся по тяжести и срокам манифестации клинических фенотипов как при МПС тип I. Тяжелая форма манифестирует на 2-4 году жизни, легкая- в 10-13 лет. Клинический фенотип МПСтип I и МПС тип II очень сходны. Особенностями фенотипа тяжелой формы МПС тип II является более тяжелое поражение ЦНС при более медленном прогресси-ровании соматической симптоматики, отсутствие помутнения роговицы. Легкая форма характеризуется минимальным поражением интеллекта или нормальным интеллектом

Уникальным симптомом при МПСтип II является специфическое поражение участков кожи (спины, верхних конечностей, боковых поверхностей бедра) - бугристость, напоминающая покрытый галькой пляж цвета слоновой кости.3. МПС тип III, болезнь Санфилиппо. Тип III А: мутантный фермент -гепаран-N-сульфатаза; тип III В: мутантный фермент- a-N-ацетилглюкозаминидаза; тип III С: мутантный фермент - ацетил КоА: а-глюкозаминидацетилтрансфераза; тип III D: мутантный фермент- N-ацетилглюкозамин-б-сульфатаза. Клинический фенотип характеризуется мягкими проявлениями множественного дизостоза, гаргоилизма и соматических аномалий, присущих МПС тип I и тип II, в сочетании с тяжелым поражением ЦНС: гиперактивность агрессивное поведение, расстройства сна, выраженная задержка психоречевого развития, переходящая в психомоторный регресс. Сроки манифестации варьируют от 2 до 6 лет. 4. МПСтип IV, болезнь Моркио. Тип IVА: мутантный фермент- галактозо-6-сульфатаза; тип IV В: мутантный фермент- β-D-галактозидаза. Клинические фенотипы сходны при обоих типах, но широко варьируют в пределах каждого, составляя континуум различающихся по тяжести и срокам манифестации форм. Тяжелые формы манифестируют в возрасте 1-3 года вальгусной деформацией коленных суставов, кифозом, задержкой роста, укорочением туловища и шеи, утиной походкой. Далее скелетные аномалии прогрессируют до картины выраженной спондилоэпифизарнои дисп-лазии: карликовость, кифоз, гиперлордоз, сколиоз, овоидная деформация позвонков, гипоплазия зубовидного отростка 2 шейного позвонка, ведущая катлантоаксиальному подвывиху и миелопатии, тенденция к гипермобильности мелких суставов (следствие гиперрастяжимости связок), ограничение подвижности крупных суставов, деформация эпифизов трубчатых костей, расширение метафизов, остеопороз. Экстраскелетная симптоматика включает: помутнение роговицы, пороки сердца, гепатомегалию, гипоплазию эмали, кариес, тугоухость. Легкие формы характеризуются почти нормальным ростом, дисплазией бедер, помутнением роговицы, одонтоидной гипоплазией без атлантоаксиального подвывиха. При типе IV В в редких случаях наряду со скелетными дисплазиями наблюдается психомоторный и речевой регресс. 5. МПС тип VI, болезнь Марото-Лами. Мутантный фермент - N-ацетилгалактоз-амин-4-сульфатаза. Континуум различающихся по тяжести и срокам манифестации клинических форм, более всего сходных с МПС тип I, но характеризующихся нормальным интеллектом. 6. МПС тип VII, болезнь Слая. Мутантный фермент- β-D-глкжуронидаза. Континуум различающихся по тяжести и срокам манифестации клинических форм, более всего сходных с МПС тип I. Описано 6 случаев очень тяжелой неонатальной формы, сопровождающейся водянкой и смертью плода.

8. Митохондриальные болезни.

Митохондриальные болезни – гетерогенная группа наследственных заболеваний, обусловленных генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий и нарушением тканевого дыхания. Основной клинической характеристикой митохондриальной патологии является сочетание поражения ЦНС , низкой переносимости физической нагрузки, мышечной слабости и гипотонии. Общие свойства митохондриальных болезней: 1. материнский тип наследования. 2. феномен гетероплазмии. 3. феномен пороговой экспрессии фенотипа. 4. прогрессирование заболевания с возрастом. 5. скорость мутации мДНК в 6 – 17 раз превышает таковую ядерной ДНК.

Классификация митохондриальных болезней:

Наследственные.

Мутации ядерной ДНК, в том числе: 1. Дефекты транспорта субстратов. 2. Дефекты утилизации субстратов. 3. Нарушение цикла Кребса. 4. Нарушение окислительного фосфорилирования. 5. Дефекты цепи транспорта электронов. 6. Нарушение переноса белка через мембрану митохондрий.

Мутации митохондриальной ДНК, в том числе: 1. Спорадические делеции митохондриальной ДНК. 2. Точковые мутации структурных митохондриальных геномов. 3. Точковые мутации синтезирующих митохондриальных геномов.

Межгеномные дефекты, в том числе: 1. Множественные делеции митохондриальной ДНК, наследуемые аутосомно-доминантно. 2. Уменьшение количества (деплеции) мДНК, наследуемые аутосомно-рецессивно.

2. Приобретенные. Токсины, лекарственные препараты, старение.

Пример. Оптическая нейропатия Лебера. Заболевание характеризуется острой или подострой безболезненной потерей центрального зрения, вызв тяжелой, обычно двусторонней атрофией зрительного нерва. Возраст начала заболевания варьирует от 8 до 60 лет. У большинства больных клинические проявления ограниваются патологией зрительного нерва, но в некоторых случаях сочетаются с симптомами, присущими митохондриальным энцефалопатиям.

Диагностика митохондриальных болезней – клинико-генеалогический анализ, морфологические исследования, биохимические исследования, исследования митохондриальных мутаций в различных клетках. Первичный скрининг митохондриальных болезней – оценка окислительно-восстановительного статуса: определение концентрации лактата, пирувата, 3-оксибутирата, ацетоацетата и гидроксимасляной кислоты в норме и после различных нагрузок (голодание, физическая нагрузка, нагрузка глюкозой); оценка аминокислотного спектра крови и мочи для выявления гиперпродукции аланина и исключения генокопий из класса наследственных дефектов аминокислотного обмена; оценка содержания карнитина в крови и моче; оценка содержания миоглобина в моче. Подтверждающая диагностика – определение активности комплексов дыхательной цепи митохондрий, скорости синтеза АТФ с разными субстратами в мышечном биоптате и культуре кожных фибробластов; ДНК-диагностика. Световая микроскопия: Наличие «рваных» (шероховатых) красных волокон 1го и 2го типа; накопление гликогена и липидов в клетках; атрофия, вакуолизация и перераспределение волокон 1го и 2го типов; дефицит митохондриальных ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи. Электронная микроскопия: пролиферация митохондрий; полиморфизм митохондрий с нарушением формы и размера с дезорганизацией крист; скопление аномальных митохондрий под сарколеммой; наличие в митохондриях паракристаллических, кристаллических и шаровидных включений. На сегодняшний день не разработаны эффективные методы терапии ни для одной из групп болезней, но в практике мирового здравоохранения широкое применение нашла «поддерживающая метаболическая терапия». В основу метаболической терапии положены попытки стимуляции продукции митохондриальной АТФ и уменьшение токсического действия свободных радикалов.

9. Механизмы прогрессии опухоли. Онкогены, протоонкогены и гены супрессии опухоли.

Рак - совокупность родственных заболеваний, обусловленных нарушением фундаментальных законов поведения индивидуальных соматических клеток в многоклеточном организме.

Развитие опухоли путем эволюции клонов клеток в результате мутаций (мутации на каждом этапе):

1. Мутация в опухолеинициирующем гене. Преимущество в росте. 2. Дальнейшее преимущество в росте. 3. Независимость от факторов роста. Небольшая опухоль. 4. Приобретение мутаторного фенотипа. Нестабильность хромосом. Дефекты репарации ДНК. 5. Большая опухоль. Мутация в гене р53. Преодоление апаптоза. 6. Приобретение бессмертия. Иммортализация: неспособность к клеточному старению. Мутация р16/р53. 7. Преодоление смерти за счет активации теломеразы. 8. Преодоление недостатка кровоснабжения. Ангиогенез. 9. Независимость от контактного торможения окружающим матриксом. Способность к инвазии. 10. Способность к метастазированию.

Скорость опухолевой прогрессии определяется: частотой возникновения мутаций, численностью клеточной популяции, скоростью пролиферации кл-ок с мутациями, селективным преимуществом мутантных клеток.

Размножение нормальных клеток контролируется стимулирующими и ингибирующими факторами: стимулирующие факторы являются продуктами протоонкогенов, ингибирующие - продукты опухолесупресорных генов.

Протоонкогены - нормальные клеточные гены, контролирующие рост и размножение кл-ок. Изменённые в рез-те мутации протоонкогены или гены, вносимые в геном некоторыми вирусами, получили название онкогенов. Онкогены оказывают стимулирующее влияние на клеточную пролиферацию. Действие онкогенов доминантно, т.е. для развития рака достаточно мутации в одном из аллелей.

Продукты протоонкогенов осущ-ют контроль за ростом и делением кл-ки. продукты онкогенов могут быть представлены:

-ростовыми факторами

-рецепторами ростовых факторов

-внутриклеточными передатчиками сигналов

-факторами транскрипции

Опухолесупрессорные гены - нормальные кл-ные гены, игбирующие клеточное деление (антионкогены). Действие опухолесупресорных генов рецессивно, т.е. для развития рака необходимо наличие мутации в обоих аллелях одного гена. С мутациями опухолесупресорных генов связаны наследственные формы рака. Некоторые опухолесупрессоры обладают свойством мутаторных генов - их активация обуславливает резкое возрастание частоты мутаций, приводящих к возникновению рака.

10. Наследственные формы рака. Феномен потери гетерозиготности.

Ретинобластома - как модель наследственного рака, обусл-го инактивацией опухолесупрессора. АД-тип наследования, поражает 1 из 20тыс детей, вызывая злокачественную опухоль сетчатки глаза до 4-летнего возраста.

-У пораженных родителей 50% детей тоже заболевают

-М и Д болеют с одинаковой частотой.

-У детей с опухолями обоих глаз болезнь развивается более рано.

Кнудсен предположил что:

-для возникновения болезни необходимы 2 мутации, по одной в каждой копии гена, отвечающего за развитие опухоли.

-Спорадические случаи ретинобластомы возникают в рез-те 2 соматических мутаций.

-Семейные случаи ретинобластомы (40% случаев) возникают в рез-те наследования одной мутации от родителей, а вторая мутация возникает в соматических клетках в нормальном аллеле. Шанс второй мутации достаточно высок и приводит к "доминантной предрасположенности" к развитию опухоли. односторонняя (один фокус возникновения), поздний возраст начала, нет предрасположенности к другим типам рака. Двусторонняя, односторонняя или мультифокальная, ранний возраст начала, может быть и остеосаркома.

Ретинобластома и ген RB1.

Ген RB1 локализован в 13q14. Кодирует белок (pRb) - негативный регулятор клеточного цикла.

-E2F-семейство транскрипционных факторов, активирующих гены, необходимые для вступления клетки в S-фазу клеточного цикла.

-нефосфорилированный Rb белок присоединяется к E2F и инактиврует его, подавляя таким образом рост кл-ки.

Синдром Ли-Фраумени. Впервые описан в 1988г. АД-тип наследования. Диагноз основывается на нахождении от 2 до 6 и более типов рака в одной семье. Саркомы начинаются в возрасте до 5 лет, остеосаркомы-в юнешеском возрасте, а рак мозга, молочной железы, аденокарцинома или лейкемия проявляются до 30-летнего возраста. Было показано, что больные имеют мутации в гене супрессоре опухоли TP53 (17q13.1). Внормебелок р53 в клетках практически не обнаруживается вследствии быстрого времени полураспада. В клетках с мутациями белок р53 имеет более увеличенный срок жизни и аккумулируется в клеточных ядрах. Мутации TP53 найдены в более чем 50% разных форм рака. Скрининг мутаций этого гена имеет клиническое значение для прогноза как в семьях с синдромом Ли-Фраумени, так и при спорадических формах рака.

11. Ретинобластома и ген RB1. Синдром Ли-Фраумени и ген TP53.

Ретинобластома - как модель наследственного рака, обусл-го инактивацией опухолесупрессора. АД-тип наследования, поражает 1 из 20тыс детей, вызывая злокачественную опухоль сетчатки глаза до 4-летнего возраста.

-У пораженных родителей 50% детей тоже заболевают

-М и Д болеют с одинаковой частотой.

-У детей с опухолями обоих глаз болезнь развивается более рано.

Кнудсен предположил что:

-для возникновения болезни необходимы 2 мутации, по одной в каждой копии гена, отвечающего за развитие опухоли.

-Спорадические случаи ретинобластомы возникают в рез-те 2 соматических мутаций.

-Семейные случаи ретинобластомы (40% случаев) возникают в рез-те наследования одной мутации от родителей, а вторая мутация возникает в соматических клетках в нормальном аллеле. Шанс второй мутации достаточно высок и приводит к "доминантной предрасположенности" к развитию опухоли. односторонняя (один фокус возникновения), поздний возраст начала, нет предрасположенности к другим типам рака. Двусторонняя, односторонняя или мультифокальная, ранний возраст начала, может быть и остеосаркома.

Ретинобластома и ген RB1.

Ген RB1 локализован в 13q14. Кодирует белок (pRb) - негативный регулятор клеточного цикла.

-E2F-семейство транскрипционных факторов, активирующих гены, необходимые для вступления клетки в S-фазу клеточного цикла.

-нефосфорилированный Rb белок присоединяется к E2F и инактиврует его, подавляя таким образом рост кл-ки.

Синдром Ли-Фраумени. Впервые описан в 1988г. АД-тип наследования. Диагноз основывается на нахождении от 2 до 6 и более типов рака в одной семье. Саркомы начинаются в возрасте до 5 лет, остеосаркомы-в юнешеском возрасте, а рак мозга, молочной железы, аденокарцинома или лейкемия проявляются до 30-летнего возраста. Было показано, что больные имеют мутации в гене супрессоре опухоли TP53 (17q13.1). Внормебелок р53 в клетках практически не обнаруживается вследствии быстрого времени полураспада. В клетках с мутациями белок р53 имеет более увеличенный срок жизни и аккумулируется в клеточных ядрах. Мутации TP53 найдены в более чем 50% разных форм рака. Скрининг мутаций этого гена имеет клиническое значение для прогноза как в семьях с синдромом Ли-Фраумени, так и при спорадических формах рака.

12. Колоректальный рак и гены репарации ошибок спаривания.

В поддержании генетического гомеостаза ДНК и стабильности генетических структур клетки, а именно они определяют нормальное поведение клетки, существенную роль играют репаративные процессы (например, р53-телохранитель генома-контроль целостности ДНК, регуляция клеточного цикла и апоптоза. Белок р53 определяет произошла ли репарация повреждений ДНК в кл-ке. Если повреждение не может быть репарировано, белок р53 индуцирует апоптоз. При повреждении ДНК белок р53 активируется и стимулирует транскрипцию гена р21, который кодирует белок р21 - ингибитор циклин-зависимой киназы(Cdk). Белок р21 присоединяется к комплексу циклин-Cdk и инактивирует его. В рез-те клетка останвливается в G1 фазе клеочного цикла) . Организм человека располагает уникальными возможностями репарации возникающих спонтанно или под влиянием внешних факторов

повреждений ДНК, ведущих к мутациям (темновая, эксцизионная репарация, внеплановый синтез ДНК). Наследственные аномалии в системах репарации ДНК ведут к злокачественным новообразованиям (пигментная ксеродерма, наследственный неполипозный колоректальный рак, атаксия-телеангиэктазия и др.). Наиболее частым из наследственных форм рака кишечника является наследственный неполипозный колоректальный рак (ННПКР). В развитии ННПКР большую роль играют мутации в генах мис-матч репарации ДНК. Инактивация обеих аллелей одного из генов мис-матч репарации приводит к накоплению ошибок репликации и развитию рака, что легко выявляется по высокой изменчивости микросателлитных повторов ДНК-феномен микросателлитной нестабильности.

Помимо ННПКР, микросателлитная нестабильность наблюдается также в 10-20% спорадических опухолей разных типов. Вероятно, что дефекты в генах репарации ДНК могут быть общим мех-ом канцерогенеза.

13. Популяционная генетика человека. Подходы, используемые для описания популяционной структуры и оценки значимости факторов популяционной динамики. Значение популяционно-генетических исследований для медицинской и клинической генетики.

Популяционная генетика – это раздел генетики, посвященный изучению закономерностей изменчивости и наследственности на уровне популяции. Популяционная генетика изучает генетическую структуру популяций и ее изменения в ряду поколений, исследует такие факторы, как дрейф, миграции, мутации и отбор. Изучение структуры генетического фонда человеческих сообществ ведется на основе определения частоты встречаемости маркерных генов. Знание популяционной генетики необходимо для понимания эпидемиологии наследственных болезней, для планирования мероприятий по предупреждению неблагоприятного воздействия на генетический аппарат факторов окружающей среды. Еще одна сфера приложения популяционно-генетических исследований - теория эволюции, обоснование тенденций биологической эволюции человечества в связи с различными изменениями окружающей среды. Исследования в области популяционной генетики человека можно условно разделить на 2 группы: 1) описание популяций и их генетического состава; 2) анализ причин изменения генофонда человека. Эти 2 подхода тесно взаимосвязаны. Разработка конкретных гипотез и планирование исследований для их проверки невозможны без наличия данных об основах популяционной структуры. Но, т.к. число существующих популяций и известных наследственных признаков человека очень велико, охарактеризовать все популяции с генетической точки зрения довольно трудно. Необходимо выделить наиболее важные задачи.

14. Фенотипическое разложение дисперсии.

Vp=(VA+VD)+VE+COVCE+VI+VM/ Vp-общая фенотипическая дисперсия . Аддитивная дисперсия(VA) + доминантная дисперсия(VD)= генетическая дисперсия(VG). VE-средовая дисперсия. Ковариация G и E, дисперсия взаимодействия между генотипом и средой VI, дисперсия измерения VM – в основном принебрегают, тк сложно вычислить.

Коэффициент фенотипической корреляции между родственниками:

При полной генетической детерминации фенотипических значений признака, контролируемого аддитивными генами, ожидаемая фенотипическая корреляция между соответствующими парами родственников(r) должна точно соответствовать k – доле их генов, общих по происхождению.

При аддитивной модели действия генов, связь между фенотипическими семейными корреляциями и влиянием генов на фенотип прямо пропорциональна: I/k=h2/r, h2=r/k. H2 – коэффициент наследуемости – мера генетической детерминации фенотипической изменчивости количественного признака в популяции. R – наблюдаемая фенотипическая корреляция между родственниками. K-доля общих генов.

15. Коэффициент наследуемости

Наследуемость – это популяционный статистический параметр, который выражает вклад генетических факторов в изучаемый признак %.

Специфична к анализируемой популяции и в среде, характеристика популяции, а не конкретного индивида. P – фенотипичекая дисперсия, G – генетическая дисперсия, A – аддитивная дисперсия.

Коэффициент наследуемости в узком смысле слова: h2=VA/Vp. Выражает аддитивный генетический вклад в изучаемый признак. Используется в селекции с\х растений и животных, генетика человека – основа для расчета повторного риска в семьях с разным семейным анализом.

Наследуемость в широком смысле слова: h2=VG/VP. Вы\ражает суммарный генетический вклад в изучаемый признак. Используется главным образом в генетике человека, потому что у человека сложно выявить VA/

16-17 нет

18. Генетика количественных признаков как теоретическая основа изучения генетической подверженности в МФЗ. Понятие генетической предрасположенности.

Количественные признаки, имеющие нормальное распределение, могут определяться многими генами. МФЗ – (болезни с наследственной предрасположенностью, полигенные) – заболевания, в этиологии которых существенна генетическая компонента, но характер наследования не может быть объяснен простыми менделевскими правилами. В основе МФЗ лежит взаимодействие нескольких (олиглгены) или многих (полигены) предрасполагающих генов и средовых факторов. Развитие заболеваний обусловлены внутренними (наследственными) факторами и средовыми воздействиями (среда обитания, образ жизни). Меняется только удельный вклад внутренних и средовых факторов. Для МФЗ характерно семейное накопление заболевания и отсутствие четкого характера наследования.

Генетическая предрасположенность обусловлена наличием индивидуальных комбинаций генов, повышающих предрасположенность к заболеванию (повышен риск развития). Генетическая предрасположенность – не причина болезни, она лишь повышает риск развития заболевания при благоприятствующих этому средовых воздействиях. Аллели риска – повышают риск развития заболевания (гены предрасположенности – не совсем корректно). Гены-протекторы (гены устойчивости) – понижают риск развития заболевания. Средовые факторы могут повышать или понижать риск развития заболевания.

19-21 нет

22. Генетика МФЗ: теоретические закономерности распределения МФЗ в популяциях и семьях.

МФЗ – (болезни с наследственной предрасположенностью, полигенные) – заболевания, в этиологии которых существенна генетическая компонента, но характер наследования не может быть объяснен простыми менделевскими правилами. В основе МФЗ лежит взаимодействие нескольких (олиглгены) или многих (полигены) предрасполагающих генов и средовых факторов. Развитие заболеваний обусловлены внутренними (наследственными) факторами и средовыми воздействиями (среда обитания, образ жизни). Меняется только удельный вклад внутренних и средовых факторов. Для МФЗ характерно семейное накопление заболевания и отсутствие четкого характера наследования.

Генетическая предрасположенность обусловлена наличием индивидуальных комбинаций генов, повышающих предрасположенность к заболеванию (повышен риск развития). Генетическая предрасположенность – не причина болезни, она лишь повышает риск развития заболевания при благоприятствующих этому средовых воздействиях. Аллели риска – повышают риск развития заболевания (гены предрасположенности – не совсем корректно). Гены-протекторы (гены устойчивости) – понижают риск развития заболевания. Средовые факторы могут повышать или понижать риск развития заболевания.

Теоретические закономерности распределения МФЗ в популяциях и семьях:

чем реже встречается болезнь в популяции, тем выше риск для родственников пробанда;

уменьшение частоты заболевания у родственников 2й степени родства по сравнению с родственниками 1й степени родства и у родственников 3й степени родства по сравнению с родственниками 2й степени родства будет более резким, чем при доминантном наследовании с неполной пенетрантностью;

частота заболеваний будет больше у родственников больных с более тяжелыми клиническими проявлениями, т.к. кривая предрасположенности таких больных должна быть расположена дальше за порогом;

риск для родственников пробанда будет выше, если имеется другой больной кровный родственник.

23. ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ГЕНЕТИКИ МФЗ

В основе генетических моделей МФЗ лежат простые закономерности распределения генетических факторов в популяции и в семьях, известных из классической генетики и положенных в основу генетики количественных признаков, являющихся фундаментом генетической эпидемиологии МФЗ.

• Модель мультифакториального наследования с пороговым эффектом (Фолкнер, 1965).

• Модель наследования с эффектами главного гена.

• Модели комплексного сегрегационного анализа (генетическая гетерогенность МФЗ).

• Поиск ассоциаций генетических маркеров с МФЗ.

• Генетическое картирование.

Модель мультифакториального наследования с пороговым эффектом

Фолкнер (1965г.): модель, предназначенную для изучения количественных признаков, можно использовать и в отношении МФЗ, Т.е. когда имеет место качественное проявление - есть или нет заболевание.

Термин «подверженность» (<<предрасположенность», «склонность», «восприимчивость») возник в связи, с попыткой генетического анализа количественных признаков, определяемых множеством генетических и средовых факторов. При этом в отличие от монофакторных признаков, когда всех индивидов можно разделить по фенотипу на два генетических класса («болен»-«здоров»), для признаков, определяемых многими факторами, теоретически может иметь место непрерывный ряд фенотипических классов, объединяющих разные генотипы. При этом всех индивидов можно упорядочить, например, по числу специфических аллелей или по числу средовых эффектов, отрицательно (положительно) влияющих на здоровье. Количественная мера, с помощью которой можно хотя бы теоретически распределить индивидов в непрерывном ряду по их статусу в отношении данного заболевания, и получила название «подверженности».

В пределах этой меры не существует генетических классов «болен» - «здоров». Здесь возможно лишь ввести подразделение по фенотипу, относя всех лиц со значениями подверженности выше некоторого (порогового ) уровня К больным, а лиц, не достигших порога - к здоровым. На практике, однако, поступают наоборот: сначала по клиническим или эпидемиологическим критериям разделяют популяцию на больных и здоровых, а затем определяют пороговые значения подверженности, по которому и была разделена популяция.

Основные положения модели:

Предрасположенность к заболеванию зависит от большого числа генов с аддитивным эффектом и внешнесредовых факторов.

Наиболее часто предрасположенность к заболеванию изучают, анализируя количественные признаки, распределение которых является нормальным. Предполагается, что существует непрерывный ряд значений таких признаков, которые можно измерить у больных и здоровых людей. В этом случае термином «порог» обозначают определенную границу в градуированном континууме подверженности заболеванию, за которой располагаются больные индивиды (рис. 1).

Положение порога определяется частотой заболевания в популяции. Величина порога подверженности к тому или иному заболеванию может быть различна для лиц разного пола, возрасста, национальности и расы. Возрастание восприимчивости к заболеванию, приводящее к превышению этого «порога», возникает в том случае, когда совокупность наследственных и средовых факторов приводит к нарушению гомеостаза и возникновению заболевания.

Кривая распределения у родственников больных также имеет нормальное распределение, но сдвинута вправо по сравнению с распределением в популяции, так как предрасположенность к заболеванию у родственников больного выше, чем в среднем в популяции.

Рис. 1. Гипотетические кривые предрасположенности к МФЗ в популяции и у родственников больных.

Среднюю предрасположенность родственников больного можно определить по частоте заболевания родственников с помощью статистик нормального распределения.

Обычно исследователь располагает:

- данными о частоте заболевания в популяции (g);

- данными о частоте заболевания среди родственников больных (ra).

Эти данные позволяют рассчитать:

- показатели отклонения порога (х) и среднего значения предрасположенности для родственников больного (а) от среднепопуляционного значения предрасположенности.

Из таблиц нормального распределения можно определить:

- показатели отклонения «х» и «а> в единицах стандартного отклонения (xg и ag);

- значение частоты заболевания среди родственников в единицах стандартного отклонения (хга).

Тогда коэффициент корреляции между пробандами и родственниками составит: r=(Xg - xra)/ag

Корреляции нужны для оценки наследуемости соответствующего заболевания.

Для оценки вклада генетических факторов в предрасположенность к МФЗ необходимо использовать коэффициент наследуемости в узком смысле слова (h2).

h2=VА / VР

Однако в большинстве случаев вычисление коэффициента наследуемости осуществляется через коэффициент корреляции (r) между родственниками различной степени родства. Например, h2=2r для родственников первой степени родства и дизиготных близнецов и h2=4r для родственников второй степени родства (дедушки, бабушки; дяди, тети).

Наследуемость - доля предрасположенности к заболеванию, обусловленная действием аддитивных генетических Факторов.

Существуют графы корреляции по предрасположенности между родственниками и пробандами. С их помощью можно определить коэффициента наследуемости для МФЗ.

Коэффициенты наследуемости для МФЗ варьируют в широких пределах:

• инсулинозависимый сахарный диабет - 30%

• биполярные психозы - 90%

• системная красная волчанка - 90%

Если наследуемость приближается к 100%, возможно наличие главного гена.

На основе концепции подверженности с пороговым эффектом можно сформулировать некоторые теоретические закономерности распределения МФЗ в популяции и в семьях, которые отличаются от моногенных (менделирующих) форм.

- Чем реже встречается болезнь в популяции, тем выше риск для родственников больного;

- Частота заболевания среди родственников больного 1 степени родства равна квадратному корню из частоты болезни в популяции;

- Снижение частоты заболевания у родственников больного II степени родства по сравнению с родственниками 1 степени родства, и III степени родства по сравнению с родственниками II степени родства будет более резким, чем при доминантном наследовании с неполной пенетрантностью.

При мультифакториальном наследовании риск развития заболевания зависит от:

• степени родства с больным в родословной. Чем выше степень родства с больным, тем выше риск заболевания для его родственников.

• числа больных родственников. Чем больше в семье больных родственников, тем выше риск заболевания.

• тяжести клинических проявлений. Чем тяжелее протекает заболевание, тем выше риск для родственников больного.

• различий в частоте заболевания у разных полов. Чем чаще заболевание проявляется у одного пола, тем выше риск для родственников больного редко поражаемого пола.

• Чем выше наследуемость заболевания, тем выше его риск.

Таким образом, при МФЗ, в отличие от моногенных болезней, риск не является постоянной величиной.

Для оценки риска развития МФЗ используют значения эмпирического риска. Величины эмпирического риска устанавливают при эпидемиологических обследованиях населения. Результатом таких исследований являются таблицы, которые используют при оценке риска для разных типов семей.

24 Мультфакториальная модель наследования с пороговым эффектом:

1. Позволяет получить оценки повторного риска развития заболевания в семьях больных для родственников любой степени родства;

2. Эти оценки имеют не индивидуальный, а популяционный характер;

З. Этими данными продолжают пользоваться медико-генетические консультации.

Недостатки модели:

l. упрощает взаимодействие между генами, формирующими предрасположенность.

2. не позволяет индивидуализировать гены, предрасполагающие к патологии. Поэтому при изучении частых заболеваний активно развивается другое направление исследований - выявление главных генов. Этому способствовали успехи в изучении генома человека и картирования генов.

25. Модель наследования с эффектами главного гена

Цель: выявить эффекты главного гена на мультифакториальном фоне.

Понятие главного гена, которое используется при построении моделей наследования частых заболеваний, несколько отлично от классического. В классическом понимании главный ген - это ген, эффекты которого необходимы и достаточны для формирования признака на любом генетическом и внешнесредовом фоне. В генетико-эпидемиологических исследованиях - это ген, который необходим, но не утверждается, что он достаточен для формирования признака, Т.е. главный ген может быть неполно пенетрантным.

Первыми моделями такого рода были:

- смешанные модели для аутосомного локуса Н.Мортона и С.МасЛина,

- общая модель для генетического анализа родословных Р.Эльтона и Дж.Стюарта и др.

Принцип: Эти модели позволяли на основе количественного сравнения теоретически ожидаемых частот пораженных родственников пробандов от разных типов браков, а также в родословных при разных типах моделях наследования с реально наблюдаемыми частотами выбирать наиболее адекватную модель наследования признака. Предполагалось, что таким путем можно найти частые заболевания, наследование которых лучше описывается моногенной моделью, чем мультифакториальной моделью или моделью культурального, Т.е. негенетического наследования.

Модели обычно сравнивали с помощью теста отношение правдоподобий.

Наиболее лучшее соответствие наследования заболевания моногенной модели должно было означать, что в исследуемой выборке семей с определенными заболеваниями могут присутствовать в большем или меньшем количестве семьи, в которых наблюдается менделирование, обусловленное главным геном.

Результат: Использование сегрегационного анализа для выявления моногенно наследуемых форм среди мультфакториальных заболеваний оказалось успешным лишь в ограниченном числе случаев (выделены моногенно наследуемые формы при: раке молочной железы (гены BRCAJ и BRCA2), раке предстательной железы; уровень IgE).

26. ЗАКОН ХАРДИ-ВАЙНБЕРГА

КАК МОДЕЛЬ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИИ

В методологии популяционной генетики имеют дело с большими выборками особей, исходно гетерогенными по генетическому составу. Собственно популяционно-генетические исследования нередко ограничиваются оценками наследственного разнообразия изученных популяционных выборок. Р. Левонтин отмечал: «Если нельзя определить частоту альтернативных аллелей в разных локусах, в разных популяциях и в различные периоды истории данной популяции, то вся теория популяционной генетики остается абстрактным упражнением ... Теория эволюционной генетики ˜это теория исторических изменений частот генотипов».

Закономерность, которой в панмиксной популяции должно подчиняться распределение генотипических классов, контролируемых двумя аллелями аутосомного гена, была установлена в 1908 г. независимо друг от друга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Таким образом был сформулирован краеугольный закон популяционной генетики - закон Харди-Вайнберга. Законы Менделя ничего не говорят о распределении в популяциях частот генотипов и аллелей генов. Именно на этот вопрос отвечает закон Харди-Вайнберга.

Основное утверждение закона состоит в том, что в отсутствие элементарных эволюционных процессов - мутаций, миграций, дрейфа генов и естественного отбора частоты генов остаются неизменными из поколения в поколение. Важным условием выполнимости закона является панмиксия, которая применительно к человеку означает независимость вероятности формирования брачных пар от генетической конституции супругов. В этом случае частота образования тех или иных генотипов у потомков пропорциональна их представленности у родителей. Когда на выбор брачного партнера оказывает влияние генотип, говорят об ассортативном скрещивании.

Пусть р и q - частоты двух аллелей локуса (А и а) некоторого гена, тогда у потомков при случайном образовании супружеских пар следует ожидать следующие генотипы и в следующих соотношениях.

Суммируя все ячейки таблицы с учетом того, что представленные варианты генотипов составляют полное поле событий и их совместная вероятность равна 1, а также сумма частот аллелей р и q тоже равна 1 по исходным условиям, получаем алгоритмическую формулу закона Харрди-Вайнберга:

р2 + 2pq + q2 = (р + q)2 = 1 .

Закон говорит о том, что процесс наследственной преемственности (при случайном скрещивании) сам по себе не ведет к изменению частот генотипов локуса. Более того, равновесные частоты генотипов по данному локусу достигаются за одно поколение, если исходные частоты аллелей одинаковы у представителей обоих полов.

Из закона Харди-Вайберга прямо следуют три утверждения:

1. Частоты аллелей генов не изменяются от поколения к поколению. Действительно, частота аллеля А у потомства, в соответствии с данными таблицы, составит сумму частоты генотипа М и половину частоты генотипа Аа, т. е. р2 + pq = р(р + q) = р.

2. Равновесные частоты генотипов задаются возведением в квадрат суммы частот аллелей и не изменяются от поколения к поколению. Это следует из того, что частоты аллелей у потомства остаются теми же, что и у родителей, и следовательно, в последующих поколениях частоты генотипов останутся прежними.

З. Равновесные частоты генотипов достигаются за одно поколение. Какими бы ни были частоты генотипов в поколении родителей, частоты генотипов потомства составят р2,2pq и q2, если частоты аллелей у родителей обоего пола равны.

Важно, что закон Харди-Вайнберга применим и к большему числу аллелей локуса, т. е. в случае, например, трех аллелей можно записать:

(р + q + г)2 = р2 + q2 + r2 + 2pq + 2pr + 2qr = 1.

Значимость применения закона состоит в том, что он поозволяет рассчитать частоты генотипов в случаях, когда не все из них могут быть идентифицированы, например, при доминантности одного из аллелей.

Одним из интересных свойств генных частот в популяции согласно закону является то, что чем ниже частота рецессивного аллеля, тем большая его доля находится в скрытом гетерозиготном состоянии. Ясно, что квадрат малого числа всегда будет меньше его удвоенного произведения на значительно большую частоту встречаемости альтернативного доминантного аллеля.

Следует отметить еще одно интересное и важное применение закона в случае анализа патологических состояний, сцепленных с полом (чаще с Х-хромосомой), когда для представителей женского пола частоты генотипов будут совпадать с аутосомными локусами, а для самцов в силу их гемизиготности по Х-хромосоме патологические рецессивные гены проявляются всегда (например, дальтонизм).

27 нет

28. Мутации и миграции.

Самое важное свойство генов - их способность передаваться неизменными от поколения к поколению. Однако если бы генетический материал никогда не менялся, эволюция была бы невозможна. Исходя из этого, гены - носители генетической информации - должны обладать способностью к случайным изменениям. Такие изменения, действительно, происходят, и их называют мутациями. Этот термин был введен в 1901 г. Де Фризом для обозначения случайных и стабильных генетических отклонений, возникающих у растений. Мутации генов и хромосом - это ненаправленные, случайные изменения генетического материала, происходящие спонтанно или под влиянием различных физических, химических и биологических факторов.

Спонтанный мутагенез является единственным поставщиком новых вариантов генов в популяции и в силу этого важным источником наблюдающегося генетического разнообразия. Скорость, или частота матирования, измеряется долей гамет на поколение, в которых произошли мутационные изменения конкретного гена. Возникают мутации с очень низкой частотой. Примерная оценка скорости этого процесса составляет 1 на 10-5 на гамету за поколение.

Таким образом, мутационное давление оказывает крайне слабое влияние на изменение частот аллелей в популяциях. Тем не менее, важное эволюционное значение мутационного процесса состоит в создании разнообразия аллелей и появлении новых генов.

Различают следующие типы мутаций, часто обусловливающие формирование патологических состояний у человека, и особенно это касается двух первых типов:

1. Геномные мутации, приводящие к изменению числа хромосом, которые для человека ограничиваются случаями увеличения либо утраты отдельных хромосом (например, половые хромосомы и обусловленные ими синдромы Шерешевского- Тернера (моносомия по Х-хромосоме у женщин); Клайнфельтера (добавочная Х-хромосома у мужчин); а также аутосомы - синдром Дауна (трисомия по 21-й хромосоме); синдром Патау (трисомия - 13); синдром Эдвардса (трисомия - 18).

2. Хромосомные мутации, при которых нарушается структура хромосом, а их число в клетке остается неизменным. В эту группу входят синдромы с незначительными делецияями или дупликациями строго определенных участков хромосом. К их числу относят синдромы Лангера-Гидеона (8q23 q24), Прадера-Вилли и Ангельмана (15q11 - q12 в 15 хромосоме от отца или матери соответственно), Миллера-Дикера (17р-13), Ди Георге (22q-11), Беквита-Видемана (11р + 15), опухоль Вильмса, аниридия (11р - 13), ретинообластома (13q-14).

3. Генные мутации, которые могут быть обнаружены только путем тщательного генетического анализа родословных и не обязательно имеют отношение к видимым патологическим проявлениям, часто являясь вариантом нормального генетического полиморфизма. Тем не менее, эта мутационная изменчивость обусловливает формирование широчайшего круга болезней человека. Достаточно упомянуть обширный каталог болезней Маккьюсика, включающий свыше 4000 различных нозологических форм патологии, связанной с этим типом мутаций генома, и продолжающий постоянно расширяться.

Судьба единичной мутации была впервые аналитически продемонстрирована Р. Фишером в 1930 г. Он показал, что при постоянном размере популяции вероятность утраты мутантного гена уже в первом поколении равна 0,37, а предельная вероятность окончательной его потери с ростом числа поколений стремится к 1. Этот результат отмечается при нейтральности мутантного гена и отсутствии действия других факторов популяционной динамики. Таким образом, поскольку потеря вновь возникающих вариантов генов процесс необратимый, подавляющее большинство мутаций не имеет шансов закрепиться в популяции.

Предположим, что существует два аллеля одного локуса А1 и А2, И В результате мутации аллель А1 переходит к виду А2 С частотой и на одну гамету за одно поколение. На основании этих предположений можно заключить, что если в начальный момент времени частота А1 составляет Ро, то в следующем поколении с учетом мутаций она будет равна его исходной частоте за вычетом частоты матировавших аллелей:

Р1 = ро - иРо = Ро(1 - и).

Во втором поколении при неизменных темпе и виде мутирования частота аллеля

р2 = Р1 - ИР1 = Р1(1 - и).

Если частоту аллеля во втором поколении выразить через его исходное значение, то получим

р2 = Ро(1 - и)(1 - и) = Ро(1 - и)2

По прошествии длительного времени и смены большого числа поколений (~ частота аллеля А1 в популяции будет равна

р/ = Ро(1 - и) .

Поскольку величина 1 - и меньше 1, ясно, что с течением времени значение частоты аллеля будет уменьшаться и при неограниченно длительном периоде протекания подобного мутационного изменения частота аллеля А, стремится к нулю.

С учетом низкого темпа мутирования на уровне 10-5 скорость изменения частоты аллеля оказывается крайне невысокой. Например, для эукариот, чтобы изменить частоту аллеля с 0,10 до 0,09, потребуется 10000 поколений. И вообще, чем меньше исходная частота аллеля, тем больше времени потребуется для ее изменения под действием мутаций на какую-либо величину. Кроме того, следует также учитывать и то обстоятельство, что мутации генов часто бывают, обратимы, т. е. мутантный аллель А2 может в результате другой мутации вернуться к своему исходному состоянию - к форме А,. Тогда, если принять, что частота обратных (возвратных) мутаций равна v, а частоты исходного А, и мутантного А2 аллелей равны соответственно ра и qo, можно записать:

р, = ра - ИРа + vqo·

Если обозначить изменение частоты аллеля за одно поколение как t:.p = р, - ра , то, подставляя значение р" выраженное через Ра, получаем

t:.p = (Ра - ИРа + vqo) - ра = vqo - ИРа.

Таким образом, изменение частоты аллеля при совместном действии прямых и возвратных мутаций происходит крайне медленно и зависит от сопоставительной частоты этих событий.

В том случае, когда изменение частоты аллеля под действием прямых и обратных мутаций равно нулю (t:.p) , т. е. наступает равновесие между этими процессами, можно записать:

vq = ир, или ир = v(1 - р), из чего следует, что

р= v/(и+ v), или q= и/(и+ v).

Предположим, что частоты прямой и обратной мутаций равны соответственно И = 10-5 И V = 10--6, тогда равновесные частоты составят:

р = 10--6/(10-5 + 10--6) = 0,09,

q = 10-5/(10-5 + 10--6) = 0,91.

Необходимо иметь в виду, что истинные обратные мутации, возвращающие структуру гена к его исходному состоянию, составляют лишь малую часть от общего числа мутационных событий. Абсолютное большинство реверсий обусловлено мутациями других генов, оказывающих супрессорный эффект на измененный ген.

Следует отметить еще два обстоятельства. Во-первых, нередко частоты аллелей находятся в неравновесном состоянии, потому что на них, помимо мутаций, действуют и другие факторы популяционной динамики, например, естественный отбор, который может благоприятствовать одному аллелю в ущерб другого. Во-вторых, при наличии и прямых, и обратных мутаций изменение частот аллелей происходит еще более медленно, чем только при прямом мутировании.

Таким образом, можно с уверенностью говорить о том, что мутационный процесс крайне медленный и сам по себе изменяет генетическую структуру популяции с очень малой скоростью. Если бы мутации были единственным фактором популяционной динамики, то эволюция протекала бы очень медленно.

3.2. Миграции

Миграцией, или потоком генов, называется процесс, когда особи из одной популяции перемещаются в другую и скрещиваются с ее представителями, оставляя потомство. Поток генов сам по себе не приводит к изменению частот аллелей в целом у вида, но в локальной популяции, если частоты аллелей у мигрантов и старожилов различны, происходят их смешение и изменение генных частот.

Рассмотрим локальную популяцию, в которую с определенной частотой мигрируют особи из другой популяции. Предположим, что в популяции доля пришельцев (мигрантов) равна т. В следующем поколении потомство получает долю генов, равную (1 - т), от старожилов, а от пришельцев - т. Пусть в популяциях, из которых происходит миграция, средняя частота аллеля А1 составляет Р, а в принимающей мигрантов локальной популяции она равна Ро. Тогда в следующем поколении частоту аллеля А1 с учетом миграции можно выразить так:

Р1 = (1 - т)Ро + тР= ро - т(ро - Р).

Таким образом, новая частота аллеля А1 в первом поколении составит исходную ее частоту в популяции за вычетом произведения доли мигрантов на разность частот алллеля у старожилов и мигрантов.

Изменение частоты аллеля за одно поколение будет равно

I1р = Р1 - Ро·

Если в этом уравнении значение для Р1 выразить через Ро, как это было представлено выше, то получаем:

I1р = ро - т(Ро - Р) - ро = -т(Ро - Р).

Из последнего уравнения следует, что чем больше доля пришельцев в популяции и чем значительней у них и старожилов различия в частотах аллеля, тем выше скорость изменения. Изменение частоты аллеля становится равным нулю, либо когда имеет место нулевое давление мигрантов, либо когда значения частоты аллеля у эмигрантов и старожилов равны. Следовательно, если миграция не прекращается, частота аллеля изменяется до тех пор, пока она не станет равной у мигрантов и в принимающей популяции.

Рассмотрим, как при миграции происходит изменение частоты аллеля во времени. Для первого поколения эта величина будет равна

Р1 - Р = ро - т(Ро - Р) - Р = ро - тРо + тР - Р = = (1 - т)Ро - (1 - т)Р= (1 - т)(Ро - Р).

Для второго поколения она составит P2-Р=(1-т)2(Ро-Р).

После поколений различия в частотах аллеля будут равны

рг Р= (1 - т)t(Po - Р).

Можно преобразовать уравнение, чтобы получить оценку частоты аллеля по прошествии многих (t) поколений миграции:

Pt= (1 - т)t(Po- Р) + Р.

Эта формула позволяет рассчитать частоту аллеля в локальной популяции при постоянной скорости миграции (т), а также если известны начальная и конечная частоты аллеля (Ро и Р). Кроме того, она позволяет оценить интенсивность миграции (потока генов) т, если мы располагаем (дополнительно к отмеченной выше) информацией о продолжительности процесса миграции.

Обозначенный алгоритм можно проиллюстрировать на примере негроидов Америки. В США потомство смешанных браков между белыми и неграми принято относить к негритянскому населению. Следовательно, смешанные браки можно рассматривать как поток генов от европеоидов к негроидам. У белого населения США частота аллеля, контролирующего наличие резус-фактора (R+), равна Р = 0,028. В африканских популяциях, от которых происходит негритянское население Америки, она составляет ор = 0,630. Предки современных негров были вывезены из Африки в США примерно ЗОО лет назад, что соответствует периоду около 10 поколений, т. е. t = 10. У современных негроидов Америки частота резус-положительной группы крови Р, = 0,446. Приведенные выше уравнения можно представить в виде

(1 - т)t = (Рг Р) / (Ро - Р).

Подставляя указанные ранее значения соответствующих величин, получаем

(1 - т) 10 = (0,446 - 0,028) / (0,630 - 0,028) = 0,694;

1 - т = "./0,694 = 0,964;

т= 0,036.

Таким образом, поток генов от белого населения США к негритянскому шел со средней интенсивностью З,6 % за одно поколение. В результате сейчас, через 10 поколений, доля генов африканских предков современных американских негров составляет 0,694, а около ЗО % генов американские негры унаследовали от белого населения, что свидетельствует о значительном потоке генов между белым и негритянским населением Америки.

29. Дрейф генов,

или генетический дрейф, - изменение частот аллелей в ряду поколений, вызываемое случайными причинами и прежде всего малой численностью популяции. Дрейф генов - процесс совершенно случайный и не направленный. В небольших по численности популяциях случайным образом постоянно возникают значительные колебания в частотах генов, одни из которых могут полностью утрачиваться, другие, напротив, фиксироваться и их частота становится равной 1.

Часто дрейф генов относят к классу явлений, обозначаемых как ошибка выборки. Общее правило состоит в том, что величина такой ошибки всегда находится в обратной зависимости от размера популяционной выборки. Для популяции это означает, что чем меньше число скрещивающихся особей, тем в большей степени оценки частот аллелей будут претерпевать случайные отклонения.

Отметим также, что правильное представление о численности популяции диплоидных особей дает не общая, а эффективная ее численность, т. е. та часть популяции, которая дает начало новому поколению(1/3). Именно в этом случае частоты аллелей представляют собой вероятности их появления в следующих поколениях, а возможные изменения накапливаются в ряду поколений и становятся все более выраженными. Важно иметь в виду, что число индивидуумов, способных оставить потомство, не является единственным фактором, определяющим стабильность популяции по отношению к случайным колебаниям частот генов. Вторым фактором являются различия в размерах семей. Если небольшое число случайных сочетаний аллелей оказывается ассоциированным с рождением более многочисленного потомства по сравнению с другими сочетаниями, то при этом генетическая гетерогенность потомства будет, по-видимому, меньше, чем она была бы в случае одинакового участия в процессах репродукции всех возможных сочетаний аллелей. Оба этих фактора объединяются в понятии «эффективная численность» популяции N.

Она определяется важными генетико-демографическими показателями:

1)Тотальная численность 2) доля лиц репродуктивного периода 3)соотношение полов в популяции 4)колебание численности во времени 5)изменчивость индивидуальной плодовитость

Действие генетического дрейфа приводит к увеличению доли гомозигот в популяции (уменьшается генетическое разнообразие). Чем меньше эффективно-репродуктивный размр популяции, тем быстрее будет происходить потеря генетического разнообразия в ряду поколений.

в связи с дрейфом генов следует отметить два известных популяционно-генетических феномена - «эффект основателя}) и «эффект горлышка бутылки}).

Первый из них является предельным случаем дрейфа генов, когда происходит возникновение новой популяции от ограниченного числа особей. Естественно, что частоты алллелей в этом случае могут сильно отличаться от частот алллелей в материнской популяции.

Второй феномен возможен вследствие резких колебааний численности популяции, и прежде всего ее критического снижения. Это может произойти в силу самых разнообразных причин (война, эпидемия и т. д.). Последующее восстановление численности происходит на основе случайного генотипического состава малого числа особей, и поэтому могут наблюдаться существенные отклонения в частотах аллелей от исходной популяции.

30. Естественный отбор(типы) –

дифференциальное воспроизведение различных генетических вариантов. Это единственный фактор, способный направлено изменить частоту генов в популяции. Оказывает свое влияние через фенотипическое проявление генотипов.

Количественная мера интенсивности отбора – относительная приспособленность (дифференциальная выживаемость – вероятность выживания до репродуктивного периода и диф плодовитость – способность передавать свои гены последующим поколениям между носителями различных генотипов). Наиболее приспособленный генотип w=1, С ней однозначно связана величина коэффициента отбора s, которая определяется как дополнение приспособленности до единицы: s = 1 - w и по сути означает скорость уменьшения представленности в популяции того или иного генотипа. Если W> 1, число индивидов с определенным генотипом возрастает, если w < 1 - уменьшается и остается неизменным при w = 1.

Варианты отбора:

Направленный w1>w2>w3. Селективным преимуществом обладают носители определенного в только гомозиготном состоянии или гомо- и гетеро-. Происходит фиксация благоприятного аллеля. Происходит уменьшение генетического разнообразия.

Балансирующий w1<w2>w3 – стабилизирующий, сверхдоминирование. Селективным преимуществом обладают гетерозиготы. Устанавливаются равновесные частоты аллелей.

Дизгруптивный w1>w2<w3 . наименьшей приспособленностью обладают гетерозиготы, фиксироваться будет тот аллель, который изначально в популяции регистрировался с более высокой частотой- идет уменьшение генетического разнообразия.

Наследственные болезни в большинстве случаев снижают репродуктивные возможности их носителей. Больные имеют меньше шанс чем в норме дожить до репродуктивного периода и оставить потомство:

Геномные и хромосомные мутации: резко снижается приспособленность – элиминация из популяции. Аутосомно-рецисивные –естественный отбор обычно направлен против гомозигот по генам этих заболеваний, приводя и их к полной или частичной элиминации.

31. Естественный отбор (компоненты)

В отличие от представленных ранее факторов динамики частот генов в популяции (мутации, миграции, дрейф генов), являющихся случайными и ненаправленными процессами, естественный отбор имеет вполне определенное направление. Его действие приводит к повышению приспособленности организмов, и в этом смысле отбор, несомненно, является наиболее значимым и важным фактором динамики генных частот.

К идее естественного отбора как основного фактора эволюции в середине XIX в. независимо пришли английские ученые Чарльз Дарвин (1858 г., доклад на заседании Линееевского общества и его книга 1859 г. «Происхождение видов}») И Альфред Рассел Уоллес. В теорию естественного отбора высок вклад таких ученых, как Р. Фишер, С. Райт, Дж. ХолдеЙн.

Естественный отбор не действует на генотипы непосредственно, а оказывает свое влияние через их фенотипические проявления. Если некий индивидуум обладает тем или иным признаком, который обеспечивает ему большую жизнеспособность или плодовитость по сравнению с другими членами данной популяции, то можно ожидать, что

такой индивидуум оставит более многочисленное потомство,_ т. е. он оказывается более приспособлен к комплексу девствующих внешнесредовых факторов. И если различия в проявлении признака имеют генетическую природу, то гены, определяющие его формирование, будут преимущественней представлены в следующем и в последующих поколениях. Таким образом, естественный отбор играет ведущую роль направляющего фактора эволюции.

Действие естественного отбора можно определить, как дифференциальное воспроизведение различных генетических вариантов. Это означает, что носители определенных наследственных вариантов имеют больше шансов выжить и передать их потомству по сравнению с другими. В качестве количественной меры интенсивности давления естественного отбора используется относительная приспособленность, являющаяся мерой эффективности размножения особей конкретного генотипа. Приспособленность генотипа можно определить, как отношение числа оставляемого им потомства к числу потомков наилучшего генотипа (при фиксированном состоянии генома и в стабильной среде).

Приспособленность обозначают буквой w. С ней однозначно связана величина коэффициента отбора s, которая определяется как дополнение приспособленности до единицы: s = 1 - w и по сути означает скорость уменьшения представленности в популяции того или иного генотипа. Если W> 1, число индивидов с определенным генотипом возрастает, если w < 1 - уменьшается и остается неизменным при w = 1.

Расчет приспособленности проводится в два приема.

Сначала дифференцирован но вычисляется число потомков на особь для каждого генотипа, затем оно делится на среднее число потомков наилучшего из них. Получив, таким образом, оценки приспособленностей (относительной эффективности размножения) анализируемых генотипов, исследователи могут предсказать скорость изменения их частот во времени.

Особенности существования организма на разных этапах жизненного цикла оказывают влияние на его выживаемость, скорость развития, репродуктивный успех, плодовитость и т. п. Эти величины определяют направление действия естественного отбора. Их называют компонентами, или составляющими, приспособленности, и в конечном счете, именно они определяют различия в приспособленности между представителями различных генотипических классов.

Действие естественного отбора легче понять, если в локусе только два аллеля, определяющих наличие трех различных генотипов - двух гомозиготных по каждому из них и одного гетерозиготного. В этом случае возможны следующие варианты отбора:

1) против рецессивного аллеля;

2) против доминантного аллеля;

3) против какого-либо аллеля в отсутствие доминирования.

Эти случаи естественного отбора при водят к элиминации аллеля, против которого направленно его действие.

4) в пользу гетерозигот, который ведет к устойчивому полиморфизму, и в популяции присутствуют оба алллеля, а их частоты определяются коэффициентами отбора против гомозигот;

5) против гетерозигот, когда существует точка полиморфного равновесия частот аллелей, однако оно неустойчиво и отбор ведет к полной фиксации одного из них, в зависимости от начальных частот.

Во всех этих рассмотренных случаях действия естественного отбора приспособленности генотипов принимаются постоянными.

6) частото-зависимый отбор, когда приспособленности являются функциями частот аллелей; этот вид отбора приводит к устойчивому полиморфному равновесию.

Окончательным результатом действия естественного отбора может быть либо полная элиминация аллеля, либо возникновение некоего устойчивого полиморфизма, когда в популяции одновременно присутствуют два или более аллелей локуса.

К устойчивому генетическому полиморфизму может приводить частото-зависимый отбор, который, по-видимому, широко распространен. Этот тип отбора возникает, когда вероятность образования супружеской пары связана с частотой конкретного генотипа. При этом нередко при выборе брачных партнеров предпочтение отдается носителям редких генотипов. Это явление известно как предпочтение брачных партнеров редкого типа. Таким образом, приспособленность редких генотипов повышается, что является одним из механизмов поддержания генетического полиморфизма популяции. Частото-зависимый отбор становится особенно значимым при повышении миграционной активности в популяции, и в результате его действия может увеличиваться вероятность сохранения генов, привнесенных иммигрантами.

В заключение следует отметить, что основные положения популяционной генетики справедливы в случае случайного образования супружеских пар. Когда это не так и особи с определенными генотипами скрещиваются реже или чаще, а не в соответствии со случайным характером этого события, то говорят об ассортативности браков.

Возможна повышенная инбредность популяции, что приводит к повышению вероятности проявления вредных рецессивных мутаций. В связи с оценкой коэффициента инбридинга следует упомянуть об эффекте инбредной депрессии, или ухудшении основных характеристик жизнедеятельности организма в результате длительно практикующейся ассортативности браков. Можно говорить и о гетерозисе - противоположном по направленности процессу, при водящему к возрастанию приспособленности потомства.

32. Понятие генетического груза

Для характеристики популяции существенно понятие генетического груза (L). Не все генотипы в популяции имеют одинаково высокую приспособленность. Появление в популяции особей с низкой приспособленностью возможно за счет постоянно возникающих мутаций, миграций, при естественном отборе, за счет инбридинга и др. Все это при водит к тому, что средняя приспособленность популяции оказывается ниже максимальной. Величину показывающую, насколько средняя приспособленность ниже оптимальной для популяции, Кроу предложил называть генетическим грузом.

L =Wmax – W/Wmax

Генетический груз слагается из многих величин.

В результате мутационного процесса в популяции накапливаются мутантные гены и, в результате, снижается средняя приспособленность популяции (мутационный груз Lm).

В популяции постоянно происходит расщепление на генотипы, неодинаковые по своей приспособленности и поэтому подвергающиеся действию того или иного типа отбора. При большей приспособленности гетерозигот (сверхдоминирование) от них постоянно выщепляются гомозиготы с более низкой приспособленностью. Этот компонент генетического груза можно назвать сегрегационным грузом (Ls).

Направленный отбор порождает субституционный груз. Замещение старого аллеля новым, превосходящим его аллелем, влечет за собой генетическую гибель носителей старого аллеля. Сумма случаев генетической гибели, происходящих при полном замещении какого-либо гена - суммарный субституционный груз,- может быть очень велика, поскольку частота старого аллеля, обреченного на замещение, в начале этого процесса обычно бывает высокой.

За счет повышения доли гомозигот при инбридинге создается инбредный груз (Li), также уменьшающий среднюю приспособленность популяции, иногда очень резко (инбредная депрессия).

В популяционных системах, способных к обмену носителями генетической информации, возникает проблема элиминации этих носителей (в первую ои"оедь, диплоидных), оказавшихся не на своем месте. В этих случаях может вступать в Действие дизруптивный или балансирующий отбор или отбор обоих типов одновременно. В результате генотипы, адаптированные к одной нише, погибают, оказавшись в смежной нише. Это явление называется генетическим грузом, вносимым особями, оказавшимися «не на месте» (misplaced individualload, или МРI-груз) (Грант, 1991).

33. Инбридинг

- близкородственные браки – частный случай ассортативных браков, когда выбор брачного партнера осуществляется по принципу родства будующих супругов.

Близкие родственники имеют хотя бы одного общего предка. Потомство от брака родителей близких родственников называется иньредным.

Количественная мера инбридинга – коэффициент инбридинга (F) – вероятность с которой у потомка от близкородственного брака в данном локусе будет находититься 2 идентичных по происхождению гена, полученого от общего предка.

F=сумма(1/2) n+n1+1, где n и n1-число шагов(поколений) от общего предка к каждому из родителей инбредного потомства.

Последствия: увеличивается риск проявления рецессивных наследственных болезней. Чем больше степень родства родителей инбредного потомства, тем больше часть генома общих предков может из него перейти в гомозиготное состояние. Чем реже ген рециссивного заболевания встраивается в популяции, тем больше шансы, что соответствующее заболевание обнаружится в близкородственном браке. Может увеличивать частоту полигенных заболеваний.

В реально существующих популяциях:

1)все факторы популяционной динамики 2)каждая популяция эволюционирует многими генами 3) генотипы взаимодействуют друг с другом 4) комбинация генотипов может быть неслучайны, а направленность отбора – непостоянна, она может сменяться со временем и при изменении условий среды.

34. Современная концепция экогенетики. Основные составляющие экогенетики как науки.

Экологическая генетика человека изучает влияние факторов среды обитания на наследственность. Это факторы и природные и антропогенные:экстремальные температуры, давления и УФ, выхлопы автомобилей, дымы и промышленые загрязнения, тяжелые металлы, инсектициды, различные виды излучений. Основы экологической генетики человека лежат в общебиологических закономерностях эволюции.

На протяжении сотен тысяч лет окружающая человека среда постоянно менялась. К ее изменениям человек приспосабливался как биологический вид с широкой нормой реакции. Человек как мыслящее существо активно изменял элементы среды своего обитания. Одновременно на групповом и популяцион-ном уровнях происходил отбор генотипов. Окружающая среда обеспечивала отбор, выживание, процветание популяций или групп людей в зависимости от их наследственных характеристик. Эволюция человека шла через эволюцию его генотипа. Формировалась биологическая природа, и человек достаточно приспособился к окружающей среде не только социально, но и биологически.

При воздействии повреждающих или новых факторов окружающей среды на человека могут наблюдаться нежелательные эффекты в виде: 1) изменения наследственных структур (индуцированный мутационный процесс); 2) патологических проявлений экспрессии генов на специфические факторы среды; 3) изменений генофонда популяций в результате нарушения генетического равновесия между основными популяционными процессами (мутационный процесс, отбор, миграция, дрейф генов).

Эффекты 1-го типа — это прежде всего индуцированный окружающей средой (в широком смысле слова) мутационный процесс. Этот процесс ведет к повышению темпов наследственной изменчивости человека на индивидуальном и популяционном уровнях.

Эффекты 2-го типа у человека проявляются на индивидуальном уровне в виде патологических реакций (болезней), а на популяционном уровне — в виде большей или меньшей приспособленности (адаптация, акклиматизация). Патологические проявления аллелей под влиянием среды факторов называются экогенетическими реакциями, или болезнями.

Эффекты 3-го типа — изменения генофонда популяций являются долговременными (десятки и даже сотни поколений). Биологически стабильному виду свойственно постоянное равновесие основных генетических процессов (мутационный процесс, отбор, миграция, дрейф генов). Современный период характеризуется большей скоростью и объемом изменений среды обитания. Наследственность человека на популяционном уровне так быстро меняться не может. Следствием высоких темпов и большого объема изменений среды обитания человека (измененные экологические условия) могут стать изменения в генофонде конкретных популяций или человечества в целом.

Важность проблем экологической генетики человека со временем будет возрастать и относительно, и абсолютно. Во-первых, относительная значимость экогенетической патологии будет увеличиваться по мере улучшения медицинской помощи и успешной борьбы с распространенными болезнями. Обычные медицинские меры профилактики не снизят частоту экогенетических болезней. Во-вторых, со временем можно ожидать увеличения экогенетической патологии в абсолютном выражении, поскольку вследствие научно-технического прогресса будут появляться все новые факторы, повысится специфичность новых производственных условий и т.д.

35. экогенетика(факторы окр.среды)

Разработка проблем экогенетики человека ускорилась в связи с тем, что среда обитания человека наполнилась новыми факторами (лекарства, пестициды, пищевые добавки и др.). Ранее, в процессе всей эволюции, человек не соприкасался с такими веществами (или факторами), поэтому на действие этих веществ не было никакого отбора. Какой-либо аллель мог распространиться ранее в популяции из-за его селективных преимуществ или дрейфа, но в других условиях окружающей среды этот аллель проявляет патологическое действие. Речь идёт о таких как бы молчащих генах, которые начинают проявлять свою функцию в новых условиях среды. Это и называется экогенетическим действием факторов.

Понятие о «молчащих» (или «нейтральных») генах весьма условно. Биологический или патологический эффект какого-либо аллеля зависит от воздействия специфического фактора среды.

К настоящему времени не только сформулировано понятие об экогенетике, но и определены основные направления исследований в данной области. Оказалось, что наследственные различия могут проявляться в реакциях не только на лекарства, но и на физические факторы, на пищу и особенно на пищевые добавки, на загрязнения атмосферы, профессиональные вредности. Концепция экогенетики требует широкой проверки действия внешних факторов (особенно новых) с целью выявления наследственно обусловленных патологических реакций. Это явится научной основой для обеспечения адаптивной среды для каждого человека (подбор индивидуального рациона и климата, исключение отравления лекарствами, обоснование профессионального отбора и т.д.), чтобы исключить преждевременную смерть, инвалидизацию, дополнительную госпитализацию.

Генетические различия в реакциях на действие факторов внешней среды могут быть установлены с помощью генеалогического (семейного) анализа, близнецового или популяционно-статистического метода. Как и для других разделов генетики, каждый из этих методов применительно к экогенетике имеет свои разрешающие возможности и ограничения. В выявлении новых экогенетических вариаций генотипов все методы дополняют друг друга. Кроме того, наряду с применением генетических методов нужно проводить биохимические исследования молекулярных механизмов патологических реакций (варианты ферментов, рецепторов, транспортных белков). Одновременно с генетическим анализом должны применяться токсикологические и фармакологические методы для определения концентрации различных веществ в организме и путей метаболизма этих соединений.

При применении клинико-генеалогического метода чаще достаточно обследовать родственников I степени родства, но в семьях с аномальной экогенетической реакцией желательно анализировать всю родословную в нескольких поколениях. Естественно, что при изучении реакций на лекарства необходимо принимать во внимание возможные различия в действии лекарств в зависимости от пола и возраста. Это, конечно, создаёт некоторые дополнительные ограничения в использовании генеалогического метода. Однако для определения типа наследования экогенетического признака (аномальная реакция на действие фактора внешней среды) обязательно нужно использовать генеалогический метод. С помощью других методов этот вопрос решить нельзя.

Близнецовый метод можно применять в экогенетике в классическом варианте для оценки формирования количественных (реже качественных) признаков. Этот метод хорошо испытан в фармакогенетике. С его помощью можно оценить относительный вклад средовых и наследственных факторов в вариабельность реакций на внешние факторы и подойти к разграничению полигенных и моногенных моделей наследования экогенетических признаков.

Популяционно-статистический метод позволяет установить, однородна ли реакция большого числа людей на воздействие факторов внешней среды, т.е. определяется она несколькими генами или одним. В этом случае речь идёт об анализе характера распределения людей по их реакции на внешний фактор. Кривые распределения могут быть с одной модой или с несколькими, если в популяции имеются индивиды с аномальной реакцией и частота таких индивидов достаточна, чтобы влиять на тип распределения, определяемого по характеру кривой. Естественно, если экогенетические варианты встречаются редко, то эта аномалия не может быть выявлена с помощью популяционного метода. В этихслучаях можно применять широко распространённый в медицине труда и эпидемиологии метод «случай—контроль», при применении которого в поле зрения попадает пробанд с патологической реакцией. Можно использовать ешё один вариант популяционно-статистического метода — сравнение разных этнических групп, если последние живут в одинаковых условиях. Разная реакция этих групп на факторы окружающей среды будет свидетельствовать о её генетической обусловленности. Кроме описанных выше трёх генетических методов, крайне желательно разрабатывать методы экспериментальной генетики (животные или культуры клеток) для скрининга экогенетического действия профессиональных вредностей, лекарств, пищевых добавок.

36. Экогенетика(ксенобиотики)

Некоторые специфические мутации являются основой высокой чувствительности их носителей к определённым факторам внешней среды. Потенциально токсические факторы окружающей среды повреждают не всё население, а только его часть, генетически предрасположенную к таким мутациям. Доказано, что у человека существует генетический контроль метаболизма поступающих в организм химических соединений (биотрансформации).

Современные данные позволяют говорить о трёх фазах детоксикации ксенобиотиков, из которых первые две осуществляются с помощью генетически детерминированных ферментов.

Во время I фазы ксенобиотики инактивируются с образованием промежуточных электрофильных метаболитов. Если активация не будет осуществляться по причине потери ферментативной активности мутантного продукта, токсенобиотики будут давать отрицательный эффект сначала на клеточном, а потом и на организменном уровне.

Активированные ксенобиотики в форме промежуточных электрофильных метаболитов при контакте с другой группой ферментов (главным образом с различными трансферазами) преобразуются в водорастворимые нетоксичные компоненты, которые могут выводиться из организма. Однако если II фаза детоксикации не состоится по причине мутантной формы фермента, то продукты I фазы детоксикации (промежуточные электрофильные метаболиты), как и неактивные ксенобиотики, вызывают окислительный стресс, дают токсические эффекты, обусловливают мутации, рак и другие нежелательные последствия.

На основе многочисленных доказательств природы экогенетических вариаций можно сделать вывод, что они обусловлены балансированным полиморфизмом в генах ферментов, участвующих в обеих фазах детоксикации.

III фаза детоксикации обеспечивается работой физиологических систем выделения (кожа, почки, кишечник).

Экогенетика человека изучает вариации ответов организма различных людей на воздействие факторов среды. На основе этих фактов генетики пытаются объяснить, почему поражается только некоторая часть подвергающегося вредному воздействию населения и как индивиды различаются по адаптации к среде.

В патологических экогенетических реакциях в широком плане твёрдо установлена роль следующих полиморфных локусов, участвующих (прямо или опосредованно) в биотрансформации чужеродных веществ: цитохром Р450, N-ацетилтрансфераза, пароксоназа сыворотки, холинэстераза сыворотки, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, лактаза, ингибиторы протеаз. Конкретные примеры проявления их мутантных аллелей приведены ниже.

Экогенетические реакции могут быть обусловлены редкими мутантными аллелями, которые вызывают патологический ответ или идиосинкразию. Однако существуют и полиморфные системы, обусловливающие количественные вариации ответа. В этих случаях значительная часть популяции (2—50%) может реагировать различно. Экогенетические ответы могут контролироваться одним геном или несколькими. Характер сегрегации признака в потомстве в этих случаях будет соответствовать моно- или полигенным системам. Анализ сегрегации усложняется ещё и тем, что для проявления признака у носителя аллеля (или аллелей) требуется воздействие соответствующего фактора.

37. Фармакогенетика. Генетический контроль метаболизма лекарственных препаратов. Фармакогенетические особенности при наследственных болезнях.

Фармакогенетика изучает причины врожденных различий индивидуальных реакций на лекарственные препараты. Ксенобиотики – чужеродные (не синтезированные организмом человека) химические соединения. Метаболизм (биотрансформация) ксенобиотиков находится под генетическим контролем. Гены детоксикации ксенобиотиков получили название генов «внешней среды». Все ферменты метаболизма КБ играют важную роль в нормальном метаболизме. Роль ферментов нормального обмена веществ в деградации ксенобиотиков: Система цитохрома Р-450: холестерин=>желчные кислоты, стероидные гормоны; активация витамина D; окисление липидов

Глутатионтрансферазы: метаболизм лейкотриенов и простаноидов, обезвреживание продуктов окисления липидов и пероксидов ДНК.

УДФ-глюкоронил-трансферазы: обезвреживание билирубина, метаболизм желчных кислот, токоферолов, стероидов.

Сульфатрансферазы: метаболизм желчных кислот и гликолипидов

Ацетилтрансферазы: метаболизм гексозаминов, синтез ацетилхолина.

Метилтрансферазы: метилирование ДНК, обмен котехоламинов.

От входа до выхода ксенобиотика из организма клетки, как правило, должны сделать его доступным для для соответствующих систем, что требует химической модификации исходного КБ, то есть его метаболизма

Метаболиты, образуемые в организме из ксенобиотиков, более реакционно способны, чем исходный КБ, и потому часто

более биологически эффективны (образование активной действующей формы лекарств в организме)

более опасны (образование токсинов, мутагенов и канцерогенов из слаботоксичных предшествеников).

Ферменты метаболизма КБ появляются только тогда, когда они нужны. Работа их генов индуцибельна.

Фармакогеномика – систематический геномный поиск генетических вариантов (генов и их аллелей), которые позволяют предсказать ответ индивида на лекарство, включая неблагоприятные эффекты

Подходы – 1) анализ ассоциаций генетических маркеров с реакцией на лекарство (случай-контроль) в популяциях человека; 2) изучение экспрессии генов в ответ на лекарственный преперат (мыши, крысы) – биочипы.

Три группы наследственно обусловленных вариаций ответов на лекарства - повышенная чувствительность, толерантность, парадоксальность.

По поводу аномалий метаболизма лекарств можно сказать, что генетическая детерминация ферментов, обеспечивающих метаболизм или фармакокинетику лекарств, не вызывает сомнений. Возникновение мутаций в таких генах приводит к отсутствию синтеза фермента или потере его ферментативной активности. Как правило, эти мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу, поэтому дефект фермента проявляется только у гомозигот, следовательно, не очень часто, хотя в некоторых популяциях частота мутантного аллеля и соответственно частота лиц с патологической реакцией на лекарства могут быть высокими.

Типичным примером парадоксальной реакции на лекарства является гемолиз эритроцитов у носителей «безобидной» мутации в гене глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы при приеме сульфаниламидов, примахина и других лекарств (до 40 наименований). Спасти таких больных можно только срочным гемодиализом или обменным переливанием крови.

Парадоксальная фармакологическая реакция проявляется злокачественной гипертермией при ингаляционном наркозе (фторо-тан, этиловый эфир и др.). У больных резко повышается температура тела (до 44 °С), развиваются тахикардия, гипоксия, ацидоз, гиперкалиемия. Причиной злокачественной гипертермии является мутация в гене рианодинового рецептора.

38-39 нет.

37.Фармакогенетические особенности при наследственных болезнях Реакции на лекарство у лиц с наследственными болезнями могут быть извращёнными в результате биохимических дефектов. К настоящему времени уже имеется много примеров аномальных реакций на лекарство при различных наследственных болезнях. Печёночная Порфирия обостряется при приёме барбитуратов, ноксирона, мепротана, амидопирина, антипирина, сульфаниламидных и противосудорож-ных препаратов, синтетических эстрогенов и др. Первичная подагра обусловлена наследственными нарушениями обмена пуринов. Болезнь усиливается при приёме этанола, диуретических лекарств, некоторых салицилатов. Если у больного подагрой наблюдается недостаточность гипоксантин-фосфорибозилтрансферазы, то такой больной не реагирует на лечение меркаптопурином, азатиоприном. Наследственные синдромы, сопровождающиеся гипербилирубинемией, требуют серьёзного фармакогенетического исследования. Например, при синдромах Жильбера и Криглера— Найяра препараты для проведения холецистографии, эстрогены, входящие в состав противозачаточных средств, вызывают повышение уровня билирубина в плазме крови. При синдроме Дубина—Джонсона противозачаточные средства с эстрогенами вызывают усиление гипербилирубинемии до клинической желтухи. При несовершенном остеогенезе дитилин и средства для наркоза (в том числе фторотан) вызывают повышение температуры тела.

38-39 нет

40. картирование и секвенирование.

Ферментативное секвенирование ДНК. Сэнгер, 1977. Субклонир фрагм ДНК из космид → спец векторы→ послед нуклеотидов. Способы визуализайии: меченые праймеры, цепи ДНК, терминалов. В каждой проб отнош dNTP такое, чтобы синтезир набор фрагментов включ в каждую позиц дан осн. Фрагм в геле по длинне.

Генетич картирование - поиск места располож в геноме гена или генетического маркера на основ его наслед в родословных по косегрегации генами/маркерами известной локализации. Непрямой метод, т.к. основ на корреляции между призн и уч хр при передаче в ряду поколений или клеточных клонов. Анализ генетического сцепления гена или маркера неизв локализ с геном или маркером изв локализ. Генетич расст между сцепл маркерами измер 1% рекомбинации = 1 сМ. По частоте рекомбинации судят о расстоянии между маркерами.

41. Карты генетического сцепления

Генетические карты показывают относительное расположение на хромосоме генов и других маркеров. Любой наследуемый признак, будь то цвет глаз или различия в длине фрагментов ДНК, потенциально может служить генетическим маркером. Единственные требования к маркеру - межиндивидуальные различия по нему и легкость выявления этих различий. Маркерами могут быть как экспрессируемые участки ДНК (гены), так и некодирующие последовательности, наследование которых можно проследить.

Для того, чтобы маркер можно было использовать при картировании, он должен быть полиморфным, т.е. должны существовать альтернативные формы признака, которые можно было бы легко различить и описать у членов семьи. Полиморфизм ДНК - довольно распространенное явление. В среднем, последовательность ДНК двух случайно выбранных людей будет различаться по одному из каждых 300-500 нуклеотидов. Вариации ДНК в экзонах могут приводить к изменениям структуры белка и проявляться в виде внешних фенотипических признаков, например, в различиях по группе крови или предрасположенности к той или иной болезни. Поскольку экзоны занимают лишь небольшую часть генома, большинство различий в последовательности ДНК сосредоточено в интронах и не проявляется во внешних фенотипических признаках. В то же время эти изменения легко определяемы на уровне ДНК и тоже могут использоваться как маркеры. Примерами таких маркеров, где признаком служат сами характеристики последовательности ДНК, являются полиморфизм длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) и полиморфизм по числу тандемных повторов.

ПДРФ является результатом полиморфизма ДНК в местах (сайтах), которые можно разрезать рестрикционными ферментами. Сайты узнавания рестрикционными нуклеазами - короткие (как правило, 4-6 членные) строго определенные последовательности нуклеотидов, в которых происходит разрезание ДНК рестриктазой. В результате образуется набор фрагментов ДНК определенной длины. Любое изменение сайта узнавания (вставка, делеция или замена нуклеотида) приводит к тому, что он становится "невидимым" для фермента, молекула ДНК не разрезается в этом месте и образуется другой набор фрагментов. Второй тип ДНК-маркеров - полиморфизм по числу тандемных повторов - является результатом межиндивидуальных различий по числу копий коротких повторяющихся последовательностей ДНК, что проявляется в различиях по длине данного участка ДНК.

Карты генетического сцепления строят на основе совместного наследования генов или маркеров. Два маркера, расположенные на одной хромосоме вблизи друг от друга имеют тенденцию передаваться от родителей ребенку совместно. Во время нормальных процессов развития сперматозоидов и яйцеклеток, цепочка ДНК случайным образом разрывается и воссоединяется в различных местах той же хромосомы или ее копии (т.е. гомологичной хромосомы). Этот процесс, называемый мейотической рекомбинацией, может приводить к разделению двух маркеров, первоначально расположенных на одной хромосоме. Чем ближе расположены маркеры друг к

другу - чем "теснее" они сцеплены, тем менее вероятно, что процесс рекомбинации разделит их. Таким образом, по частоте рекомбинации можно оценить расстояние между двумя маркерами.

На рисунке 3 проиллюстрирован принцип построения карты генетического сцепления. Вертикальные линии на диаграмме изображают пары 4 хромосомы у каждого из членов семьи. У отца имеется два генетических локуса, ДНК-маркер М и ген хореи Гентингтона (ХГ), каждый из них можно обнаружить и у любого ребенка, который их унаследует. Один из детей унаследовал только маркер М, но не хорею Гентингтона, ген которой располагался на той же отцовской хромосоме. Этот факт свидетельствует, что генетический материал отца рекомбини- ровал в процессе сперматогенеза. При наблюдении наследования маркера М и хореи Гентингтона во многих семьях можно установить частоту, с которой происходит рекомбинация между этими локусами и установить расстояние между ними.

На генетической карте расстояния между маркерами измеряются в сантиморганидах (сМ), названных так в честь американского генетика Томаса Ханта Моргана. Когда частота рекомбинации между двумя маркерами равна 1%, говорят, что они находятся на расстоянии 1 сМ. Генетическое расстоя-

ние в 1 сМ примерно равно физическои дистанции в 1 миллион пар оснований (1 мегабаза (Мб)).

С помощью анализа сцепления на генетической карте можно локализовать и наследственные заболевания, гены которых или их молекулярные основы неизвестны. Генетическое картирование помогло найти точное хромосомное расположение генов многих важных болезней. Кроме уже упоминавшейся хореи Гентингтона, это - муковисцидоз, серповидно-клеточная анемия, болезнь Тея-Сакса, поликистоз почек, синдром ломкой Х-хромосомы, миотоническая дистрофия и многие другие заболевания (см. главу 3).

Одна из ближайших промежуточных целей проекта «Геном человека» - построить генетическую карту человека с высоким разрешением (2-5 сМ) (на современных картах большинства хромосом маркеры расположены в среднем через каждые 7-10 сМ). Разрешение генетических карт можно увеличить, используя технологию рекомбинантных ДНК, фрагментацию хромосом под действием радиации и гибридизацию клеток (слияние клеток человека с клетками других видов) для создания панелей клеток, содержащих отдельные части хромосом человека. Оценивая, какие маркеры и как часто остаются совместно после радиационной фрагментации ДНК, можно установить порядок их расположения и расстояние между маркерами. Поскольку для анализа требуется лишь одна копия хромосомы, этот метод может картировать и неполиморфные маркеры.

42. Физическое картирование

Локализация генов при анализе генетического сцепления или межвидовой гибридизации клеток представляет собой непрямые методы картирования, поскольку основывается на корреляции между признаком и хромосомой при передаче в ряду поколений или клеточных клонов. Молекулярная генетика, в особенности технология рекомбинантных ДНК, дает в руки исследователей инструмент, позволяющий работать с носителями генетической информации (хромосомами, молекулами ДНК, отдельными генами) непосредственно. Генетические карты, которые строятся на основе прямого исследования генетического материала, называют физическими.

Различные методы физического картирования позволяют получить карты с различной степенью детализации. Общая закономерность такова, что чем более детальна карта, тем меньший участок генома можно картировать в ходе отдельного эксперимента. Карта с самым низким уровнем разрешения - хромосомная (ее иногда называют цитогенетической), которая отражает различия в окраске бэндов при наблюдении в световой микроскоп и позволяет охватить весь геном. Карта кДНК показывает расположение экспрессируемых участков (экзонов) на хромосомной карте. Более подробная карта кос- мидных контиг отражает локализацию наборов перекрывающихся фрагментов ДНК, охватывающих небольшие участки генома. Рестрикционные карты фиксируют порядок расположения на молекуле ДНК сайтов рестрикции и расстояние между ними. Самая подробная из физических карт - последовательность нуклеотидов. Однако, одномоментно можно секве- нировать лишь очень небольшие (по сравнению со всем геномом) фрагменты ДНК.

Мелкомасштабные физические карты

К мелкомасштабным картам (физическим картам с низким уровнем разрешения) относятся хромосомные карты и карты кДНК.

При определении положения гена на хромосоме первоначально стоит задача приписать его к определенному хромосомному сегменту - бэнду или группе бэндов, который можно идентифицировать цитогенетически. Сейчас для этого используют метод гибридизации in situ. Клонированную копию нужного гена помечают радиоактивной (например, тритиевой или фосфорной) или флуоресцентной меткой. Меченый таким образом фрагмент ДНК называют зондом. Затем зонд инкубируют с метафазным препаратом хромосом и, после того как он свяжется с комплиментарной цепочкой ДНК на интактнои хромосоме, устанавливают его точную локализацию. С помощью гибридизации in situ было картировано множество генов человека, в том числе гены альбумина, коллагена, альфа-глобина,

гормона роста.

До недавнего времени даже самые подробные из хромосомных карт позволяли локализовать фрагмент ДНК с точностью до региона размером примерно 10 Мб (средний размер хромосомного бэнда). Усовершенствования метода флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) позволили увеличить разрешение хромосомных карт до 2-5 Мб. Модификации методов гибридизации, использующие хромосомы на стадии интерфазы, когда они менее компактны, дают возможность локализовать зонд до участка размером в 100000 п.о. (0,1 Мб).

Карта кДНК отражает расположение на хромосоме кодирующих последовательностей. ДНК-копию (кДНК) синтезируют в лаборатории, используя в качестве матрицы молекулы мРНК, вносят метку и локализуют кДНК-зонды методом гибридизации in situ. Представляя экспрессируемые участки, кДНК поз- воляет выявить наиболее значимые с биологическои и медицинской точек зрения районы генома. Карта кДНК может помочь в хромосомной локализации генов, функция которых еще неизвестна. ДНК-копию можно получить и в том случае, если белок синтезируется в очень небольших количествах и выделить специфическую мРНК из общей смеси мРНК клетки не удается. Зная последовательность аминокислот в белке, можно «воссоздать» последовательность гена искусственно или выделить его из клонированной геномной ДНК при гибридизации со смесью олигонуклеотидов, соответствующих всем возможным кодирующим последовательностям гена (вследствие вырожденности генетического кода их может быть несколько).

Крупномасштабные физические карты

Существует два общих подхода к построению физическои карты участка генома с высоким уровнем разрешения: картирование "сверху вниз" (макрорестрикционная карта) и снизу вверх" (карта контиг). В обоих случаях карта представляет собой упорядоченный набор фрагментов ДНК. Фрагменты размножают клонированием или с помощью полимеразнои цепной реакции, разделяют гель-электрофорезом и выявляют при окрашивании или гибридизации с меченым зондом. Для воссоздания оригинальной последовательности фрагментов (той последовательности, в которой они находятся в геноме) используют различные методы поиска перекрывающихся участ-

КОВ

Методы физического картирования можно применять к изолированным хромосомам человека. Отдельные изолированные хромосомы получают путем сортировки хромосом в потоке (метод проточной цитометрии) по их размеру. Существуют также гибридные клеточные линии, содержащие отдельные хромосомы человека. Для получения таких линий клетки человека гибридизуют с опухолевыми клетками млекопитающих (как правило, грызунов). В процессе деления гибридные клетки теряют предпочтительно хромосомы человека. Когда в гио- ридной клетке останется лишь одна человеческая хромосома, ее размножают и поддерживают как клеточную линию.

Необходимой ступенью при построении крупномасштабных физических карт является получение большого количества фрагментов ДНК картируемого участка. Существует два основных способа амплификации ("размножения ) ДНК - клонирование и амплификация в полимеразной цепной реакции.

43. Клонирование гена (векторы, космида,плазмида).

Арбер, Смит, 1970 Рестриктазы -ферменты бактер происх специфич расщепляющие молекулу ДНК в сайте с определ короткой последов нуклеотидов. Сайт рестрикции - место, распознав рестриктазой (4-8 п.н.). «Липкие» концы - короткие одноцепоч концы двухцепоч молекул ДНК, комплимент друг другу. Частота встреч сайтов рестрикции - (1/4)n, где n - длина сайта узнав. Сайты узнавания из 4 п.н. Встречаются в среднем 1 раз на 256 п.н., из 6 п.н. - 1 на 4096 п.н. из 8 п.н. - 1 на 65500 п.н. Мелкощепящие и крупнощепящие рестриктазы.Рекомбинантная мол ДНК - мол, содерж генетич материал разного происх. Плазмида - автономно реплицирующаяся внехр кольцевая мол ДНК (сущ в бакт кл). Несут гены устойч к антибиотикам, несущ в неселктивных усл, Некот способны к интеграции в геном. Вектор - рекомбинантная мол ДНК на основе самореплицир мол, в которую встроен фрагмент чужеродной (клонируемой) ДНК. Типы векторов для клонирования: Плазмиды (вставка до 5 т.п.н.). Космиды (векторы на основе фага лямбда, вставка до 50 т.п.н.). YAC иск хр дрожжей (до 1000 т.п.н.). BAC иск бакт хр. PAC иск хрфага P-1. Клонирование - процесс получ генетич идентичной группы кл (клона) из 1 первонач кл. Клонирование ДНК - процесс получ множества идент копий фрагмента ДНК или гена. 1. Рестрикция клонируемой ДНК и вектора тем же ферментом рестрикции 2. Инкубация вектора и фрагментов клонируемой ДНК и создание рекомбинантных молекул ДНК 3. Введение рекомбинантных векторов в бакт или дрожжевую кл 4. Отбор кл, несущ рекомбинантные мол (рост на селективных средах) 5. Рост культуры кл, несущих рекомбинантные векторы со вставками клонируемой ДНК – клонирование фрагментов ДНК. Библ ДНК - набор клонированных фрагментов ДНК. Существующая в виде культуры кл, несущих рекомбинантые векторы (набора клонов). Библ геномной ДНК - набор клонов, в которых представлены все фрагменты ДНК генома или его определенного участка. Библ кДНК - набор клонов, в которых представлены только кодирующие участки генома. Скрининг библ - поиск нужного клона (фрагмента ДНК). Зонд - одноцеп мол ДНК или РНК с опред последов оснований, несущая метку *гомологичные гены близких видов *гены того же генного семейства *искусственно синтезированне молекулы ДНК. 1. Посев культуры кл на чашку Петри и наращиване 2. Перенос ДНК из клонов на фильтр и денатурация ДНК 3-4. Гибридизация с зондом и выявление метки 5. Пересев нужного клона с чашки Петри в среду 6. Наращивание клона со вставкой в бактериальных кл 7. Вырезание вставки из рекомбинантного вектора с помощью рестриктазы 8. Анализ искомого фрагмента ДНК (секвенирование, поиск мутаций и т.д.)

44. СеквеннрованиеДНК

Секвенированием называют процесс выявления последовательности нуклеотидов ДНК. Современные процедуры секвенирования включают, во-первых, субклонирование фрагментов ДНК из космид или библиотеки бактериофагов в специальные векторы для секвенирования, которые несут небольшие части клонированных фрагментов (рис. 7). Следующим шагом является преобразование субклонированных фрагментов в набор молекул ДНК, различающихся по длине только на

один нуклеотид. Высокоразрешающие методы электрофореза позволяют разделить этот набор фрагментов и считать последовательность оснований. Каждая реакционная пробирка (для Т, С, G, А) при секвенировании дидеокси-методом (рис. 8) содержит:

ДНК-матрицу, прай- мер и ДНК-полимеразу для инициации синтеза новой цепочки в точке, где праймер гибридизу- ется с матрицей;

4 дезоксинуклеотид- трифосфата (dATP, dTTP, dCTP, dGTP), из которых синтезируется цепь ДНК;

один радиоактивно меченый дезоксинук- леотидтрифосфат;

один ди-дезокси- нуклеотидтрифосфат, при включении которого в цепочку ее рост завершается (в пробирке А это di-dATP, в пробирке С - di-dCTP и т.д.).

В каждой из пробирок соотношение dNTP и di- dNTP подобрано таким образом, чтобы синтезировался набор фрагментов ДНК с di-dNTP, включенным в каждую позицию данного основания на матричной ДНК. Набор фрагментов для каждого из нуклео- тидов затем разделяют в одном геле на четырех параллельных дорожках. Фрагменты разделяются по длине: чем короче фрагмент (и, следовательно, чем ближе данное основание к началу секвениру-

емого участка), тем быстрее он движется и тем ближе к концу геля он оказывается. Последовательность читают снизу вверх.

Хотя усовершенствования методов Максама-Гилберта и Сэнгера позволяют анализировать одновременно до 40 клонов на одном секвенирующем геле, эти технологии секвенио- вания (технологии первого поколения) не позволяют секвени- ровать большие участки генома - затраты времени и средств делают крупномасштабные проекты секвенирования с использованием этих методов неприемлемыми. Даже самое лучшее оборудование позволяет рабочей группе секвенировать только 50- 100 тысяч пар оснований в год при затратах 1 -2 доллара за п.о. При таких темпах на секвенирование всего генома человека (3 миллиарда п.о.) пришлось бы затратить 3000 лет и 3 миллиарда долларов.

Поэтому, одной из основных проблем, которые нужно решить для построения подробной карты генома человека, является разработка автоматизированных, быстрых и экономичных методов секвенирования. К технологиям секвенирования второго поколения относятся высоковольтный капиллярный электрофорез, позволяющий значительно улучшить разделение фрагментов, и ионизационная резонансная спектроскопия - метод, улучшающий выявление стабильных изотопных меток. Эти технологии могут при понижении удельных затрат ускорить секвенирование на порядок.

Однако, даже этого недостаточно для успешного секвенирования всего генома. Последовательность оснований большей его части будет, по-видимому, выявлена с помощью без- гелевых технологий секвенирования третьего поколения, которые должны увеличить эффективность секвенирования на несколько порядков. Эти развивающиеся в настоящее время методы включают флуоресцентное определение индивидуальных меченых оснований при проточной цитометрии; прямое чтение последовательности оснований с цепочки ДНК с помощью сканирующей туннельной или атомной микроскопии; масс-спектрометрию последовательностей ДНК; секвенирование при гибридизации с панелями коротких олигонуклеоти- 4дов известной последовательности.

45нет

46.Структура гена

функциональной единицей генома человека является отдельный ген. Средний по размеру ген человека имеет кодирующую часть общей длиной в несколько тысяч пар основании. Однако, общая длина гена значительно больше, поскольку кроме экзонов (кодирующей части) в состав гена входят интроны и участки, расположенные до (с 5'-конца) и после (с З'-конца)

кодирующей части.

Кодирующая часть большинства генов находится в пределах 1-3 тысяч п.о., что соответствует белковому продукту из 300- 1000 аминокислотных остатков. Существуют и очень маленькие белки (например, инсулин) и очень крупные (например, аполипопротеин В состоит из более чем 4500 аминокислот, а фактор свертывания VIII - из 3000). 5'-конец гена соответствует N-концу полипептидной цепи, а З'-конец - карбоксильному. У большинства генов кодирующая часть поделена на несколько экзонов, между которыми расположены некодирующие участки (интроны). Одним из немногих исключений из этого правила являются гены альфа-интерферона - в них интроны отсутствуют. Наиболее рациональной гипотезой, объясняющей наличие интронов, является гипотеза Джилберта, который предположил, что экзоны соответствуют доменам белка, и в процессе эволюции гены белков с различной функцией собирались из соответствующего "набора" экзонов. Вполне возможно также, что функция интронов в том, чтобы обеспечить место для кроссинговера без разрыва кодирующих фрагментов и, следовательно, без нарушения функции домена.

Интроны вырезаются из первичного транскрипта гена в процессе формирования зрелой мРНК. Механизм этого процесса (сплайсинга) до конца еще не ясен, однако известно, что на 3'- и 5*-концах интронов, т.е. в сайтах сплайсинга, имеются короткие консервативные последовательности, которые, по- видимому, и распознаются клеточными компонентами, осуществляющими сплайсинг.

С учетом интронов общая длина генов возрастает подчас в десятки раз. Например, ген альбумина имеет длину 25 Кб, из которых 2.1 Кб заняты экзонами, а остальное приходится на интроны. Есть и гены с очень небольшими интронами (например ген альфа-глобина, в котором длина интронов равна 300 п о ' а размер экзонов - 500 п.о.) и гигантские по протяжености гены: ген фактора VIII имеет общую длину 186 Кб и состоит из 26 экзонов длиной 9 Кб и 25 интронов общим размером 177 Кб, а ген дистрофина - самый большой из известных генов человека - занимает 2500 Кб на хромосоме X, большая часть которых, конечно, приходится на интроны.

Кодирующая часть гена начинается всегда с метиониново- го кодона (из зрелого белка этот метионин удаляется). До начала кодирующей части расположены участки регуляции транскрипции. В районе 25-30 нуклеотидов "выше" (с 5'-конца) сайта инициации транскрипции в генах большинства эукари- от, в том числе и человека, расположен участок, обогащенный А и Т, ТАТА-бокс. Еще одна регуляторная последовательность - САТ-бокс - расположена в районе 70-80 нуклеотидов от сайта инициации транскрипции.

На З'-конце гена расположена последовательность ААТААА, которая служит сигналом для присоединения полиА-хвоста к мРНК, что по-видимому необходимо для транспорта мРНК через ядерную мембрану в цитоплазму клетки, где происходит синтез белка.

Межгенные участки ДНК называются спейсерами и их функция, если она вообще имеется, неизвестна. Частично спей- серы состоят из повторяющихся последовательностей различных типов. У человека, как и у других млекопитающих, самым распространенным семейством таких последовательностей являются Alu-повторы, названные так из-за того, что они содержат сайт рестрикции для нуклеазы Alul. В геноме человека насчитывается несколько сотен тысяч копий Alu-повторов в спейсерах и интронах.

47. вариабельность генома человека.

Вариации послед ДНК в геноме довольно условно принято делить на мут и полиморфизм. Под мут понимают измен, которое возникает спонтанно или редко и которое, как правило, сопровожд измен фенотипа. Полиморфизм- это наличие нескольких наследств вариантов, наиболее редкий из которых встреч с частотой, превыш частоту обр мутир, если наиболее редкий вариант встречается чаще, чем в 1% наблюдений. По отношению к полиморфизму часто исп термин генетич маркер. Под маркером понимают любой уч ДНК, наследование, структуру или вариабельность которого изучается в том или ином генетическом исследовании. - т мут - замены отдельных нуклеотидов– полиморфим отдельных нуклеотида. Однонукл замены наиболее часты в интронах и фланкирующих районах генов. Наиболее подвержены вариабельности динуклеотиды CpG (p обозначает остаток фосфорной к, связыв 2 сосед нукл в цеп ДНК). CG чаще всего мутируют в динуклеотиды TG или СА. Если т мут прих на сайт узнавания рестриктазой (полиморфизм длин рестрикционных фрагментов, ПДРФ). Эти вариации генома диаллельны. Выделяют два типа т мут. Транзицией замену нуклеотида на нуклеотид того же класса /пурина на пурин и пиримидина на пиримидин Т-С, A-G /. Трансверсии замены нуклеотида одного класса на нуклеотид другого класса (пурина на пиримилин A-C, G-C, G-T, T-A). - инсерции (вставка) или делеция небольших фрагментов ДНК. - вариабельность по числу тандемных повторов. Полиморфизм относят к этому типу, если размер повторяющегося элемента находится в пределах от 10 до 100 нуклеотидов. Как правило, имеется множество аллелей, различающихся по числу копий повтора. -вариабельность по числу коротких тандемных повторов. Повтор фрагмент состоит из 2, 3, 4, 5 или 6 нуклеотидов. Это наиболее высокополиморфный тип вариаций. Наиболее часто в геноме человека встречается полиморфизм пор числу повторов (СA)n. Другое распространенное название таких повторяющихся послед ДНК- микросателлиты. - полиморфизм по наличию или отсутствию мобильных генетических элементов (таких как Alu-повторы, ретротранспозоны семейства LINE, псевдогены).

48. транскрипция и трансляция

Ген - это сложная структура, которая определяет не только структуру белка, но и весь путь от ДНК через транскрипцию- матричной РНК к трансляции белка. Мутации в различных структурных частях гена могут проявляться на стадии транскрипции или трансляции. Маккьюсик (McKusick, 1992) выделяет следующие типы мутаций: Мутации транскрипции:

мутации в области промотора;

мутации сплайсинга РНК, в том числе мутации в 5 -донор- ном сайте интрона, мутации в З'-акцепторном сайте ин- трона и мутации, приводящие к возникновению новых сайтов сплайсинга;

мутации расщепления мРНК (мутации полиаденилирова-

ния);

мутации кэп-сайта;

делеции активирующих районов или энхансеров.

Мутации трансляции:

мутации в инициирующем кодоне (ATG) или вблизи него,

мутации сдвига рамки считывания (результат делеции или инсерций);

миссенс-мутации - замены одного аминокислотного остатка в молекуле белка на другое. Миссенс-мутации тоже могут приводить к нарушению экспрессии гена, поскольку новая структура РНК или белка может оказаться нестабиль-

Ннонсенс-мутации ("стоп^мутации) - мутирование кодона в терминирующий кодон, что приводит к образованию укороченного белка; А

мутации в терминирующих кодонах (ТАА, ТАG или TGA), которые приводят к синтезу длинных (длиннее нормального) белковых продуктов.

Существуют и другие типы изменений генетического материала, приводящие к фенотипическим изменениям. Например, при транслокациях или других хромосомных перестройках структурная часть гена и его промоторная области могут оказаться разделенными, что приведет к нарушению генной экспрессии (пример - различные типы лейкемии). Недавно открыт новый необычный тип мутаций - экспансия тринуклеотид- ных повторов (значительное увеличение числа повторов у больных по сравнению нормой), ответственный за синдром фра- гильной Х-хромосомы, миотоническую дистрофию и ряд других болезней (см. главу 5).

Мутация будет передаваться по наследству только в ton/ случае, если она произошла в половых (герминальных) клетках. Мутации же в соматических клетках (соматические мутации) являются причиной спорадических (несемейных) случаев различных форм рака. Некоторые из таких мутаций возникаю- также и в половых клетках и передаются в поколениях как пред расположенность к раку (например, ретинобластома, синдрок Ли-Фромени).

В некоторых случаях мутации, летальные в половых клет ках, могут существовать в соматическом виде в части клето! организма (мозаицизм), приводя к менее тяжелым аномалиял (пример - наследственная остеодистрофия Олбрайта).

52. ДНК-диагностика моногенных болезней*

В данном разделе будут рассмотрены вопросы ДНК-диаг- ностики только моногенных наследственных болезней. ДНК- диагностика мультифакториальных заболеваний также активно разрабатывается, особенно в последние годы, но обычно она может быть эффективной лишь при тех патологических состояниях, для которых удается вычленить "главный" ген, мутации которого приводят к болезни; в этих случаях стратегия диагностики мультифакториальной патологии сходна с ДНК- исследованиями при моногенных болезнях.

Все разнообразие применяемых в настоящее время в молекулярной генетике подходов для идентификации определенных генов или определенных фрагментов ДНК и их вариаций основывается на двух основных методологических разработ-ках - технологиях блот-гибридизации и амплификации отдельных участков ДНК.

Методология блот-гибридизации используется уже более

20 лет без принципиальных модификаций. Принцип блот-гиб- ридизации ДНК по Саузерну показан на рис. 13. Анализ начинается с выделения ДНК из любой ядросодер- жащей ткани организма (из любого органа, ткани, культивируемых клеток). Обычно у обследуемого берется несколько мил-лилитров крови, а при пренатальной диагностике - амниоти- ческая жидкость или биоптат хориона. Выделенная клеточная ДНК обрабатывается одной из рестрикционных эндонуклеаз, расщепляющей ДНК в строго определенных сайтах. В результате получается характерный для данного человека набор из огромного множества фрагментов различной длины, которые при электрофоретическом фракционировании в агарозном или полиакриламидном геле располагаются в зависимости от их • молекулярного веса: чем меньше фрагмент, тем выше скорость его миграции в геле. На следующей стадии происходит сам Саузерн-блоттинг (названный по имени доктора из Эдинбурга Эдмунда Саузерна, предложившего метод, а английское blot - означает промокать): фрагмент ДНК переносится осмотическим током жидкости из влажного геля на помещенный на него нитроцеллюлозный или нейлоновый фильтр. На фильтре получается реплика ДНК-рестрикта. При переносе в щелочной среде ДНК денатурирует, то есть переводится в одноцепочечное состояние, в котором она может гибридизо- ваться с меченым ДНК-зондом на исследуемый ген или ДНК- фрагмент. В зависимости от способа мечения (радиоактивный или флуоресцентный) гибридные фрагменты, соответствующие изучаемой ДНК-последовательности, выявляются авто- радиографически или с помощью флуоресцентной метки.

Методология амплификации дает возможность оперировать с существенно меньшими количествами ДНК. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет проводить селективную амплификацию отдельных регионов ДНК посредством имитации in vitro репликации ДНК. Для реакции необходимы олигонук- леотидные праймеры, комплиментарные фланкирующим последовательностям анализируемого участка ДНК.

ДНК-цепь, комплиментарная взятой для исследования матрице (одноцепочечной исследуемой ДНК), синтезируется при участии фермента Taq-ДНК-полимеразы, начиная со свободного -3'- конца праймера. Для проведения ПЦР (рис. 14) в реакционной смеси необходимо наличие анализируемой ДНК, всех четырех дезоксинуклеотидтрифосфатов (dNTP: dATP, dTTP, dGTP, dCTP), ДНК-полимеразы, двух олигонуклеотид- ных праймеров - прямого (F-forward) и обратного (R - reverse).

Одноцепочечная ДНК-матрица легко образуется при тепловой денатурации двойной цепи ДНК. Олигонуклеотидные праймеры можно либо синтезировать в лаборатории, либо приобрести. Обычно используемые для ПЦР реакционные буферы содержат ионы Mg2+, моновалентные катионы и некоторые добавки. Добавки могут помогать стабилизировать фермент, влиять на кинетику процесса и/или температуру плавления ДНК (Тт). Большинство используемых ДНК-полимераз яв-ляются термостабильными и могут выдерживать нагревание до 95° - 97° С.

Как правило, ПЦР требует три температурных режима: 1) при 90-95° С осуществляется температурная денатурация двойной нити ДНК на две комплиментарные цепи; 2) при 50-65° С происходит отжиг праймеров (их гибридизация) на специфичных праймерам последовательностях матрицы; 3) обычно при 72° С протекает ферментативный синтез цепи ДНК, то есть праймер достраивается, начиная с 3'-конца, присоединением dNTP. Последовательные денатурация, отжиг и синтез с определенным фиксированным временем каждого этапа называется циклом. Повторение таких циклов ведет к множественной амплификации ДНК. Специфичность ПЦР обеспечивается в первую очередь праймерами, которые синтезируются химическими методами и обычно имеют длину 20-30 нуклеотидов. Подбор эффективных праймеров для ПЦР - процесс эмпирический, но соблюдение определенных требований увеличивает вероятность получения праймеров пригодных для использования:

Выбирают праймеры с содержанием GC>>50 % и случайным распределением оснований. Следует избегать прай-> меров с протяженными полипуриновыми или полипиримиди- новыми последовательностями.

Избегают последовательностей с устойчивой вторичной структурой.

Проверяют затравки на комплиментарность друг другу. Праймеры? отжигающиеся друг с другом, не смогут участвовать в амплификации (Анализ генома, 1990).

Праймеры ориентированы таким образом, чтобы синтез протекал только между ними (см. рис. 14), удваивая количество копий этого участка ДНК. Поскольку праймеры физически включаются в концы продуктов амплификации, они детерминируют сам продукт реакции - фрагмент ДНК, равный по длине расстоянию между 5'-концами праймеров на исследуемом участке ДНК. В результате циклического повторения стадий ПЦР происходит экспоненциальное увеличение количества специфического фрагмента по формуле: (2П- 2п), где п - количество прошедших циклов амплификации.

Для постановки ПЦР используют специальные приборы - ДНК-амплификаторы или термоциклеры, позволяющие программировать и поддерживать необходимый температурный цикл, обеспечивающий оптимальное прохождение каждой стадии реакции.

ПЦР позволяет в течение нескольких часов выделить и размножить определенный фрагмент ДНК в количестве, превышающем исходное примерно в 109 раз. Такая высокая степень направленного обогащения значительно упрощает работу с минимальными количествами ДНК-образцов. Реакция высоко специфична и очень чувствительна, позволяет исследовать даже единичную копию гена в исходном материале.

Для идентификации мутаций разработаны подходы, приведенные в таблице 12. Говоря о подходах к ДНК-диагностике наследственных болезней, прежде всего, различают прямую и непрямую молекулярную диагностику генных болезней.

В случае прямой диагностики объектом исследования являются мутации определенного гена, идентификация которых - главная задача анализа. Данный вариант диагностики наиболее точен, но для его осуществления необходима информация о локализации, природе и частоте наиболее частых (ма-жорных) мутаций гена или данные о наличии в гене "горячих точек" или районов преимущественного мутирования. К преимуществам прямых методов, кроме практически стопроцентной точности диагностики у обследуемого, относится отсутствие необходимости обследования других родственников пробанда.

Прямая диагностика эффективно применяется пока только для сравнительно небольшого числа наиболее распространенных наследственных заболеваний, в том числе: муковис- цидоз, недостаточность а1-антитрипсина, фенилкетонурия, миодистрофия Дюшенна, гемофилии А и В, недостаточность 21-гидроксилазы, талассемии, нейрофиброматоз, синдром ломкой Х-хромосомы и некоторые другие, молекулярная природа которых уже хорошо изучена.

53.детекция престроек ДНК на примере Дюшенна.

Гибридизационную детекцию крупных ДНК-перестроек (де- леций или дупликаций) продемонстрируем на примере мышечной дистрофии Дюшенна – МДД(Наследственное нервно-мышечное заболевание, характеризующееся прогрессирующими дегенеративными изменениями в поперечнополосатой мускулатуре.

Молекулярный механизм патогенеза. Нарушение синтеза дистрофина – белка, отвечающего за целостность мембраны в сарколемме. Структурные изменения сарколеммы. Дегенерация цитоплазматических компонентов. Гибель миофибрилл

Клиника. Миодистрфия Дюшенна (МД). Прогрессирующая атрофия мышечных волокон, в том числе кардиомиопатия. Первичные проявления до 2-х лет. Выраженная картина к 2-3 летнему возрасту. Летальный исход на 2-3 десятилетии жизни

Миодистрофия Беккера (МБ). Доброкачественная форма МД с более мягкими симптомами. Начало болезни в 10-15 лет. Работоспособность в возрасте 20-30 лет. Фертильность. Нет кардиомиопатий.

Наследование. Х-сцепленное рецессивное

Частота. МД ~ 1:3000 (новорожденные м.). МБ ~ 1:20000

Молекулярная генетика. Структурные нарушения гена дистрофина. (2 млн п.н., >60 экзонов).

Наиболее частые мутации – средние и крупные делеции, приводящие к полному прекращению синтеза белка (МД) или небольшие делеции и точечные мутации, снижающие уровень синтеза белка, либо синтез аномального дистрофина (МБ).

До 30% мутаций – de novo.) (рис. 15). Кодирующая часть гена дистрофина (кДНК) длиной 14 Кб, условно подразделенная, начиная с 5'-конца гена, на субфрагменты размером 1 Кб, была получена в виде 9 отдельных клонов: 1-2, 3, 4-5Ь, 6а- 7, 8, 9-10, 11аИ2Ь, 13и 14 (Koenig М. eta/., 1987) (рис. 15А). Каждый из клонов может быть использован в качестве зонда для ДНК-исследований. В приводимом примере в Hind lll-рест- рицированной ДНК больного блот-гибридизацией с зондом кДНК 8 выявлено отсутствие отдельных фрагментов, соответствующих центральной области гена (рис. 15 Б, В).

Подобные крупные мутации генов стало возможно легче и быстрее определять, с развитием описанной выше ПЦР-тех- нологии, причем в случае мультиплексной (мультилокусной) ПЦР в одной пробирке можно провести тестирование сразу нескольких разных ДНК-локусов. На рис. 16 показаны некоторые осуществленные нами случаи детекции делеций крупных регионов (экзонов) гена дистрофина у больных МДД методом мультиплексной амплификации с набором специфических праймеров, фланкирующих отдельные области гена. Наличие делеций устанавливается по отсутствию соответствующих продуктов амплификации при электрофоретическом анализе ам- плификатов. В приведенном примере можно видеть у больных №2 и №6 отсутствие фрагмента ДНК, соответствующего экзо- ну 45; у больного №3 - нет экзона 44; в образце ДНК больного №4 выявляется более протяженная делеция, захватывающая экзоны с 8 по 19; в случае №5 обнаружен дефект экзона 48.

Определяя точно размер анализируемого фрагмента ДНК, можно анализировать и небольшие мутации гена. Рассмотрим на примере ПЦР-диагностики самой частой мутации при му- ковисцидозе (D F-508) - делеции трех пар нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту (фенилаланин) в 508-положении белкового продукта гена муковисцидоза (рис. 17). На рис. 18 приведены результаты обследования семьи, в которой один из сыновей - больной муковисцидозом. Молекулярно-генети- ческий анализ показал наличие у больного (№2 - отмечен стрелкой) вместо нормального фрагмента ДНК длиной 91 параоснований укороченного фрагмента длиной 88 п.н. Носителями такого же укороченного фрагмента гена являются родители пробанда (№1 и 4), Важно и то, что носителем патологического гена является и здоровый брат пробанда. Ему (его будущей семье) рекомендовано в последующем (при вступлении в брак) медико-генетическое консультирование для прогноза потомства. Поскольку носителем мутаций гена муковис- цидоза в европейских популяциях является один из 20-25 человек, высока вероятность появления у него больного ребенка.

54. детекция точечных мутаций.

Прямая детекция мутаций возможна и для нуклеотидных мутаций ДНК, изменяющих сайты узнавания соответствующих рестриктаз. Пример приведен на рис. 19. При серповиднокле- точной анемии, вследствие мутационной замены в 6 кодоне гена [з-гемоглобина аденина (А) на тимин (Т), нормальная нук- леотидная последовательность, узнаваемая ферментом Mst II (CCTNTGG), изменена на последовательность, уже не распознаваемую данным ферментом (CCTNAGG). В норме (ра) рестрикцией и гибридизацией с ДНК-зондом в данном регионе гена выявляется фрагмент длиной 1.15 Кб, тогда как при описанной мутации Саузерн-блотом определяется фрагмент (р5) размером 1.35 Кб. Таким образом, при блот-гибридизации могут быть четко дифференцированы нормальные гомозиготные индивиды (АА), гетерозиготы (AS) и гомозиготы по серпо- видноклеточной мутации (SS); при этом каждый из трех генотипов может быть точно определен.

Следующий подход к ДНК-диагностике - аллель-специфическая амплификация (или в другом варианте - гибридизация) нормальной и мутантной^ДНК-последовательности проиллюстрируем на исследовании одной из основных мутаций в гене фенилаланингидроксилазы (R408W: однонуклеотидная мутация приводит к замене в белковом продукте кодируемой аминокислоты), приводящей к фенилкетонурии (Dvorakova D. et al1993). Для исследования используются два ДНК-праймера} фланкирующих исследуемый 12-ый экзон гена (праймеры А и В), а также олигонуклеотидные праймеры, комплиментарные нормальной (праймер S) и мутантной последовательности (прай- мер М) в локусе 408 (рис. 20).

55. методы анализа конформационного полиморфизма одноцеп.ДНК и гетеродуплексного анализаэ

Очень большая часть ДНК-дефектов в генах связаны с точечными мутациями: нуклеотидными заменами, делециями, дупликациями. Например, точечные мутации лежат в основе 95% нарушений гена фактора свертываемости VIII (гемофилия А) (Berg et а/., 1992), подавляющее большинство известных к настоящему времени более чем 60G мутаций (Estivill, 1996) в гене CFTR (ген трансмембранного белка муковисцидоза) - это также точечные (нуклеотидные) мутации. При том, что эти мутации в каждом конкретном случае при многих заболеваниях могут затрагивать разнообразные регионы гена, понятно, что столь мелкие изменения ДНК не так легко определить. Поэтому выбираемый подход анализа зависит, в первую очередь, от целей исследования {Rolf et al., 1992): а) определение известных нуклеотидных мутаций в определенном фрагменте гена 6) проведение скрининга отдельных участков гена на наличие точковых мутаций; в) необходимость точного определения мутаций в анализируемом фрагменте;д) определение всех присутствующих мутаций и т.д. Разрабатывается много различных экспериментальных процедур подобных исследований. Спектр их постоянно пополняется. Из очень перспективных и довольно результативных (эффективных) опишем здесь основы поиска единичных нуклеотидных мутаций в генах или ДНК-фрагментах через изучение конформационного полиморфизма одноцепочечных фрагментов ДНК и гетеродуп- лексный анализ.

Метод анализа конформационного полиморфизма одноце- почечной ДНК (single strand conformation polymorphism) - SSCP- анализа - основывается на различной подвижности однони- тиевых ДНК-структур в неденатурирующем полиакриламидном геле, зависящей от их первичной нуклеотидной последовательности. Анализируемый фрагмент (рис. 21) амплифицируется в ходе ПЦР. Затем продукт реакции подвергается термической денатурации (при +95°С) в присутствии формамида и быстрому охлаждению, препятствующему реассоциации нитей ДНК. Далее проводится электрофорез в полиакриламидном геле и подвижность исследуемого ПЦР-продукта сравнивается с подвижностью аналогичных нормальных вариантов денатурированной ДНК (или с подвижностью ДНК-вариантов с известной нуклеотидной последовательностью). Наличие внутри исследуемой цепи ДНК одной точечной мутации уже приводит и изменению электрофоретических характеристик вследствие изменения вторичной структуры фрагмента ДНК в геле. Фрагменты одной длины, но разные по последовательности, имеют разные скорости миграции в ходе электрофореза. Таким образом, в SSCP-анализе, детекция мутантной последовательности основана на различиях миграции в геле вследствие изменения конформации ДНК.

Гетеродуплексный анализ фрагментов ДНК также позволяет выявлять мелкие (нуклеотидные) мутации в последовательностях ДНК.

При данном подходе анализируемый фрагмент гена амплифицируется в реакции ПЦР, а затем создаются условия для образования гетеродуплексов между различными аллелями, имеющими единичные расхождения в последовательности нуклеотидов. Для этого амплификаты денатурируют при +95°С, а затем медленно охлаждают. При этом происходит реассоциация молекул ДНК, в том числе двойные цепи ДНК образуются не только между идентичными однонитиевыми фрагментами, но и не полностью комплиментарными ДНК-последовательностями. Так, при наличии в смеси ПЦР-продуктов разных аллелей гетеродуплек- сы формируются между диким типом (нормальным вариантом) и мутантной ДНК. Гетеродуплексные молекулы, вследствие нарушения их вторичной конфигурации, имеют, обычно, меньшую подвижность в гидролизующем полиакриламидном геле (ПААГ), чем соответствующие гомодуплексы, и выявляются по изменению расположения ДНК-фрагментов в геле {Prior et а/., 1993). Основные этапы гетеродуплексного анализа показаны на рисунке 22. Среди преимуществ гетеродуплексного анализа следует выделить его высокую чувствительность в определении замен одного основания, возможность быстрого обследования (скринирования) на наличие потенциальных мутаций в различных областях исследуемых генов.

Конечно, в идеальном варианте все подходы к выявлению аномального поведения при электрофорезе, связанные с изменением в нуклеотидных последовательностях (кроме описанных используют еще анализ фрагментов в денатурирующих гелях и др.), должны завершаться секвенированием гена или его фрагментов для точного описания мутаций. Описанные методы не исчерпывают всех подходов к прямой диагностике наследственных болезней. В определенных ситуациях, если известно, что заболевание связано с малым количеством потенциальных мутаций, возможна интенсификация молекулярного анализа. Например, для скрининга на ограниченный в ряде популяций круг мутаций при муковисци- дозе применяют обратную дот-блот-гибридизацию: в реакции гибридизации тестируются меченые амплифицированные фрагменты ДНК с иммобилизованными олигонуклеотидами, соответствующими нормальному и мутантному аллелю.

56. Картирование функц, кандидат, позицион.

Очень большая часть ДНК-дефектов в генах связаны с точечными мутациями: нуклеотидными заменами, делециями, дупликациями. Например, точечные мутации лежат в основе 95% нарушений гена фактора свертываемости VIII (гемофилия А) (Berg et а/., 1992), подавляющее большинство известных к настоящему времени более чем 60G мутаций (Estivill, 1996) в гене CFTR (ген трансмембранного белка муковисцидоза) - это также точечные (нуклеотидные) мутации. При том, что эти мутации в каждом конкретном случае при многих заболеваниях могут затрагивать разнообразные регионы гена, понятно, что столь мелкие изменения ДНК не так легко определить. Поэтому выбираемый подход анализа зависит, в первую очередь, от целей исследования {Rolf et al., 1992): а) определение известных нуклеотидных мутаций в определенном фрагменте гена (как ранее бы>ю проиллюстрировано на рис. 17 и

рис, 18); 6) проведение скрининга отдельных участков гена на наличие точковых мутаций; в) необходимость точного определения мутаций в анализируемом фрагменте; д) определение всех присутствующих мутаций и т.д. Разрабатывается много различных экспериментальных процедур подобных исследований. Спектр их постоянно пополняется. Из очень перспективных и довольно результативных (эффективных) опишем здесь основы поиска единичных нуклеотидных мутаций в генах или ДНК-фрагментах через изучение конформационного полиморфизма одноцепочечных фрагментов ДНК и гетеродуп- лексный анализ.

Метод анализа конформационного полиморфизма одноце- почечной ДНК (single strand conformation polymorphism) - SSCP- анализа - основывается на различной подвижности однони- тиевых ДНК-структур в неденатурирующем полиакриламидном геле, зависящей от их первичной нуклеотидной последовательности. Анализируемый фрагмент (рис. 21) амплифицируется в ходе ПЦР. Затем продукт реакции подвергается термической денатурации (при +95°С) в присутствии формамида и быстрому охлаждению, препятствующему реассоциации нитей ДНК. Далее проводится электрофорез в полиакриламидном геле и подвижность исследуемого ПЦР-продукта сравнивается с подвижностью аналогичных нормальных вариантов денатурированной ДНК (или с подвижностью ДНК-вариантов с известной нуклеотидной последовательностью). Наличие внутри исследуемой цепи ДНК одной точечной мутации уже приводит и изменению электрофоретических характеристик вследствие изменения вторичной структуры фрагмента ДНК в геле. Фрагменты одной длины, но разные по последовательности, имеют разные скорости миграции в ходе электрофореза. Таким образом, в SSCP-анализе, детекция мутантной последовательности основана на различиях миграции в геле вследствие изменения конформации ДНК.

Гетеродуплексный анализ фрагментов ДНК также позволяет выявлять мелкие (нуклеотидные) мутации в последовательностях ДНК.

При данном подходе анализируемый фрагмент гена амплифицируется в реакции ПЦР, а затем создаются условия для образования гетеродуплексов между различными аллелями, имеющими единичные расхождения в последовательности нуклеотидов. Для этого амплификаты денатурируют при +95°С, а затем медленно охлаждают. При этом происходит реассоциация молекул ДНК, в том числе двойные цепи ДНК образуются не только между идентичными однонитиевыми фрагментами, но и не полностью комплиментарными ДНК-последовательностями. Так, при наличии в смеси ПЦР-продуктов разных аллелей гетеродуплек- сы формируются между диким типом (нормальным вариантом) и мутантной ДНК. Гетеродуплексные молекулы, вследствие нарушения их вторичной конфигурации, имеют, обычно, меньшую подвижность в гидролизующем полиакриламидном геле (ПААГ), чем соответствующие гомодуплексы, и выявляются по изменению расположения ДНК-фрагментов в геле {Prior et а/., 1993). Основные этапы гетеродуплексного анализа показаны на рисунке 22. Среди преимуществ гетеродуплексного анализа следует выделить его высокую чувствительность в определении замен одного основания, возможность быстрого обследования (скринирования) на наличие потенциальных мутаций в различных областях исследуемых генов.

Конечно, в идеальном варианте все подходы к выявлению аномального поведения при электрофорезе, связанные с изменением в нуклеотидных последовательностях (кроме описанных используют еще анализ фрагментов в денатурирующих гелях и др.), должны завершаться секвенированием гена или его фрагментов для точного описания мутаций. Описанные методы не исчерпывают всех подходов к прямой диагностике наследственных болезней. В определенных ситуациях, если известно, что заболевание связано с малым количеством потенциальных мутаций, возможна интенсификация молекулярного анализа. Например, для скрининга на ограниченный в ряде популяций круг мутаций при муковисци- дозе применяют обратную дот-блот-гибридизацию: в реакции гибридизации тестируются меченые амплифицированные фрагменты ДНК с иммобилизованными олигонуклеотидами, соответствующими нормальному и мутантному аллелю.

57. генетика МФЗ. Полигены, среда.

Eсть большая и нозологически разнообразная группа болезней, развитие которых определяется взаимодействием определённых наследственных факторов (мутаций или сочетаний аллелей) и факторов среды. Эту группу болезней называют болезнями с наследственной предрасполо-женностью. индивидуальные комбинации аллелей невероятно многообразны.Они обеспечивают генетическую уникальность каждого человека, которая выражается не только в способностях, физи-

ческих отличиях, но и в реакциях организма на патогенные факторы окружающей среды. Болезни с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов среды. Наследственная предрасположенность к болезни может иметь полигенную или моногенную основу. Моногенная наследственная предрасположенность определяется одним геном, т.е. связана с патологической мутацией данного гена, но для патологического прояв-ления мутации требуется обязательное действие внешнесредового фактора (как правило, не одного, а нескольких), который обычно точно идентифицируется и по отношению к данной болезни может рассматриваться как специфический.

Полигенная наследственная предрасположенность определяется сочетанием аллелей нескольких генов. Каждый аллель в отдельности скорее нормальный, чем патологический. Предрасполагает к болезням определённая их комбинация. Идентификация этих генов и их аллелей весьма затруднена. Свой патологический потенциал они проявляют вместе с комплексом нескольких внешнесредовых факторов. Это мультифакториальные болезни. Соотносительная роль

генетических и средовых факторов различна не только для данной болезни, но и для каждого больного. Болезни с наследственной предрасположенностью с определённой долей условности можно подразделить на следующие основные группы: 1) врождённые пороки развития; 2) распространённые психические и нервные болезни; 3) распространённые болезни среднего возраста.

58.проблемы генетич.картирования МФЗ

К фенотипам, которые не проявляют моногенного доминантного или рецессивного типов наследования, применяют термин "комплексные" или "сложнонаследуемые" признаки (т.е. термин "сложнонаследуемый признак" является более общим по отношению к термину "мультифакториальный признак"). В чем же заключается сложность этих состояний? В общем, осложнения возникают всегда, когда нарушается простое соответствие между генотипом и фенотипом: либо один и тот же

генотип в результате средовых влияний или взаимодействия с другими генами дает разные фенотипы, либо различные генотипы проявляются одинаковым фенотипом.

В числе основных проблем, затрудняющих генетическое картирование сложнонаследуемых признаков и мультифакто- риальных заболеваний (МФЗ) (этот список далеко не полный) можно выделить следующие (Weissman, 1995; Ландер, 1990; Lander и Schork, 1994)\

Генетические взаимодействия (полигения). Клинический фенотип может быть результатом действия нескольких (многих) генетических локусов. Вклад каждого индивидуального гена в общую картину формирования признака может быть очень небольшим. Полигенные признаки можно подразделить на дискретные, характеризующиеся наличием или отсутствием определенного состояния (например, развития сахарного диабета или инфаркта миокарда), и количественные, которые описываются непрерывным рядом изменчивости (например, уровень липидов плазмы, давление крови или концентрация глюкозы) и определяются совокупным аддитивным эффектом многих индивидуальных генетических локусов (QTL - локус количественного признака). В свою очередь, дискретные полигенные признаки могут быть результатом "порогового эффекта" лежащего в их основе количественного признака, либо результатом одновременного и совокупного действия мутаций нескольких локусов. Примеры первого варианта - инсулин-зависимый сахарный диабет (ИЗСД), гипертония; второго - одна из форм пигментного ретинита, требующая наличия мутаций в двух локусах, кодирующих белки сетчатки (Kajiwara etal., 1994).

Генетическая гетерогенность. Одна и та же фенотипи- ческая картина может иметь причину в мутациях различных генетических локусов - например, мутация, нарушающая функцию любого из генов, контролирующих определенную метаболическую цепочку, приведет к отсутствию или уменьшению концентрации конечного продукта этой цепочки. Генетическая гетерогенность - явление характерное практически для любого наследственного заболевания человека, в том числе для МФЗ. Последствия генетической гетерогенности с точки зрения картирования заключаются в том, что болезнь может ко- сегрегировать с определенным генетическим маркером в одной родословной и совершенно с другим - в другой. От собственно генетической гетерогенности (гетерогенности локусов) следует отличать аллельную гетерогенность, когда различные мутации одного локуса затрагивают одну и ту же функцию, но в разной степени и с разными клиническими послед-ствиями. Аллельная гетерогенность, в отличие от локусной, не является затруднением для генетического картирования.

Неполная пенетрантность, вследствие чего не все носители мутантного генотипа проявляют фенотип, отличный от нормы. Мутантный ген может проявиться клиническим фенотипом лишь с определенной, отличной от единицы, вероятностью. Эта вероятность может определяться как генетическим окружением ("фоном"), так и негенетическими причинами - полом, возрастом, средовыми влияниями. Тем самым, с определенной вероятностью, мутантный аллель может присутствовать у здоровых людей, а нормальный аллель - у больных.

Наличие фенокопий. Носители нормального генотипа могут проявлять мутантный фенотип по причинам негенетического характера.

Неменделевские механизмы передачи генетической информации. В последние годы стало очевидно, что наследование по Менделю - лишь один из вариантов механизма передачи генетической информации. Сейчас описано множество болезней, в основе которых лежит митохондриальное наследование, экспансия тринуклеотидных повторов, явление геномного импринтинга.

Высокая частота в популяции аллеля, связанного с болезнью. Нежелательные последствия высокой частоты аллеля для картирования заключаются в том, что в родословной может присутствовать несколько копий одного и того же аллеля, но разного происхождения. Например, попытки картировать генетический локус болезни Альцгеймера методом анализа сцепления в родословных долгое время были неудачными. Причина этого стала очевидной, когда выяснилось, что основным генетическим фактором болезни является аллель Е4 гена аполипопротеина Е, который в европеоидных популяциях встречается с довольно высокой частотой (15-20%) Редкость заболевания (очень низкая частота аллеля, связанного с болезнью). При отсутствии родословных с несколькими больными индивидами болезнь просто невозможно изучать методами генетического анализа.

Кроме этих общих проблем генетического картирования сложно наследуемых признаков существуют и более специфические, связанные с методами набора материала и картирования. Скажем, для генетического анализа очень важна правильная постановка диагноза. Ошибки в клинической диагностике, особенно характерные для случаев, когда диагностика основывается на критериях, далеких от физиологических основ болезни (например, при психических заболеваниях), могут привести как к ложно-позитивной, так и ложно-негативной

Высокая частота в популяции аллеля, связанного с болезнью. Нежелательные последствия высокой частоты аллеля для картирования заключаются в том, что в родословной может присутствовать несколько копий одного и того же аллеля, но разного происхождения. Например, попытки картировать генетический локус болезни Альцгеймера методом анализа сцепления в родословных долгое время были неудачными. Причина этого стала очевидной, когда выяснилось, что основным генетическим фактором болезни является аллель Е4 гена аполипопротеина Е, который в европеоидных популяциях встречается с довольно высокой частотой (15-20%) Редкость заболевания (очень низкая частота аллеля, связанного с болезнью). При отсутствии родословных с несколькими больными индивидами болезнь просто невозможно изучать методами генетического анализа.

Кроме этих общих проблем генетического картирования сложно наследуемых признаков существуют и более специфические, связанные с методами набора материала и картирования. Скажем, для генетического анализа очень важна правильная постановка диагноза. Ошибки в клинической диагностике, особенно характерные для случаев, когда диагностика основывается на критериях, далеких от физиологических основ болезни (например, при психических заболеваниях), могут привести как к ложно-позитивной, так и ложно-негативной

классификации индивидов, что одинаково отрицательно сказывается на перспективе картирования. Даже в тех случаях, когда найдены значимые корреляции между признаком и генетическим маркером, дальнейший анализ может быть затруднен чисто физическими причинами. Например, "подозреваемый" регион генома может оказаться слишком большим, а значит, недоступным современным методам физического картирования. Такая ситуация сложилась сейчас с несколькими локусами ИЗСД - их место на генетической карте определено, однако эффективное физическое картирование пока невозможно (Todd, 1995).

Затруднения иного рода возникают, если кандидатный ген оказывается сцепленным с другим кандидатным геном. Эта ситуация характерна для генетического картирования многих аутоиммунных заболеваний, основные генетические локусы которых расположены в районе главного комплекса гистосов- местимости. Здесь, на участке размером всего 3 Мб, расположены гены 10 семейств, функционирующих в иммунном процессе (Wei et ai, 1993), и разобраться в этом комплексе сцепленных локусов крайне сложно.

59. подходы к картированию МФЗ (методIBD,анализ ассоциации)

Современные методы картирования сложнонаследуемых признаков и МФЗ включают 4 категории: анализ сцепления, основанный на проверке конкретной модели наследования болезни в родословных; метод идентичных по происхождению (общих) аллелей, который заключается в оценке того, насколько часто больные родственники наследуют идентичный участок генома; исследования ассоциаций в популяциях и семьях и генетический анализ скрещиваний модельных организмов. Метод идентичных по происхождению

аллелей (IBD)

Классический анализ сцепления является параметрическим методом, т.е. основывается на заранее задаваемых характеристиках, таких как способ наследования и уровень пенетран- тности. Неверно заданные параметры могут привести, соответственно, и к неверным выводам. Скажем, неверно заданный тип наследования приводит обычно к переоценке реком- бинантной фракции (Ott, 1991; Terwilliger and Ott, 1994). При IBD-анапизе информацию о сцеплении получают только на основе наследования маркеров в парах больных родственников без априорных предположений о типе наследования и других характеристиках. Такой непараметрический подход менее строг и, вероятно, более продуктивен: больные родственники должны показывать избыток общих аллелей даже при неполной пенетрантности, наличии фенокопий, генетической гетерогенности и высокой частоте аллеля болезни.

Метод общих аллелей заключается в оценке того, насколько чаще по сравнению со случайной сегрегацией пара больных родственников наследует одну и ту же (идентичную по происхождению, IBD - identical by descent) копию участка генома (рис. 10). Скажем, в парах дед-внук, дядя-племянник или в случае полусибсов эти пары родственников могут иметь 0 или 1 общий по происхождению аллель по каждому локусу. Вероятность иметь общий аллель (или IBD-статистика, ttR) при случайной менделевской сегрегации равна 1/2. Если же маркерный локус сцеплен с болезнью, пары больных родственни-ков должны иметь общий аллель чаще, чем в половине случаев. Значимость отличий при этом может быть оценена простым хи-квадрат тестом. Для количественного признака степень фенотипического сходства в парах родственников должна коррелировать с долей аллелей, идентичных по происхождению. Анализ общих по происхождению аллелей возможен для любых пар близких родственников, однако на практике чаще всего используют пары больных сибсов. IBD-анализ в сибсовых парах получил название ASP-метода (от affected sib- pairs). С помощью метода идентичных аллелей был картирован „один из локусов диабета типа 1 на длинном плече хромосомы 11 (Dawes etal., 1994), показано сцепление гипертензии с геном ангиотензина (Jeunemaitre et al., 1992, ревматоидного артрита - с локусом HLA (Hasstedt etal1994), поздней формы болезни Альцгеймера - с локусом на хромосоме 19 (Pericak- Vance et al., 1991), а гомосексуальной ориентации - с регионом Xq28 (Hamer etal., 1993). С появлением подробной генетической карты стало возможным использовать IBD-метод для сканирования всего генома. Такое сканирование было прове-дено пока лишь считанное число раз (Berrettini, 1994). Однако, это положение в ближайшем будущем явно изменится.

В теории метод IBD довольно прост. Однако, на практике ситуация выглядит несколько сложнее. Главным ограничением метода общих аллелей до недавнего времени была невозможность в некоторых случаях отличить аллели, идентичные по происхождению, от аллелей, идентичных по состоянию (IBS - identical by state). Другими словами, невозможно было определить, имеют ли два одинаковых аллеля общее происхождения, или мы имеем дело с двумя копиями аллеля разного происхождения.

Для преодоления этой трудности предлагались различные методы. Простейший заключается в том, чтобы ограничиться только теми парами родственников, для которых IBD-статус можно определить однозначно. Предлагалось также использовать ожидаемое значение IBD-статистики, рассчитываемое на основе данных по маркерам, IBD-статус которых определяется однозначно. Другой подход основан на использовании IBS-статистики вместо IBD (Weeks and Lange, 1988; Brown et al., 1994). Оба подхода на практике дают иногда хорошие результаты, однако их существенный недостаток в том, что они не используют всю имеющуюся информацию о наследовании маркеров, а, следовательно, теряют в продуктивности и мощности (Bishop and Williamson, 1990). Недавно предложен алгоритм, позволяющий извлечь всю возможную информацию из данного набора родословных (Kruglyak et al., 1995; Kruglyak and Lander, 1995). При этом для каждой точки генома на основе данных по маркерам и рекомбинантной фракции рассчитывается вероятность быть идентичной по происхождению в данной паре родственников. Этот алгоритм реализован в программном пакете MAPMARKER/SIBS (Kruglyak and Lander, 1995).

Хорошей иллюстрацией достоинств IBD-метода является работа Hugot и др. (1996) - один из первых примеров применения мультилокусного ASP-анализа сложнонаследуемого признака для сканирования всего генома. Им удалось картировать один из генов болезни Крона (регионального энтерита, MIM 266600) на хромосоме 16 между маркерами D16S409 и D16S419. Авторы использовали две независимые панели семей (всего 78 сибсовых пар) и 270 высокополиморфных маркеров, распределенных по всему геному. Первоначальный параметрический анализ сцепления не позволил картировать ген. Максимальный лод-балл (2.04 для локуса D16S409) был значительно ниже, чем предсказанный на основе аутосомно-ре- цессивной модели. ASP-анализ на этом же наборе родословных и маркеров позволил картировать предполагаемый генболезни Крона на хромосоме 16 на уровне значимости р<0.01 для обоих независимых панелей семей, несмотря на относительно небольшое увеличение относительного риска, связанное с этим локусом.

Интервал, в котором картирован ген болезни Крона, имеет размер около 4 Мб - он слишком велик для эффективного физического картирования. Современные технологии клонирования позволяют идентифицировать ген, если район его предполагаемой локализации ограничен 1 сМ, что приблизительно соответствует 1 Мб. Какова же "разрешающая способность" метода общих аллелей? Kruglyak and Lander (1995) оценили мощность IBD-метода для высокоразрешающего позиционного клонирования, сопоставив долю IBD-аллелей с уровнем относительного риска. Признак с очень высокой долей общих аллелей (ZL) в сибсовых парах соответствует простому менделевскому (например, при Zu=0.975, =40). Для картирования признака с ZL=0.975 с уровнем разрешения в 1 сМ с 95% вероятностью достаточно 170 мейозов (43 сибсовых пары). Картирование признаков с xs от 6 до 40 с таким же разрешением потребует примерно вдвое большую выборку семей. При дальнейшем уменьшении относительного риска и, следовательно, доли общих аллелей, требования к размеру выборки резко возрастают.

Ассоциации в популяциях и семьях

Исследования ассоциаций, в отличие от двух предыдущих методов генетического картирования, основаны не на анализе косегрегации генетического материала в семьях, а на поиске популяционных корреляций в частотах аллелей. В классическом случае они представляют собой сравнение больных индивидов со здоровыми из той же популяции. Генетический маркер (аллель данного гена) считается ассоциированным с болезнью, если его частота среди больных значимо выше, чем в контрольной выборке.

Исторически исследования ассоциаций сыграли решающую ^оль в выявлении генетической компоненты аутоиммунных и сердечно-сосудистых заболеваний. Анализ популяционных ассоциаций показал вовлеченность комплекса HLA в этиологию таких связанных с иммунными нарушениями состояний как диабет типа 1, множественный склероз, ревматоидный артрит, системная волчанка и позволил выявить роль наследственной вариабельности генов метаболизма липидов (аполипоро- теина В, рецептора липопротеинов низкой плотности, кластера генов аполипопротинов А1-СЗ-А4 и др.) в этиопатогенезе атеросклероза и нарушений липидного обмена (Breslow, 1988.;

Степанов и др., 1992; 1995). Из недавних примеров ассоциаций можно назвать исследования, показавшие ключевую роль гена АРОЕ в болезни Альцгеймера (Corder, 1993), и участие ангиотензин-конвертирующего фермента в этиопатогенезе инфаркта миокарда (Cambien et al., 1992). Применительно к моногенным признакам ассоциации успешно использовались для дальнейшего уточнения локализации гена, первоначально обнаруженного методами анализа сцепления. Такой подход применялся при картировании муковисцидоза, хореи Гентингтона, болезни Вилсона и др. (Jorde et al., 1994).

В основе ассоциации генетического маркера с болезнью могут лежать три причины. Во-первых, наличие ассоциации может свидетельствовать о том, что ассоциированный локус и есть ген или один из генов болезни. В этом случае следует ожидать, что положительная ассоциация будет иметь место во всех популяциях. Во-вторых, причиной ассоциации может быть неравновесие по сцеплению между маркерным локусом и локусом болезни. Это возможно в том случае, когда ассоциированный аллель находился на предковой хромосоме, а сам локус расположен достаточно близко к локусу болезни, чтобы эта корреляция не была нарушена рекомбинацией за время существования популяции. И, наконец, ассоциация может быть артефактом, возникшим вследствие подразделенности популяции.

Для целей генетического картирования важно отделить два первых случая от третьего. Этого можно добиться, исследуя ассоциации в гомогенных изолированных популяциях, используя внутрисемейный контроль или проводя тест на неравновесие при передаче - от гетерозиготных родителей к больным детям ассоциированный аллель должен передаваться чаще, чем неассоциированный (Julier et al.,1991).

Наиболее перспективны для идентификации генов комплексных состояний исследования ассоциаций на семейном материале (Thomson, 1995; Falk and Rubinstein, 1987). При этом контрольную популяцию аллелей составляют аллели здоровых родителей, которые не передаются больным детям. Этот подход называется AFBAC-методом (от английского Affected Family-Based Control) (рис. 11). В первой родословной родители имеют генотипы АВ и CD, а больной ребенок - генотип АС. Следовательно, аллели В и D, не передавшиеся потомку, составят контрольную популяцию. Для второй родословной в контрольную группу войдет аллель D. Если имеется большая выборка подобных родословных, можно сравнить частоты аллелей А, В, С и D у больных и в контрольной группе и выявить возможные ассоциации. Поскольку используются ядерные семьи, родительские аллели, несцепленные с геном или генами болезни, будут всегда сегрегировать независимо от аллелей гена предрасположенности к болезни. Тем самым, устраняются эффекты, связанные с подразделенностью популяции, и выявляются ассоциации только для маркеров, физически сцепленных с локусом болезни.

Исследования ассоциаций на ядерных семьях позволили подтвердить роль гена инсулина при сахарном диабете типа 1, для которого ранее были показаны ассоциации на популя- ционном уровне (Thomson etal., 1989), и помогли выявить маркеры, сцепленные с полипозом толстой кишки (Hastbacka et al., 1994). В принципе, AFBAC-метод вполне приемлем и для полного геномного скрининга, однако примеры таких исследований нам пока не известны.

Еще одной потенциально мощной стратегией генетического картирования является поиск ассоциаций в изолированных популяциях с небольшим числом основателей. Этот подход называется картированием с помощью неравновесия по сцеплению. Лежащая в его основе идея проста: чем более высокая степень генетической изоляции характерна для такой популяции, тем больше доля больных, унаследовавших ген болезни от общего предка, и, соответственно, тем больше вероятность, что причиной ассоциации является физическое сцепление маркера с геном болезни. Ассоциацию в изолированной популяции можно интерпретировать и с точки зрения метода общих аллелей. Все члены изолированной популяции являются, в определенной степени, дальними родственниками. Сравнивая частоту аллелей у больных и в контрольной группе, мы, тем самым, оцениваем долю общих аллелей у дальних родственников, используя не только мейозы в данном поколении, но и все мейозы в истории популяции. Сейчас в работах по картированию наиболее активно используется в качестве генетического изолята финская популяция. Стратегия картирования по неравновесию недавно была успешно применена для поиска гена диастрофической дисплазии (DTD) - моногеного менделевского заболевания. Традиционные методы анализа сцепления позволили локализовать ген DTD в районе размером 2 Мб, а затем анализ неравновесия по сцеплению в финской популяции сузил этот регион до 40 Кб, что позволило клонировать ген (Hastbacka etal., 1994). Подобная технология применима и для сложнонаследуемых состояний, хотя доля больных, имеющих общего предка, в этом случае должна быть меньше. Сейчас на финской популяции ведется картирование по неравновесию локусов подверженности к системной волчанке и некоторым другим заболеваниям (Krahe et al., 1996).

60.Рутинная и дифференциальная окр. Хромосом.

Дифференциальная окраска хромосом

Существуют различные методы окрашивания хромосом. Наиболее распространенными являются: рутинная или обычная окраска и ряд методов дифференциального окрашивания хромосом: Q, G, C, NOR или Ag-окраска. В свою очередь, методы дифференциального окрашивания делятся на 2 группы: 1) приводящие к образованию сегментов вдоль длины всех хромосом (например Q, G, R); 2) приводящие к окрашиванию специфических хромосомных структур, в результате чего выявляется ограниченное число сегментов (С, T, NOR).

Рутинная окраска хромосом достигается путем простого окрашивания полученных хромосомных препаратов красителем Романовского-Гимзе. Это окрашивание приводит к сплошному окрашиванию хромосом по длине, что не позволяет идентифицировать разные морфологически сходные хромосомы набора. Исторически она использовалась первой, но в наше время она практически не применяется для диагностики конституциональных хромосомных нарушений, однако находит применение при анализе хромосомных аббераций в тестировании факторов среды на мутагенную активность.

Q-окраска. Выявляется на хромосомах в виде чередования ярко- и темно-флюоресцирующих полос с помощью флуоресцентной микроскопии хромосомных препаратов, окрашенных флюорохромами (акрихин дигидрохлорид, акрихин-иприт). Эти красители присоединяются к ДНК путем интеркаляции или с помощью ионных сил. При помощи этой окраски выявляют межиндивидуальную вариабельность отдельных участков хромосом.

G-окраска. Выявляется благодаря предварительной обработке хромосомных перпаратов слабым раствором протеолитического фермента трипсина и последующей окраске красителем Гимза. При этом наблюдается полосатая исчерченность хромосом, где темные полосы – гетерохроматин, светлые – эухроматин.

R-окраска. Отличается противоположностью рисунка G-окраске. Темноокрашенные-эухроматин, светлоокрашенные – гетерохроматин. Существует несколько модификаций метода. Наиболее часто применяются обработка препаратов Ba(OH)2 с подогреванием их при 60 градусах и с последующей отмывки в дистиллированной воде и окрашивают красителем Гимзе.

C-окраска выявляется в виде вариабельных по величине темноокрашенных сегментов конститутивного гетерохроматина в прицентромерных районах хромосом, в то время как эухроматиновые участки хромосом окрашиваются очень бледно. Существуют вариации, но необходимо обрабатывать препаратов щелочью с последующей инкубацией препарата в солевом растворе. Затем окрашивают красителем Гимзе.

NOR-окраска. Применяется для выявления ядрышкообразующих районов, расположенных в коротких плечах 5 пар акроцентрических хромосом.

T-окраска. Применяются для выявления теломерных районов хромосом в коротких и длинных плечах. Включают инкубацию препаратов хромосом при 87 градусах в растворе фосфатного буфера. Затем окрашивают красителем Гимзе.

Цитогенетическая номенклатура хромосом. В 1960 году в Денвере создана первая номенклатура. Хромосомный набор (кариотип): включают 46 хромосом -22 пары аутосом, 1 пара-половые. Хромосомы номеруются от 1 до 23. По положению центромеры хромосомы делят: метацентрические (1,3,19,20), акроцентрические (13, 14, 15, 21, 22), субметацентрические (2, 4-12). Также делят на 7 групп от A до G. Группа А-(1-3) – большие метацентрические хромосомы. Группа В – 4,5 – большие субметацентрические. С – (6-12) – средние субметацентрические. D – 13-15 – большие акроцентрические. E – 16-18 – короткие субметацентрищеские. F – 19,20 – маленькие метацентрические. G – 21,22 – малые акроцентрические. X похожа на C, Y похожа на G. Каждая хромосома характеризуется уникальным сочетанием сегментов. Хромосома имеет длинное плечо-q, короткое плечо-p. Выделяю также области и регионы, она нумеруются арабскими числами от центромерного района к теломерному.

61. синдромы,проявл-ся хромосомной нестабильностью.

Хромосомная нестабильность-это проявление нестабильности генома на клеточном уровне. Их относят к болезням репарации ДНК – т.е. есть дефект генов ферментов репарации. Общие признаки болезни репарации: 1) повышенная склонность к злокачественным новообразованиям. 2) признаки преждевременного старения. 3) неврологические расстройства. 4) иммунодифицитные состояния. 5) ВПР. 6) кожные проявления. 7) умственная отсталость. Делятся на –нестабильность структуры хромосом, нестабильность числа хромосом.

Анемия Фанкони. Микроцефалия, микрогнатия(недоразвитие верхней челюсти), широкая переносица, эпикант, гипоплазия лучевой кости и большого пальца, задержка роста и развития, гиперпигментирование впаховой и подмышечных областях, склонность к лейкозам, крипторхизм (не опущение яичек), гипоплазия нарушений половых органов, уменьшение концентрации Ig A. Цитогенетически это проявляется множественными хромосомными абберациями – разрывы хромосом и хроматидными обменами. В основе: дефект репарации ДНК, дефект эндонуклеаз и белков распознающих сшивки ДНК.

Синдром Луи-Бара (атаксия-телеангиэктазия). Наследуется по аутосомно-рецесивному типу. 1:30000. Признаки: мозжечковая атоксия, телеангиэктазия на конъюктиве, открытых участках тела и слизистых, мышечная атрофия, гипоплазия тимуса, иммунодифицит, склонность к злокачественным новообразованиям. Больные погибают от легочных инфекций. Цитогенетически – повышенный уровень спонтанных хромосомных аббераций и повышенная частота транслокаций 7 и 14 хромосомы, 7p14, 7q35, 14q12, 14q32 – там гены рецепторов Т клеток. В основе: повышенная чувсвительность к ионизирующим излучениям и химическим мутагеном, обусловлен дефектами репаративного синтеза ДНК и нарушением клеточного цикла.

Синдром Блюма. Признаки: пониженная масса тела прирождении, задержка роста, узкое лицо с эритемой в виде бабочки, массивный нос, иммунодифицит, склонность к злокачественным новообразованиям, умственная отсталость не всегда, цитогенетически: повышенный уровень сестринских хроматидных обменов (120-150 на клетку при норме 6-8), увеличение хромосомных разрывов, дицентрики, кольца, хромосомные обмены. Также мутации ДНК-лигазы.

Синдром Вернера. Преждевременное старение. Признаки: преждевременное поседение, облысение, атрофия подкожной жировой клетчатки и мышечной ткани. Склеродермия, катаракта, эндокринная патология (сахарный диабет). Бесплодие, гинекомастия, аменорея, высокий голос, умирают 30-40 лет. Цитогенетически: клеточные клоны с разными хромосомными транслокациями.

Синдром Ниймегена. Задержка роста, микроцефалия, птоз, эпикант, иммунодифицит, кожа с пятнами цвета кофе с молоком, умственная отсталость, предрасположенность к злокачественным новообразованием, гиперчувствительность к ионизирующему излучению. Цитогенетически: повышенная частота хромосомных аномалий, с поражением 7 и 14 хромосомы.

Синдром робертса. Признаки: дефекты верхних и нижних конечностей, часто отсутствуют кости предплечья, голени, расщелина губ и неба, микроцефалия, деформированы ушные раковины, двурогая матка, поликистоз почек, ВПС. Рождаются мертвыми или погибают в неонатальном периоде. Цитогенетически: преждевременное расхождение хроматид в центромерных районах и разрыхлением центромер, увеличение анеуплоидных клеток, повышенная частота образования микроядер.

62. Классификация хромосомных болезней

1)нарушение плоидности (три-, тетраплоидные) 2) нарушение числа хромосом: гипоплоидия(моносомия), гиперплоидия (трисомия, тетрасомия). Причинами гиперплоидии являются нерасхождение хромасом (хроматид), причинами гипоплоидии является как нерасхождение так и анафазного отставания хромосом. Единственный пример моносомии по половым хромосомам – синдром Шершевского-Тернера. Трисомия по аутосомной хромосоме – синдром Дауна (по 21 хромосоме, патау-13) всего может быть: 8, 9, 13, 14, 18,21, 22, x,y. 3) структурные перестройки-не касаются количества хромосом. Являются результатом одного и более разрывов в одной хромосоме или двух и болееразрывов в разных хромасомах. Воссоединение разорванных концов хромосомы происходит за счет ферментов репарации. Делеция – утрата участка хромосом: 1) терминальная (концевая) 2) интерстициальная(внутриплечевые) 3)делеции в результате транслокации (пример-синдром кошачьего крика). Дупликация –удвоение участка хромосом (тандемная дупликация-если удваемые участки расположены последовательно). Инверсии – поворот участка в ее же пределах на 180 гр. Различают парацентрические(внутриплечевые) и перицентрические (межплечевые с участием центромеры). Они создают затруднение процесса конъюгации гомологичных хромосом в мейозе –в результате чего у гетерозиготных носителей инверсий происходят нарушения образования половых клеток.(чаще всего в 9 хромосоме – там синтез простогландинов- не регулируемая менструация, у мужчин – нет сперматогенеза). Инсерция – вставка участка одной хромосомы в другую. Происходит при наличии трех разрывов. Транслокация – перестройка 2-х хромосом с переносом участка одной хромосомы на другую. Транслокация простая – 2 разрыва на 2-х хромосомах. Комплексная – участвуют несколько хромосом. Робертсоновские – (акроцентрики(13,14,15,21,22) - центрическое слияния). Реципроктное – сбалансированное, без утери материала. Несбалансированная – есть делеция. Изохромосома – хромосома с идентичными плечами. Дицентрическая хромосома – возникает привоссоединении 2-х поврежденных хромосом. Изодицентрическая хромосома – близко расположены центромерные районы. Кольцевая хромосома – при потере обоих теломерных участков одной хромосомы с последующим воссоединением открытых концов.

Фенотипоческие признаки хромосомных болезней.

Изменение формы и размеров черепа. 2) изменение вида лица и его пропорций 3) изменение лба (высокий, выступающий) 4) аномалии глаз 5)аномалии подбородка 6) аномалии носа 7) аномалия ушных раковин 8) аномалии челюсти 9) изменение пальцев 10) аномалие внешних гениталий 11) изменение кожи и кожных придатков.

Группы риска: женщины старше 35 и мужчины старше 40-45, родственники с хромосомной патологией, местность с экологически неприятной обстановкой.

Популяционная частота: от 1:600 до 1:1000000

63. числовые нарушения хромосом. Мозаицизм.

Числовые хромосомные аномалии (геномные мутации) связаны с нарушением численного состава хромосомного набора (кариотиипа). В соматических клетках всегда диплоидный набор хромосом (46), в то время как в половых клетках (гаметах) всегда гаплоидный набор хромосом (23), возникающий вследствие слияния двух гаплоидных гамет при оплодотворении. В группе геномных мутаций, связанных с изменением числа хромосом в клетках, различают: 1) нарушение плоидности, Т.е. изменение числа хромосом кратное гаплоидному, например триплоидия( триплоидия может возникать как вследствие дигении (оплодотворение диплоидной яйцеклетки гаплоидным сперматозоидом), так и вследствие диандрии (обратный вариант) и диспермии (оплодотворение гаплоидной яйцеклетки двумя сперматозоидами)) или тетраплоидия; 2) изменение числа отдельных хромосом в наборе (анеуплоидия) либо в сторону уменьшения (гипоплоидия), либо увеличения (гиперплоидия). При гипоплоидии вместо двух гомологичных хромосом в наборе присутствует одна (моносомия по данной хромосоме). При гиперплоидии вместо двух гомологичных хромосом в наборе имеются их дополниительные копии; наличие трех или четырех гомологичных хромосом в наборе называется соответственно трисомией или тетрасомией по данной хромосоме. Аномалии числа хромосом могут быть вызваны различными причинами. Гиперплоидия возникает за счет нерасхождения хромосом (хроматид), а гипоплоидия может быть результатом как нерасхождения, так и анафазного отставания хромосом в ходе клеточного деления.

Хромосомные нарушения могут быть как гаметического, так и соматического происхождения и, в зависимости от этого, организм может иметь или полную форму хромосомного дисбаланса, Т.е. иметь хромосомное нарушение во всех клетках тела или быть мозаиком, Т.е. иметь хросомный дисбаланс только в части клеток. Мозаицизмом называется явление одновременного наличия в организме нескольких клеточных клонов с разным кариотипом. Мозаицизм может возникнуть на любой стадии эмбрионального развития либо в результате митотического нерасхождения хромосом (около 30% случаев), либо вследствие утраты хромосомы вследствие анафазного отставания. Хромосомный мозаицизм может быть ограничен каким-то определенным типом тканей и поэтому не всегда доступен диагностике. Кроме того, мозаики с небольшим клоном аберрантных клеток могут иметь не выраженные фенотипические отклонения. Мозаицизм возможен не только по числовым нарушениям хромосом, но и по структурным хромосомным перестройкам.

В практике медико-генетического консультирования при цитогенетическом обследовании лиц с бесплодием, нарушением полового развития и супружеских пар с невынашиванием беременности наиболее часто выявляется мозаицизм по числовым нарушениям половых хромосом. При проведении пренатальной диагностики путем биопсии хориона или с помощью амниоцентеза цитогенетику приходится сталкиваться с так называемым ограниченным плацентарным мозаицизмом - наличием аномального клона клеток в клетках зародышевых оболочек при нормальном кариотипе самого зародыша. Это явление осложняет принятие адекватного решения о прогнозе потомства.

Синдром Эдвардса (трисомия по хромосоме 18). Описан в 1960 году. Популяционная частота составляет 1 на 6500. Цитогенеетически в большинстве случаев представлен целой трисомией 18 (гаметическая мутация одного из родителей, чаще по материнской линии). Кроме того, встречаются и мозаичные формы, а транслокации наблюдаются очень редко. Критическим сегментом, ответственным за формирование основных признаков синдрома, является сегмент 18q 11. Клинических различий между цитогенетическими формами не обнаружено. Дети с синдромом Эдвардса имеют малую массу тела при рождении. Основными диагностическими признаками синдрома являются: долихоцефалия, гипертелоризм, низко посаженные аномальной формы уши, микрогнатия, микростомия, скошенный подбородок. Имеются аномалии развития конечностей: верхних - сгибательные деформации пальцев, перекрывание пальцев, сжатые пальцы рук, гипоплазия ногтей (особенно V пальца); нижних - короткий и широкий 1 палец стопы, типичная форма стопы в виде качалки, кожная синдактилия стоп. Из внутренних пороков следует отметить комбинированные пороки сердечно-сосудистой системы, незавершенный поворот кишечника пороки развития почек (чаще гидронефроз и подковообразная почка), крипторхизм. Отмечается задержка психомоторного развития, идиотия и имбецильность. Дети погибают, в основном, в возрасте до 1 года от осложнений, вызванных врожденными пороками развития.

Синдром Дауна (трисомия хромосомы 21). Впервые описан в 1866 году английским врачом Дауном. Наиболее часто встречающийся хромосомный синдром - популяционная частота составляет 1 случай на 600-700 новорожденных детей. Частота рождения детей с данным синдромом зависит от возраста матери и резко увеличиваается после 35 лет. Цитогенетические варианты очень разнообразны, но около 95% случаев представлены простой трисомией 21 хромоосомы, в результате нерасхождения хромосом в мейозе у родителей. Наличие полиморфных молекулярно-генетических маркеров позволяет определить конкретного родителя и стадию мейоза в которой произошло нерасхождение (М 1 - нерасхождение томологичных хроомосом 21 и М2 - нерасхождение хроматид). Несмотря на интенсивное изучение синдрома причины нерасхождения хромосом до настоящего времени не ясны. Этиологически важными факторами считаются внутри- и внефолликулярное перезревание яйцеклетки, снижение числа или отсутствие хиазм в 1-м делении меЙоза. Отмечены мозаичные формы синдрома (2%), робертсоновские транслокационнные варианты (4%). Около 50% транслокационных форм наследуются от родителей и 50% являются мутациями de noVo. Критическим сегментом, ответственным за Формирование основных признаков синдрома, является область 21 q22. Основными диагностическими признаками синдрома являются: типичное плоское лицо, монголоидный разрез глаз, эпикант, открытый рот, макроглоссия и аномалии зубов, короткий нос и плоская переносица, избыток кожи на шее, короткие конечности, поперечная четырех-пальцевая ладонная складка (обезьянья борозда). Из пороков внутренних органов часто отмечаются врожденные пороки сердца и желудочно-кишечного тракта, которые и определяют продолжительность жизни больных. Умственная отсталость обычно средней степени тяжести. Дети с синдромом Дауна часто ласковые и привязчивые, послушные и внимательные.

Синдром Шерешевекого- Тернера (моносомия Х,хромосомы). Это единственная форма моносомии у человека, которая может быть выявлена у живорожденных. Популяционная частота 1 на 3000 новорожденных. Кроме простой моносомии по Х хромосоме, составляющей 50%, встречаются мозаичные формы, делеции длинного и короткого плеча Х хромосомы, изо-Х-хромосомы, а также кольцевые Х хромосомы. Интересно отметить, что мозаицизм 45,Xl46,XY составвляет 2-5% от всех больных с этим синдромом и характеризуется широким диапазоном признаков: от типичного синдрома Шерешевсского-Тернера до нормального мужского фенотипа. Основными клиническими признаками заболевания являются: нанизм, крыловидные кожные складки на шее, короткая шея с низкой линией роста волос, отеки кистей и стоп новорожденных, бочкообразная грудная клетка, вальгусная девиация коленных и локтевых суставов. У больных выявляются первичная аменорея и половой инфантилизм, бесплодие, гиперпигментация кожи, снижение зрения и слуха. Часто встречаются врожденные пороки сердца и почек. Интелектуальное развитие в пределах нормы.

Синдром полисомии Х-хромосомы. Популяционная частота 1 на 1000 новорожденных девочек. Цитогенетически выявляются формы 47,ХХХ, 48,ХХХХ и 49,ХХХХХ. С увеличением числа Х хромосомы нарастает степень отклонений от нормы. У женщин с тетра- и пентасомией Х описаны отклонения в умственном развитии, аномалии скелета и половых органов. Женщины с кариотипом 47,ХХХ в полной или мозаичной форме в основном имеют нормальное физическое и психическое развитие, а интеллект - в пределах нижней границы нормы. У этих женщин имеется нерегулярный менструалььный цикл и вторичная аменорея, однако они могут иметь потомство.

Синдром КлаЙнфельтера. Описан в 1942 году. Популяционная частота 1 на 1000 мальчиков. Цитогенетические варианты синдрома могут быть различны: 47,ХХУ; 48,ХХУУ; 48,ХХХУ; 49,ХХХХУ. Отмечены как полные, так и мозаичные формы. Больные высокого роста с непропорционально длинными конечностями, выраженной гинекомастией и оволосением по женскому типу. В детстве отличаются хрупким телосложением, а после 40 лет страдают ожирением. Важными диагностическими признаками являются гипогонадизм и гипогенитализм. Характерно снижение полового влечения, импотенция и бессплодие. Коэффициент интеллекта ниже 80.

Синдром полисомии У-хромосомы. Популяционная частота 1 на 1000 мальчиков. Цитогенетически отмечены полные и мозаичные формы. Большинство индивидов по физическому и умственному развитию не отличается от здоровых. Обычно они высокого роста и в 50% случаев могут иметь нормальное потомство. При данном синдроме имеются некоторые особенности поведения: склонность к агрессии, асоциальному поведению, гомосексуализму.

64.Хромосомные болезни

Структурные нарушения хромосом характеризуются перестройками хромосомного материала, но не касаются количества хромосом в наборе. Структурные нарушения являются результатом одного и более разрывов в одной хромосоме или двух и более разрывов в разных хромосомах. В любом случае происходит разрыв основы хромосомы - сахаро-фосфатных связей ДНК. Воссоединение разорванных концов хромосомы происходит за счет ферментов репарации. Если концы хромосомных фрагментов воссоединятся как прежде, то хромосома и клетка снова станут интактными. В случаях же, когда

происходит потеря хромосомного материала или концы хромосомных фрагментов воссоединяются в точках разрыва других хромосом - как гомологичных, так и негомологичных, происходит образование различных структурных хромосомных перестроек.

Хромосомные болезни, связанные с нарушением структуры хромосом, представляют большую группу синдромов частичных моно- или трисомий. Как правило, они возникают в результате структурных перестроек хромосом, имеющихся в половых клетках родителей, которые вследствие нарушения процессов рекомбинации в меййозе при водят к утрате или избытку фрагментов хромосом, вовлеченных в перестройку. Частичные моно- или трисомии известны практически по всем хромосомам, но лишь некоторые из них формируют четко диагностируемые клинические синдромы. Фенотипические проявления этих синдромов более полиморфны, чем синдромов целых моно- и трисомий. Отчасти это связано с тем, что размеры фрагментов хромосом и, следовательно, их генный состав, могут варьировать в каждом отдельном случае, а также тем, что при наличии хромосомной транслокации у одного из родителей частичная трисомия по одной хромосоме у ребенка может сочетаться с частичной моносомией по другой.

Синдром Вольфа-Хиршхорна (синдром 4р-). Описан в 1965 году. Популяционная частота 1 на 100000. Цитогенетически обусловлен частичной делецией короткого плеча 4 хромосомы. Наследственная форма составляет 10%, а 90% случаев представлены мутациями de пovo. Отмечены кольцевые и изохромосомы. Критической оббластью, ответственной за формирование основных признаков синдрома, является сегмент 4р16. Основными клиническими признаками заболевания являются: низкая масса тела при рождении, микроцефалия, клювовидный нос, гипертелоризм, микрогнатия, маленький рот с опущенными уголками рта. Уши крупные, оттопыренные, мочка и завиток, как правило, не выражены. Часто встречаются расщелиины губы и неба. У мальчиков встречаются гипоспадия и крипторхизм. Из внутренних пороков - поликистоз почек и поражение сердечнососудистой системы. Ведущим клиническим признаком является задержка психомоторного развития.

 

Синдром "кошачьего крика" (моносомия 5р). Описан в 1963 году. Популяционная частота 1 на 50000. Цитогенетические варианты варьируют от частичной до полной делеции короткого плеча хроомосомы 5. Для развития основных признаков синдрома большое значение имеет сегмент - 5р15. Кроме простой делеции отмечены кольцевые хромосомы 5, мозаичные формы, а также транслокации между коротким плечом хромосомы 5 (с потерей критического сегмента) и другой аутосомоЙ. Диагностическими признаками заболевания являются: микроцефалия, необычный крик или плач, напоминающий мяуканье кошки (особенно в первые недели после рождения); антимонголоидный разрез глаз, косоглазие, лунообразное лицо, гипертелоризм, широкая переносица. Ушные раковины низко посажены и деформированы. Имеется поперечная ладонная складка, клинодактилия, синдактилия. Умственная отсталость в стадии имбецильноссти. Иногда встречаются криnторхизм и аномалии почек. Нужно отметить, что такие признаки как лунообразное лицо и кошачий крик с возрастом сглаживаются, а микроцефалия и косоглазие выявляются более отчетливо. Продолжительность жизни зависит от тяжести врожденных пороков развития внутренних органов. Большинство больных погибают в первые годы жизни.

65. типы структурных хромосомных мутаций

структурные перестройки-не касаются количества хромосом. Являются результатом одного и более разрывов в одной хромосоме или двух и более разрывов в разных хромосомах. Воссоединение разорванных концов хромосомы происходит за счет ферментов репарации. Делеция – утрата участка хромосом: 1) терминальная (концевая) 2) интерстициальная (внутриплечевые) 3)делеции в результате транслокации (пример-синдром кошачьего крика). Дупликация –удвоение участка хромосом (тандемная дупликация-если удваемые участки расположены последовательно). Инверсии – поворот участка в ее же пределах на 180 гр. Различают парацентрические(внутриплечевые) и перицентрические (межплечевые с участием центромеры). Они создают затруднение процесса конъюгации гомологичных хромосом в мейозе –в результате чего у гетерозиготных носителей инверсий происходят нарушения образования половых клеток.(чаще всего в 9 хромосоме – там синтез простогландинов- не регулируемая менструация, у мужчин – нет сперматогенеза). Инсерция – вставка участка одной хромосомы в другую. Происходит при наличии трех разрывов. Транслокация – перестройка 2-х хромосом с переносом участка одной хромосомы на другую. Транслокация простая – 2 разрыва на 2-х хромосомах. Комплексная – участвуют несколько хромосом. Робертсоновские – (акроцентрики - центрическое слияния). Реципроктное – сбалансированное, без утери материала. Несбалансированная – есть делеция. Изохромосома – хромосома с идентичными плечами. Дицентрическая хромосома – возникает при привоссоединении 2-х поврежденных хромосом. Изодицентрическая хромосома – близко расположены центромерные районы. Кольцевая хромосома – при потере обоих теломерных участков одной хромосомы с последующем воссоединением открытых концов.

66. Микроделеционные и микродупликационные хзр. синдромы.

В последнее время клинико-цитогенетические исследования стали опираться на высокоразрешающие методы хромосомного аналииза, позволившее подтвердить предположение о существовании микрохромосомных мутаций, выявление которых находится на грани возможностей светового микроскопа. Используя стандартные цитогенетические методы можно достичь визуального разрешения хромосом с числом сегментов не более 400, а применение методов прометафазного анализа, предложенного Юнисом в 1976 году, удается получать хромосомы с числом сегментов до 550-850. Незначительные нарушения в структуре хромосом могут быть выявлены с помощью этих методов хромосомного анализа не только среди больных с МВПР, но и при некоторых неизвестных менделирующих синдромах. Отлиичительная черта этих синдромов состоит в том, что клинически они были описаны задолго до того, как была выявлена их хромосомная этиология. Нет никаких сомнений в том, что еще некоторые синдроомы, рассматриваемые пока в группе синдромов с неясной этиологией, могут оказаться хромосомными. На сегодняшний день выяснена этиология около 20 нозологических форм, при которых выявлены микроструктурные хромосомные нарушения. Показано, что микроструктурные аномалии хромосом сопровождают не только синдромы МВПР, но и различные гиперпластические процессы, включая и злокачественные образования. Большинство синдромов, связанных с микроаномалиями хромосом, встречается редко -1 случай на 500000-100000 новорожденных).

Синдром Лангера-Гидиона (трихо-рино-фалангиальный синдром). Особый интерес к этому синдрому проявился В 1980 году, когда была выяснена его хромосомная этиология, выражающаяся в микроделеции хромосомы длинного плеча хромосомы 8 - сегмента 8q24.1.1-q24.1 З. Отмечены мозаичные формы синдрома. Основными клиническими признаками заболевания являются: тонкие и редкие волосы, бульбообразный нос, конические эпифизы фаланг пальцев, множественные хрящевые экзостозы. Кроме этих признаков больные имеют ряд микроаномалий: широкие редкие броови, глубоко посаженые глаза, макростомию, нарушение прорезываания и расположения зубов, микрогнатию, большие и низко расположенные ушные раковины. Множественные хрящевые экзостозы проявляются до 4-х лет и располагаются везде, где есть хрящи, причем их рост усиливается в периоды активного роста организма и прекращается в возрасте 18-20 лет. У новорожденных бывает избыточная кожа. Отмечается умственная отсталость различной степени, задержка речевого развития.

Синдром Видемана-Беквита. Цитогенетически характеризуется дупликацией участка короткого плеча 11 хромосомы-11р15. Основными диагностическими признакам и заболевания являются: макроглоссия, омфалоцеле, макросомия с увеличением мышечной массы и подкожного жирового слоя, выступающий затылок и аномалии прикуса, связанные с гипоплазией верхней челюсти и относительной гиперплазией верхней. Характерным признаком является наличие вертикальных бороздок на мочках ушей. Описана патология развития внутренних органов: дефекты межжелудочковых перегородок, добавочная селезенка, цитомегалия коры надпочечников, незавершенный поворот кишечника. Костный возраст опережает паспортный. Психическое развитие соответствует возрасту, возможна умеренная умственная отсталость. В сегменте 11 р15 локализован ген "инсулииноподобного фактора роста 11 типа", при дупликации которого образуются три его копии, что приводит К появлению таких признаков синдрома как большой вес, пупочная грыжа, увеличенный язык и т.д.

Синдром Прадера-Вилли. Описан в 1956 году. Популяционная частота 1 на 15000. Встречается в основном спорадически, хотя опиисаны и семейные случаи с аутосомно-доминантным типом наследования. Основные диагностические признаки заболевания: слабое шеевеление плода во 11 триместре беременности, мышечная гипотония, умственная отсталость, нанизм, ожирение, гипогонадотропный гипоогонадизм, маленькие дистальные отделы конечностей (акромикрия). Отмечаются также гипопигментация, страбизм, микрогнатия, долиихоцефалия, миндалевидный разрез глаз, крипторхизм и гипоплазия полового члена у мальчиков. Первое наблюдение о связи данного синдрома с хромосомным нарушением было сделано еще в 1963 году Buehler с соавторами, которые обнаружили у пациента с синдромом Прадера-Вилли трансслокацию одной из хромосом группы О. После внедрения методовдиффференциальной окраски хромосом стало очевидным, что в перестроййку при данном синдроме вовлечена хромосома 15 (Zuffardi et al., 1978). В начале 80-х годов было установлено, что большинство больных имеют различные структурные аномалии хромосомы 15, в основном микроделеции в проксимальном участке длинного плеча (сегменты 15q11.2-q12). В 1986 году Butler с соавторами при анализе хромоосомного полиморфизма (гетероморфизма) гомологов хромосомы 15 обнаружили, что интерстициальная делеция при этом заболевании всегда затрагивает хромосому 15 отцовскою происхождения. Это нааблюдение было подтверждено с помощью молекулярных методов в 1990 году (Magenis et al., 1990; Zori et al., 1990). Однако были обнаруужены пациенты с типичным синдромом Прадера-Вилли без какиххлибо структурных нарушений хромосомы 15. В 1989 году Nicholls с соавторами показали, что у больных с синдромом Прадера-Вилли без микроделеции выявляется однородительская дисомия - ОРД (англ. - uniparental disomy - UPD, Т.е. наличие двух гомологичных хромосом от одного родителя) хромосомы 15 маIеринского происсхождения.

Объяснить цитогенетические находки при Прадера-Вилли синддроме удалось с помощью молекулярно-генетического анализа криитической области хромосомы 15q11.2-q12, вовлекаемой в перестроййки. В настоящее время данный синдром рассматривается как типиччное заболевание геномного импринтинга - эпигенетического прооцесса, дифференциально маркирующего материнские и отцовские гомологичные хромосомы, что приводит К разному фенотипическоому проявлению мутаций у потомства, унаследованных от матери или отца. В участках генома подверженных импринтингу экспрессируеттся только один из двух аллелей - отцовский или материнский (моноаллельная экспрессия генов), а второй аллель подавляется или импринтируется. В настоящее время установлено, что кандидатным геном данного синдрома является ген полипетида N малого ядерноого рибонуклеопротеина (англ. - 5mall Nuclear Ribonucleoprotein Polypeptide N - 5NRPN), который экспрессируется только с отцовской 15 хромосомы, но не функционирует на материнском гомологе. Нарушение работы единственного функционирующего гена на QЩОВ~ ской хромосоме 15 вследствие делеции или перестройки критичесской области, содержащей ген SNRPN, приводит к развитию синдрома Г}радера-Вилли. В случае однородительской дисомии хромосоомы 15 материнского происхождения обе копии материнских генов являются неактивными, Т.е. имеет место функциональная нуллисоомия по гену SNRPN, что также приводит к развитию данного заболевания.

Синдром Энгельмана (синдром "счастливой куклы'). Опиисан в 1965 году. Основными признаками заболевания являются: необычный и частый смех, специфичное лицо с гримасой улыбки, повторяющиеся кукольные стереотипные движения, отсутствие речи. Имеется выраженная умственная отсталость. Большинство больных имеют микроделецию 15q 11-q1 3, но эта делеция всегда мareрин.сКQ: го происхождения. Обнаружены также пациенты с типичным синдроомом Энгельмана без микроделеций, у которых выявляется однороодительская дисомия хромосомы 15 ощоасжоIO происхождения.

Синдром Вильямса (лицо "эльфа' Описан в 1961 году. Популяционная частота 1 на 10000. Выделяют 2 группы больных с даннным синдромом: 1) классическая форма с делецией 7q11, которая обнаруживается в 96% случаев; 2) более редкая форма, при которой обнаруживаются делеции в 11 и 22 хромосомах - 11q13-q14 и 22q-, выявляемые в основном с помощью молекулярно-цитогетических методов исследования. Основными диагностическими признаками синдрома являются: необычное лицо, эпикант, отечность век, короткий нос с открытыми вперед ноздрями, полные щеки, микрогения. Патология внутренних органов включает надклапанный стеноз аорты, дефекты перегородок сердца, стеноз легочной артерии. Умственная отсталость различной степени, разнообразные психические нарушения, низкий интеллект. С возрастом заболевание утяжеляется.

67. метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH).

Принцип этого метода состоит в следующем (схема 8.1).*

1.Для изучаемой хромосомы или конкретного её участка, исходя из специфичности последовательности оснований ДНК, готовят однонитевой участок ДНК, к которому присоединяется биотин или дигоксигенин. Такой «помеченный» участок ДНК называется зондом.

2.На микроскопическом препарате in situ при щелочной обработке хромосомная ДНК денатурируется, т.е. разрываются связи между двумя нитями ДНК.

3.Зондом обрабатывают препарат. Поскольку последовательность оснований ДНК-зонда и соответствующий участок хромосомы взаимно комплементарны, то зонд присоединяется к хромосоме. В этом участке происходит ренатурация ДНК.

4.После этого препарат обрабатывают веществом, которое благодаря своей структуре способно избирательно присоединиться к биотину или дигоксигенину. Как видно на схеме 8.1, для биотина таким веществом является стрептовидин, для дигоксигенина — антидигоксигениновое антитело. К этим веществам могут быть присоединены в один или два этапа флюоресцентные красители (родамин — красный цвет или флюоресцеин изотиоцианат — зелёный цвет).

5.С помощью люминесцентного микроскопа окрашенные хромосомы визуа-

лизируются на фоне неокрашенных.

Современные методические возможности позволяют увеличить число цветов. Границы применения метода FISH очень широкие: от локализации гена до расшифровки сложных перестроек между несколькими хромосомами. Следует подчеркнуть, что соединение молекулярно-генетических и цитологических методов делает почти неограниченными возможности диагностики хромосомных аномалий, как очень сложных, так и очень мелких по размерам. Дву- и трёхцветная флюоресцентная гибридизация in situ применяется для учёта симметричных хромосомных аберраций у лиц, облученных много лет назад ионизирующими излучениями. Указанный метод требует меньше времени, чем кариотипирование дифференциально окрашенных метафаз. В клинической цитогенетике метод FISH занимает всё большее место. В случаях сложных хромосомных перестроек, захватывающих более двух хромосом, дифференциальная G-окраска не всегда позволяет идентифицировать изменённые сегменты хромосом. В этих случаях применяют трёхцветный вариант

метода FISH. Например, у ребёнка с множественными врождёнными аномалиями при G-анализе обнаружены сложные перестройки в 6 хромосомах A,4, 7, 8, 9 и 12) с 10 разрывами. Полная идентификация разрывов возможна только с помощью /75У/-окраски.Метод FISH может применяться для диагностики анеуплоидий в интерфазных ядрах. Принцип метода в этом варианте такой же, как и для метафазных пластинок (описан выше). Например, специфичный для хромосомы 21 зонд ДНК, соединённый с биотином, гибридизируется с денатурированными клетками из амниотической жидкости на предметном стекле. В норме, т.е. если у плода есть дисомия по хромосоме 21, в ядре будут видны две флюоресцирующие соответствующим цветом точки. Если у плода трисомия, то в ядре будут видны 3 точки. Такой методический приём называют интерфазной цитогенетикой. Метод прост, экономичен и требует мало времени (несколько часов).

69.нетрадиционное наследование. Мозаицизм, драйв и др.

менделевская (классическая) генетика

Закон единообразия гибридов первого поколения.

Закон расщепления гибридов во втором поколении.

Закон независимого комбинирования.

Эквивалентность результатов реципрокных скрещиваний.

Ядерная и хромосомные теории наследственности.

Центральная догма молекулярной биологии Гонадный мозаицизм

Определение: Наличие de novo возникшей мутации (на стадии митоза) в части клеток-предшественников половых клеток, определяющее более высокую вероятность ее наследования потомством, с частотой заметно превышающей вероятность мутационного события.

Гонадный мозаицизм - это частный случай органного мозаицизма. Его наличие у клинически здорового индивида может обусловить рождение детей с полной формой доминантной наследственной болезни.

Примеры: Несовершенный остеогенез II типа, ахондроплазия, синдром Дауна (нетранслокационная форма).

Мейотический драйв

Определение: Отклонение от равновероятной сегрегации хромосом в мейозе («segregation distortion»), определяющее неслучайную передачу потомству определенных хромосом и генов, в них локализованных.

Причины: 1) Гаметный отбор 2)Родительское происхождение хромосом 3)Наличие хромосомных перестроек 4)Взаимодействия между хромосомными регионам

Примеры: Возможна преимущественная передача потомству генов некоторых моногенных наследственных заболеваний, например, муковисцидоза и миотонической дистрофии.

ЭСоотношение полов у новорожденных с синдромом Дауна, обусловленного трисомией 21 отцовского происхождения, сдвинуто в сторону преобладания мужского пола - 3.3 и 1.3 при трисомиях отцовского и материнского происхождения, соответственно (Ковалева, 1992). Гипотеза о постконъюгационном взаимодействии гомологов хромосом 21 и Y.

Зарегистрировано отклонение от равновероятной сегрегации аллелей ряда импринтированных локусов генома (Н19, IGF2, HASH2, WT1, GRB10), критичных для эмбрионального развития человека. Для импринтированных генов (SNRPN), не оказывающих существенного влияния на ход эмбриогенеза, такого эффекта не обнаружено (Naumova et al., 2001). Митохондриальная наследственность

Определяется генами, локализованными в митохондриальной ДНК. Наследование мтДНК происходит исключительно по материнской линии.

Типы мутаций и примеры заболеваний:

Миссенс-мутации мтДНК - Нейропатия зрительных нервов Лебера и пигментный ретинит;

Мутации в генах тРНК - Синдромы MELAS и MERRF;

Делеции и дупликации участков митохондриального генома Миопатии и синдром Кернса-Сейра;

Уменьшение числа копий мтДНК - Летальная инфантильная дыхательная недостаточность и синдром молочнокислого ацидоза.

Прионовые болезни

Примеры: Болезнь Крейцфельда-Якоба;

Болезнь Герстманна-Штросслера; Болезнь куру (племена Форе, Новая Гвинея); Семейная фатальная бессонница; Транс-миссивная губчатая энцефалопатия - болезнь бешеных коров.

Вирус? Нуклеиновая кислота? Белок?

PRotein Infectious particle - Prusiner, 1982 г. - гипотеза; 1997 г. - Нобелевская премия по медицине.

Определение: группа нейродегенеративных заболеваний, с

поздним проявлением, возникающих в результате воздействия инфекционного агента белковой природы, лишенного нуклеиновой кислоты. Характеризуются атаксией, деменцией, дегенерацией нейронов и отложением амилоидных бляшек в ЦНС. Мозговое вещество приобретает губчатую структуру.

Прионовые болезни

Возникают в результате накопления аномального прионового белка PrPsc в головном мозге. Аномальный белок, при поступлении в организм, индуцирует цепную реакцию конформационного изменения нормального белка PrPc, локализованного на поверхности нервных клеток и участвующего в передаче нервного импульса. Образование PrPsc обусловлено мутациями гена PRNP (20р12), ведущих к конформационным изменениям, вследствие которых этот белок становится инфекционным агентом. Однако механизмы воздействия PrPscHa PrPc, равно как и пути поступления аномального белка в головной мозг, пока остаются неясными. Показано, что сверхэкспрессия гена Ргпр у мышей может обусловливать «прионизацию» нормального белкового продукта. По видимому, «прионизация» - это вероятностный процесс. У дрожжей описан ^/-фактор (SUP35), нарушающий считывание стоп-кодонов, и обладающий свойствами приона. Последовательности аминокислот в N-конце белков PRP и SUP35 консервативны и ответственны за формирование р-слоёв молекулы.

Инактивация Х хромосомы

Полоспецифичный механизм компенсации дозы генов, локализованный на Х хромосоме.

В клетках женского организма происходит глобальная инактивация экспрессии генов на 1 из Х хромосом. В клетках всегда остается активной только 1 Х хромосома. Механизм: 1)компенсация дозы возникает в результате экспрессии гена Xist, расположенного в центре инактивации Х хромосомы 2) с гена Xist считывается транскрипт – некодирующая рнк длиной 15 кв, которая покрывает неактивную Х хромосому и инактивирует ее. 3) в 3 конце гена Xist располагается локус Tsisx, с которого считывается антисмысловой транскрипт к гену xist.

Динамические мутации

(Частный случай: Экспансия тринуклеотидных повторов)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Резкое изменение числа копий тандемных повторов ДНК в последовательных поколениях родословной, сопровождающееся развитием заболевания при превышении (или уменьшении) некоторого порогового числа.

Развитие заболевания может быть ОБУСЛОВЛЕНО:

Потерей или снижением количества белкового продукта.

Синтезом аномального белкового продукта (при экспансии CAG - полиглутаминовых трактов в кодирующей области гена,).

Нарушением функций РНК.

Активацией транскрипции «молчащих» локусов генома.

Для болезней экспансии характерен феномен АНТИЦИПАЦИИ(более раннее и более тяжелое течение заболевания по сравнению с родителями). Динамические мутации: Полиглутамииовые болезни

Обусловлены, как правило, небольшими (несколько десятков копий) экспансиями С AG-повторов, кодирующих глутамин.

Спинно-мозжечковая атаксия: типы 1-3, 6, 7, 17 Спинио-бульбарная мышечная атрофия Дентато-рубро-паллидолюисова атрофия Хорея Геитиигтона

Динамические мутации: Болезни, обусловленные нарушением функций РНК

Синдром тремора н атаксии, ассоциированный с ломкой Х-хромосомой (FXTAS)

Описан у пожилых мужчин, носителей премутации — число копни CGG-повторов в FMR1 варьирует от 60-200.

Основные клинические признаки: тремор, атаксня, паркинсонизм, умственная отсталость.

Эозннофнльные, убиквитин-позитивные включения в цитоплазме нейронов н астроцнтов различных отделов головного мозга.

Предполагается, что накопление гранул связано с дефектами сборки н деградации белковой молекулы.

70. БОЛЕЗНИ ГЕНОМНОГО ИМПРИНТИНГА, СВЯЗАННЫЕ С ОДНОРОДИТЕЛЬСКИМИ ДИСОМИЯМИ

Несмотря на то, что однородительские дисомии были обнаруужены по многим хромосомам человека, проявление эффектов иммпринтинга через механизм ОРД доказано лишь для некоторых из них. Аномальные фенотипические эффекты ОРД материнского прооисхождения достоверно установлены для хромосом 7, 14 и 15, а эфффект отцовских ОРД обнаружен для хромосом 6, 11, 14 и 15 [14, 17] (табл. 2). Наличие специфических фенотипических эффектов ОРД материнского происхождения по хромосомам 2, 16 и 20 широко оббсуждается в литературе, однако оно еще окончательно не выяснено.

Родительское

Хромосома происхождение Заболевание или синдром

ОРД

6 Отцовское Транзиторный неонатальный сахарный диабет

7 Материнское Синдром Рассела-Сильвера

11 Отцовское Синдром Видемана-Беквита

14 МатeDинское Синдром ОРД14мат

Отцовское Синдром ОРД140ТЦ

15 Матеоинское Синдром Прадера-Вилли

Отцовское Синдром Энгельмана

в норме у человека имеется 46 хромосом, которые представлены 22 парами аутосом и одной парой половых хромосом - хх у женщин и ХУ - у мужчин. Из пары одинаковых (гомологичных) хромосом набора ребенок всегда наследует одну хромосому от матери и одну - от отца. Однако в результате однородительской дисомии - ОРД (англ. - Uniiparental Disomy - UPD) потомок ошибочно наследует две гомолоогичные хромосомы от одного родителя - либо от матери (матееринская ОРД - ОРДмат, или UPDmat), либо от отца (отцовская ОРД @ОРДотц, или UPDpat) и не имеет ни одной копии указанной гомолоогичной хромосомы от другого родителя. При этом в геноме потомка все остальные хромосомы набора имеют биродительское происхожждение, а в целом кариотип сохраняет 46 хромосом и является, таким образом, псевдонормальным. ОРД могут возникать в результате наарушения процесса расхождения хромосом в мейозе в ходе образоваания мужских и женских половых клеток или в митотически делящихся клетках зиготы на ранних этапах развития зародыша по любой из 22 аутосом, а также и по половым хромосомам набора.

Существуют два типа ОРД:

а) изодисомия - наследование двух редупликационных копий одной из хромосом, возникающее при нерасхождении хромосом во 11 делении меЙоза. В результате такого события обе хромосомы имеют идентичную последовательность ДНК с полной гомозиготизацией локализованных в них генов;

б) гетеродисомия - наследование потомком двух разных гомоологов от одного родителя в результате нерасхождения хромосом в I мейотическом делении. В данном случае потомок наследует нееидентичные по последовательности ДНК гомологичные хромосомы.

Различают следующие механизмы формирования ОРД [6]:

1. Комплементация гамет - слияние нуллисомной по опредееленной хромосоме набора одной гаметы с дисомной по этой же хроомосоме другой гаметой (рис. 1 а). Вероятность такого события не так уж мала, поскольку у человека, в отличие от других видов, спонтанная частота числовых хромосомных нарушений в сперматозоидах и яйцееклетках достаточно высока и составляет около 4% и 19% соответсттвенно. Исходя из частоты анеуплоидных гамет и их случайного соедиинения, частота ОРД может достигать до 1 случая на 3000 зигот [5].

2. Редукция трисомии. Возникает у первоначально трисомного по какой-либо хромосоме зародыша в результате последующей поотери единственной хромосомы, происходящей от одного из родитеелей, с сохранением двух хромосом другого родителя (рис. 1б). Это событие может происходить как вследствие нерасхождения хромаатид в метафазе, так и при отставании хромосомы в анафазе во вреемя первых митотических делений зиготы. Поскольку большинство событий нерасхождения хромосом у человека возникают в I мейотиическом делении у матери, то имеется более высокая вероятность возникновения трисомии с двумя разными гомологичными материннскими хромосомами. Следовательно, редукция данной трисомии в результате потери отцовской хромосомы приведет к гетеродисоммному типу ОРД материнского происхождения. Следует отметить, что в целом частота ОРД материнского происхождения приблизительно в 3 раза чаще отцовской, а редукция трисомии является наиболее частым механизмом возникновения ОРД у человека.

3. Постзиготическая дупликация моносомии - дупликация единственной хромосомы, полученной от одного родителя, в митоотически делящихся клетках зародыша у первоначально моносомной по данной хромосоме зиготы (рис. 1в). Коррекция моносомии являяется более редким по сравнению с редукцией трисомии событием и приводит к изодисомии по целой хромосоме с гомозиготизацией всех локализованных в данной хромосоме генов. Учитывая данные о более высокой вероятности возникновения нерасхождения хромоосом в I мейотическом делении у матери, можно предполагать более высокую вероятность возникновения дупликации единственной хроомосомы отца с возникновением ИЗОДИСОМНОЙ формы ОРД отцовскоого происхождения.

4. Митотическая рекомбинация (обмен между хроматидами гомологичных хромосом в соматических клетках) или генная коннверсия (замена некоторой последовательности ДНК в хромосоме одного родителя гомологичной ей последовательностью ДНК хромоосомы другого родителя) являются событиями, которые могут привессти к ОРД по отдельным участкам хромосом (рис. 1 г). В результате рекомбинации между отцовской и материнской хроматидами на раннних стадиях митотически делящейся зиготы и последующей потери другой дочерней клеточной линии может возникнуть сегментная ОРД без мозаицизма. Однако в случае сохранения обеих дочерних клеток и их последующего размножения может наблюдаться мозаиицизм. Особенно это характерно для синдрома Видемана-Беквита, который относительно часто возникает в результате постзиготичееской рекомбинации гомологичных хромосом в дистальном участке короткого плеча хромосомы 11 с образованием сегментной ОРД оттцовского происхождения [11].

Всего у человека возможно существование 47 типов однородиительского наследования целых хромосом: 44 типа ОРД по 22 аутоосомам от каждого родителя - материнская (мат.) и отцовская (отц.) ˜И 3 типа ОРД по половым хромосомам (ОРДХмат, ОРДХотц и ОРДХХУотц). Следует также указать на возможность возникновения неопределенного числа сегментых форм ОРД по разным хромосоомам набора.

К настоящему времени ОРД обнаружены по многим аутосомам и половым хромосомам человека, за исключением хромосом 3, 12, 18 и 19. ОРД по разным хромосомам набора представлена неодинакоово. В целом ОРД материнского происхождения встречается в 3 раза чаще, чем отцовского, что отражает более высокую частоту анеупплоидии в ооцитах по сравнению со сперматозоидами. Учитывая даннные о том, что с возрастом матери увеличивается частота мейотиического нерасхождения хромосом, следует предполагать, что этот фактор способствует увеличению риска возникновения ОРД. Пооскольку в структуре хромосомных анеуплоидий материнского происсхождения преобладают нарушения первого мейотического деления по сравнению со вторым, то можно ожидать преобладание гетероодисомий над изодисомиями. Результаты исследований показывают, что частота гетеродисомий действительно выше [23]. Кроме того, высокий риск формирования ОРД имеют некоторые структурные наарушения хромосом, в частности робертсоновские транслокации. Так, трисомии, обусловленные робертсоновскими транслокациями акрооцентрических хромосом, имеют 50%-й риск превращения в ОРД, а однородительские дисомии по хромосоме 13 и другой акроцентриической хромосоме оказываются наиболее частыми [23]. Высокий риск возникновения ОРД имеется также у индивидов с изохромосоомами и маркерными хромосомами. Кариотипически «нормальные» клетки, возникающие в результате редукции трисомии или дупликаации моносомии, могут приобретать селективное преимущество в росте по сравнению с анеуплоидными клетками, что обеспечивает выживание организмов с таким «спасенным» кариотипом.

Пузырный занос: норма – от матери н от отца н -2н, диандрия-частичный-от матери н и от отца 2н – 3н, диандрия-полный от матери 0 от отца 2н – 2н, дигиния-спонтанный аборт без пузырного заноса – от матери 2н от отца н – 3н, дигиния- тератома яичников-от матери 2н от отца 0 – 2н.

Полный: Генерализованная кистозная трансформация ворсин хориона

Отстутствие сформировавшегося эмбриона

Кариотип (46ХХ 46XY) механизмы: диандрия с потерей материнского генома, диспермия с утерей материнского генома

Частичный: локальное кистозное трансформация ворсин, наличие сформировавшегося эмбриона, кариотип (69XXX, 69 XXY. 69XXY) механизм: диандрия с сохранением материнского генома, диспермия с сохранением материнского генома

71. Экспансия числа тринуклетидных повторов ДНК.

Динамические мутации

(Частный случай: Экспансия тринуклеотидных повторов)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Резкое изменение числа копий тандемных повторов ДНК в последовательных поколениях родословной, сопровождающееся развитием заболевания при превышении (или уменьшении) некоторого порогового числа.

Развитие заболевания может быть ОБУСЛОВЛЕНО:

Потерей или снижением количества белкового продукта.

Синтезом аномального белкового продукта (при экспансии CAG - полиглутаминовых трактов в кодирующей области гена,).

Нарушением функций РНК.

Активацией транскрипции «молчащих» локусов генома.

Для болезней экспансии характерен феномен АНТИЦИПАЦИИ(более раннее и более тяжелое течение заболевания по сравнению с родителями).

Х-сцепленная бульбарная спинальная мышечная атрофия (болезнь Кеннеди)

Заболевание впервые описано W. Kennedy и соавторами в 1968 году. Манифестация болезни приходилась на возраст 40 лет и старше. Наряду с поздним дебютом отмечались мышечная слабость, атрофии и бульбарные симптомы.

Основные особенности заболевания: поздний дебют, медленное прогрессирование, поражение мимической мускулатуры и бульбарных ядер черепных нервов, атрофии мышц, преимущественно проксимальных отделов верхних и нижних конечностей, фасцикуляции в мышцах лица, интенционный тремор.

Ген андрогенового рецептора (AR), ответственный за развитие СБМА, картирован в локусе Xq21.3-q22. В 1-м экзоне этого гена содержится нестабильная последовательность тринуклеотидных повторов (CAG). В норме регистрируется от 17 до 26 CAG-повторов, а у больных СБМА присутствует от 40 до 52 CAG-повторов. Выявлена четкая зависимость между длиной этого повтора и тяжестью течения СБМА: большему числу CAG-повторов мутантного аллеля соответствует более ранний возраст начала заболевания, а также более быстрый темп его прогрессирования. Около 30% мутантных аллелей оказываются нестабильны при наследственной передаче, при этом наблюдается как сокращение числа триплетов, так и их увеличение.

Заболевание дебютирует в 40 - 60 лет. Первыми проявлениями болезни обычно являются: слабость и атрофии мышц проксимальных отделов верхних конечностей, спонтанные фасцикуляции, ограничение объема активных движений в руках, снижение сухожильных рефлексов с двуглавой и трехглавой мышц плеча. По мере прогрессирования болезни развиваются бульбарные расстройства: поперхивание, атрофия языка, дизартрия, фибрилляции языка. Мышцы нижних конечностей, как правило, вовлекаются в поздних стадиях болезни, преимущественно поражаются проксимальные группы мышц. По мере развития атрофии в мышцах тазового пояса, бедер появляются вспомогательные приемы при вставании, “утиная” походка. Частыми характерными симптомами болезни являются псевдогипертрофии икроножных мышц и гинекомастия. Течение медленно прогрессирующее.

Основными критериями диагноза Х-сцепленной бульбарной и спинальной мышечной атрофии являются:

Х-сцепленный тип наследования;

дебют заболевания в возрасте 40 - 60 лет;

слабость и атрофии мышц проксимальных отделов конечностей, псевдогипертрофии икроножных мышц;

бульбарные симптомы: поперхивание, атрофия языка, дисфония, дизартрия;

гинекомастия;

наличие в биоптатах скелетных мышц атрофированных и гипертрофированных волокон;

признаки денервации при ЭМГ-исследовании;

медленно прогрессирующее течение.

ОКУЛОФАРИНГЕАЛЬНАЯ МЫШЕЧНАЯ ДИСТРОФИЯ

Заболевание встречается в двух генетических вариантах - аутосомно- рецессивном (OMIM: 257950) и аутосомно-доминантном (OMIM: 164300).

Эти варианты болезни являются аллельными и обусловлены различными мутациями в одном гене.

1) Аутосомно-доминантный вариант заболевания впервые описан Victor и соавтор., в 1962 году у 9 членов одной семьи из трех поколений. Первые симптомы возникают в 4-5 десятилетиях жизни и, в большинстве случаев, характеризуются сочетанием дисфагии с прогрессирующим птозом верхних век. По мере прогрессирования заболевания отмечено распространение симптомов мышечной слабости на мышцы плечевого и тазового поясов.

Satoyoshi & Kinoshita в 1977 году описали семью с аутосомно-доминантной сегрегаций окулофарингеальной миопатии, характеризующейся значительной генерализаций процесса по мере течения болезни. У наблюдаемых больных мышечная слабость распространялась на мышцы лица, шеи, дистальных отделов конечностей, а также анального сфинктера.

По мнению авторов представленное ими наблюдение представляет собой отдельный вариант болезни - окулофарингодистальный (OMIM: 164310). Это предположение вызывает сомнение, так как отмечено существование различной степени генерализации процесса у больных в одной и той же семье. Описаны единичные больные с наличием пигментной дегенерации сетчатки.

2) Аутосомно-рецессивный вариант заболевания впервые описан Fried и соавтор., в 1975 году у двух сестер, родившихся от кровно-родственного брака. Для этой формы болезни характерно более раннее начало и вовлечение в процесс дистальных групп мышц конечностей.

При морфологическом исследовании выявляются нитевидные образования в ядрах скелетных мышц. Эти нити имеют ветвящуюся трубчатую структуру и иногда поперечно исчерчены. Наряду с этим отмечаются атрофические изменения в мышечных волокнах 1 типа. При электронном микроскопировании обнаруживается увеличение размеров митохондрий с наличием в них крестовидных включений.

Аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный варианты болезни обусловлены мутациями в одном и том же гене - РАВР2 (полиаденил- связывающем протеине 2, OMIM: 602279), локализованного в области 14q11.2-q13. Основной тип мутаций - короткая экспансия тринуклеотидного повтора GCG в кодирующей части гена. В норме число повторов не превышает 6, однако, у 2% здоровых людей число повторов может достигать 7, что расценивается как проявление нормального полиморфизма. У больных с окулофарингеальной миопатией число повторов увеличено до 8- 13. Тяжесть проявления заболевания зависит от количества повторов.

Антиципация, обусловленая увеличением количества повторов не характерна. Возникновение аутосомно-рецессивного варианта обусловлено гомозигоностью по GCG7 повтору, который является примером аллеля- модификатора. Наиболее тяжелый фенотип наблюдался у компаунд- гетерозигот GCG9/GCG7, а также гомозигот по GCG9 повторам.

Белок РАВР2 является высоконсерватимным и содержится в ядре, где участвует в полиаденилировании мРНК. GCG повторы кодируют включение полиаланинового тракта вблизи N конца мутантного белка. Считается, что образующиеся в ядре нитевидные структуры представлены удлиненными нитями мутантного белка.

Возможна дородовая диагностика с использованием методов ДНК-анализа.

Хорея Гентингтона

Хорея Гентингтона — наследственное нейродегенеративное заболевание, характеризующееся постепенным началом обычно в возрасте 35—50 лет и сочетанием прогрессирующих хореических гиперкинезов и психических расстройств.

Частота— 1:10 000 населения.

Генетические аспекты. Увеличение числа повторов CAG-триплетов гена хантингтина (143100, 4р16-3); белок экспрессируется в ядрах нейронов. Норма – 11-34 копии CAG-повтора, хорея Гентингтона – >42-100 копий. Передача гена по отцовской линии приводит к более тяжёлой форме заболевания, раннему началу и быстрому прогрессированию.

Патогенез. Прогрессирующая гибель нервных клеток. Выраженное снижение содержания нейромедиаторов (у-аминомасляная кислота, глутаматдекарбоксилазы, вещества Р, энкефалинов) в базальных ганглиях. Выраженное снижение активности дыхательной цепи митохондрий в хвостатом ядре.

Патоморфология. Макроскопически: атрофия хвостатого ядра и расширение желудочков. Микроскопически: глиоз и гибель нейронов, особенно в хвостатом ядре и скорлупе.

Клиническая картина

Хореический гиперкинез — быстрые размашистые беспорядочные движения в сочетании с мышечной гипотонией. Начало постепенное. Часто наблюдают гримасничанье и дизартрию. Нарушения походки проявляются в так называемой танцующей походке.

В типичных случаях возникновению хореического гиперкинеза предшествует продромальная стадия психических нарушений длительностью до 10 лет.

Ангедония и асоциальное поведение — часто первые проявления заболевания.

Изменения личности: апатия, раздражительность, социальное отчуждение.

Шизофреноподобные расстройства.

Расстройства настроения.

Деменция (память часто сохранена вплоть до глубоких стадий заболевания).

Обсессивно-компульсивные расстройства.

Течение и прогноз. Заболевание медленно и неуклонно прогрессирует, смерть наступает в среднем через 17 лет после возникновения первых симптомов.

Профилактика — генетическое консультирование.

72. Понятие о динамических мутациях. Антиципация. Синдром Мартина-Белл, дииотоническая дистрофия, спинно-мозжечковая атаксия.

Динамические мутации – резкое изменение числа копий тандемных повторов ДНК в последовательных поколениях родословной, сопровождающееся развитием заболевания при превышении (или уменьшении) некоторого порогового числа. Развитие заболевания может быть обусловлено:

потерей или снижением количества белкового продукта;

синтезом аномального белкового продукта (при экспансии САG – полиглутаминовых трактов в кодирующей области гена);

нарушением функций РНК;

активацией транскрипции «молчащих» локусов гена.

Для болезней экспансии характерен феномен антиципации – более раннее начало и более тяжелое протекание заболевания у детей, по сравнению с родителями.

Особенности наследования болезней экспансии тринуклеотидных повторов на примере синдрома Мартина-Белл:

Мужчины: являются гемизиготными носителями мутаций, из них 80% больные, 20% - здоровые. Однако здоровые мужчины являются трансмиттерми – после передачи мутации дочерям они могут иметь пораженных внуков.

Женщины: являются гетерозиготными носителями мутации: здоровые – дочери мужчин-трансмиттеров, больные – внучки мужчин-трансмиттеров и сестры больных мужчин.

Существует 2 формы динамических мутаций:

премутация – характеризуется «промежуточным» числом повторов (50 – 200 СGG повторов. В норме – 5 – 50). Фенотипически не проявляется. При спиномозжечковой атаксии размер экспансии может достигать до 100 повторов;

полная мутация – возникающая при прохождении премутации через женский мейоз. Характеризуется значительным увеличением числа тринуклеотидных повторов (более 200).

73. Пренатальная диагностика-

это комплекс методов направленных на диагностику у плода морфологических, структурных, функциональных или молекулярных нарушений, проявляющихся в виде множественных пороков развития, хромосомных или моногенных болезней. Задачи: -предоставление достоверной информации родителям по степени риска –обеспечение ранней диагностики внутриутробной патологии плода –определение прогноза здоровья будущего ребенка. Показания: 1) абсолютные, если возраст беременной более 35 и мужчины старше 45., наследственные заболевания в семье, рождение первого ребенка с хромосомной аномалией, наличие у одного из супругов аномального кариотипа, наличие ультразвуковых маркеров хромосомной патологии плода, отклонение сывороточных маркеров крови плода от нормы. 2) относительные, если есть осложнение берменности, прием лекарств с тератогенным эффектом, проведение рентгенологических диагностических процедур, инфекционные заболевания. Методы: 1) непрямые. Отбирается группа с большим риском, которая нуждается в детальном наблюдении (акуш-гинекологическое, медико-генетическое (цитогенетическое, молекулярно-биологическое исследование), биохимическое, бактериологическое, серологическое) 2)прямые делятся на неинвазивные и инвазивные. Неинвазивные: УЗ обследование, ЭКГ, рентгенография. Инвазивные: хорионбиопсия, биопсия плаценты, амниоцентоз, кордоцентоз, фетоскопия (устар), биопсия тканей плода (устар). 3) просеивающие методы. К ним относят: -определение сывороточных маркеров, выделение клеток или ДНК плода из организма матери. Недостатки: 1) инвазивные методы мозут вызвать осложнения в кажестве спонтанного аборта 2) провоцирование кровотечения 3) инфекция 4) сложность процедуры (взятие крови из пуповины - кордоцентез) 5) просеивающие методы и неинвазивные не дают полного представления о здоровье ребенка. Новые методы: доимплатационная диагностика, диагностика по клеткам плода в крови матери, молекулярная диагностика.

74. Наслед болезни обмена

НБО – врожденные ошибки метаболизма, примерно 1000 нозологических единиц (устанавливается связь между мутантным геном и поврежденным звеном метаболизма: 25% НБО проявляются в новорождении) 75% НБО-ферментопатии. Может быть полное отсутствие синтеза фермента, частичное отсутствие синтеза фермента (транзиторная форма). Патогенез – стойкая функциональная недостаточность ферментативных систем – метаболический блок в соответствующий биохимической реакции – накопление патологических метаболитов, предшествующих блоку и дефицит конечных продуктов после блока – развитие патологического процесса различной степени тяжести. Например фенилкетонурия (фермент - фенилаланилгидролаза). Фенилпировиноградная кислота идет в мозг, фенилуксусная идет в печень и фенил молочная накапливается в почках.

Классифмкация НБО по принципу ведущих нарушений обмена веществ: нарушение обмена а/к, углеводов, пуринов и пиримидинов, липидов, соединительной ткани (мукополисахариды), пигментного обмена, обмена витаминов, минерального обмена, обмена кортикостероидов, обмена металлов.

Особенности НБО: 1) наследуется по рецессивному типу 2) низкая частота в популяции (1:3000-5000) 3) клинический полиморфизм: одни и те же клинические признаки могут проявляться при разных НБО, одни и те же болезни по-разному проявляются в разном возрасте(кожная порфирия у женщин при родах, у мужчин в 13 лет – болезнь Вильсона-Коновалова), в пределах одной нозологической формы наблюдаются различные степени тяжести.

Варианты клинического течения: 1) острая и ранняя манифестация (галактоземия) 2) клинические симптомы выражены с рождения (по мере роста клинического проявления, не носит острого характера) – врожденный гипотериоз – макроглоссия, желтушность. 3) первые признаки спустя несколько месяцев – выявляется после перенесенных инфекционных заболеваниях 4) редко- после периода относительного благополучия появляются не резко выраженные клинические симптомы, затем симптомы нарастают. (болезнь Вильсона-Коновалова – накопление меди -накапливается в радужке – гибель от токсического гепатита)

75. Принципы диагностики НБО

Показания к бх исследованиям нбо:

Неясные и затяжные формы желтухи у детей в период новорожденности и первые года жизни 2) Хр. Расстройства пищеварения не инфекционной природы (диарея, рвота, ранний цирроз) 3)Аномалии развития скелета нерахитического происхождения (нарушение походки, задержка физ развития) 4)Нарушение речи 5)Нарушение органов зрения 6)Дефекты поведения (леши-нихана) 7) снижение слуха или полная глухота 8) судорожный синдром, не поддающийся терапии 9) умственная отсталость 10) необычные волосы, ногти, лицо 11) стойкие изменения мочи, необычный цвет и запах мочи

Группы населения подлежащих обследованию:

Новорожденные, дети из спец учреждений, дети направленные на обследование по поводу показаний.

Скрининговые программы. Иммуноферментный анализ, биохимические методы и др.

ДНК-диагностика:

Прямая – мутации определенного гена

Косвенная – семейный анализ различных полиморфных вариантов ДНК

Косвенная диагностика – исторически более ранний подход.

Полиморфные варианты:

Минисателлиты

Микросателлиты

Мономер 5-30 пн

1-4 пн

Размер 0,5-20 kb

20-40 пн

Блот-гибридизация

ПЦР, электрофорез

Каждый человек имеет уникальный образец; образец ребенка является смесью родительских образцов

Для каждого человека есть вероятность

Наследование по Менделю

Достаточно одного эксперимента для надежной идентификации образца

Необходимо идентифицировать большое количество локусов

Методы прямой диагностики:

Блот-гибридизация

ПДРФ-анализ

ПЦР-амплификация с последующим электрофорезом

Аллель-специфическая гибридизация (амплификация)

Определение статуса метилирования

Анализ экспансии тринуклеотидных повторов

SSCP-анализ

гетеродуплексный анализ

RT-ПЦР

Секвенирование

Метод детекции ошибок спаривания

Биочиповые технологии

76. Просеивающие программы, скрининг.

Двухэтапное система обследования на НБО: 1) просеивающие программы (массовый скрининг, селективный) 2) исп методы подтверждающие диагноз

Массовый скрининг новорожденных:

Скрининг – предположительное выявление не диагностированных ранее болезней\дефекта с помощью тестов, обследований и других процедур, дающих быстрый ответ.

В практике для массового скрининга используют кровь из пяточки, высушенную на фильтровальную бумагу.

Цели и задачи МС:

Доклиническое выявление, когда раннее лечение дает хороший эффект 2)изучение распространенности аномалий 3) популяционные исследования по определению частоты метаболического дефекта 4) углуюление знаний о сущности уже известных НБО 5) разработка методов диетотерапии 6) изучение особенности бх и клинических вариантов патологии в период новорожденности и др возрастных периодах 7) выявление гетерозиготного носительства

Требования к НБО, которую целесообразно выявлять при МС:

1)Заболевания, приводящие к серьезному уменьшению качеству жизни и трудоспособности без лечения 2)заболевания, которые достаточно распространены в популяции 3) заболевания, для которых существуют методы диагностики 4) заболевания, которые поддаются лечению с достижением принципиального эффекта для больного и общества, разработаны четкие методики профилактики.

МС: фенилкетонурия (1:8000), врожденный гипотериоз 1:4000, адреногенитальный синдром, галактоземия, муковисцидоз

Требования к методам: 1) метод должен быть диагностически значимым 2) надежен и воспроизводим 3)использует легкодоступный материал 4) экономически выгодный 5) не должен давать ложноположительных результатов.

Время диагностирования – промежуток между периодом когда можно диагностировать и лечение еще эффективно

77. Селективный скрининг на НБО

Просеивание континентов повышенного риска, в котором ожидается накопление исследуемой болезни обмена. Начальные тесты с мочой, полуколичественные и количественные тесты. Самый полезный материал для выявления возможного метаболического нарушения при нбо – хронометрированная и измерительная проба мочи. Моча собирается в течении 24 часов без консервантов. Цветные реакции: цпх тесты – выделение таг-электрофорез, тест бенедикта на редуцирующие вещества - тонкослойная хромотография – количественное определение выделение сахара, тест с нитропрусидом – количественное определение цистина и гомоцистина.

78. методы подтверждающей диагностики НБО

Методы ДНК диагностики

Количественный анализ: а\к на а\к анализаторе, органических кислот, жк методом газожидкостной хромотографии.

Методы энзимодиагностики лизосомных и митохондриальных болезней. Тандемная масс-спектрометрия. Общие принципы: 1) для определения всех известных а\к-32 2) из одного пятна крови 4) быстро 5) проведение уже на 3 день жизни 6) низкая частота повторов 7) по принципу 1 метод-несколько болезней 8) низкая стоимость.

79. Саузерн,ПЦР,Электрофорез.

Полимеразная цепная реакция (амплификация ДНК in vitro). Полимеразная цепная реакция (ПЦР) представляет собой ферментативный синтез фрагментов ДНК. В пробирке с помощью ДНК-полимеразы синтезируют цепочку ДНК, комплиментарную исходной молекуле-матрице. Реакционная смесь содержит, кроме фермента и матрицы 4 дезоксинуклеотид- трифосфата, и 2 короткие цепочки ДНК (праймеры), комплиментарные концам размножаемого участка. Реакционную смесь вначале нагревают, чтобы разделить двухцепочечную матрицу, затем охлаждают, чтобы праймеры связались с комплиментарной им последовательностью, и полимераза построила вслед за праймерами всю цепочку. Циклическое повторение нагревания и охлаждения приводит к экспоненциальному росту числа копий матрицы, поскольку каждая новая двухце- почечная копия вновь разделяется и сама служит матрицей для следующего цикла синтеза. За полтора часа можно провести 30 таких циклов, что приведет к увеличению числа копий нужного фрагмента в миллионы раз.

Большая скорость амплификации, точность и простота (что дает возможность полностью автоматизировать реакцию) выгодно отличают ее от технологии рекомбинантных ДНК. Однако ПЦР имеет и некоторые недостатки. Основные из них - необходимость иметь предварительную информацию б амплифицируемом участке (нужно знать последовательность праймеров) и невозможность амплифицировать большие фрагменты (больше нескольких тысяч и.о.).

Гель-электрофорез нуклеиновых кислот

фракционирование молекул ДНК или РНК по размеру в гелевом носителе под действием электрического поля

Носители - агароза или полиакриламид (ПААГ)

Акриламид СН2=СН-СОNН2

Агароза - фракция природного линейного полисахарида агара (-D-галактопираноза и ангидро--L-галактопираноза

В данном разделе будут рассмотрены вопросы ДНК-диагностики только моногенных наследственных болезней. ДНК- диагностика мультифакториальных заболеваний также активно разрабатывается, особенно в последние годы, но обычно она может быть эффективной лишь при тех патологических состояниях, для которых удается вычленить "главный" ген, мутации которого приводят к болезни; в этих случаях стратегия диагностики мультифакториальной патологии сходна с ДНК- исследованиями при моногенных болезнях.

Все разнообразие применяемых в настоящее время в молекулярной генетике подходов для идентификации определенных генов или определенных фрагментов ДНК и их вариаций основывается на двух основных методологических разработ-ках - технологиях блот-гибридизации и амплификации отдельных участков ДНК.

Методология блот-гибридизации используется уже более

20 лет без принципиальных модификаций. Принцип блот-гиб- ридизации ДНК по Саузерну показан на рис. 13. Анализ начинается с выделения ДНК из любой ядросодер- жащей ткани организма (из любого органа, ткани, культивируемых клеток). Обычно у обследуемого берется несколько мил-лилитров крови, а при пренатальной диагностике - амниоти- ческая жидкость или биоптат хориона. Выделенная клеточная ДНК обрабатывается одной из рестрикционных эндонуклеаз, расщепляющей ДНК в строго определенных сайтах. В результате получается характерный для данного человека набор из огромного множества фрагментов различной длины, которые при электрофоретическом фракционировании в агарозном или полиакриламидном геле располагаются в зависимости от их • молекулярного веса: чем меньше фрагмент, тем выше скорость его миграции в геле. На следующей стадии происходит сам Саузерн-блоттинг (названный по имени доктора из Эдинбурга Эдмунда Саузерна, предложившего метод, а английское blot - означает промокать): фрагмент ДНК переносится осмотическим током жидкости из влажного геля на помещенный на него нитроцеллюлозный или нейлоновый фильтр. На фильтре получается реплика ДНК-рестрикта. При переносе в щелочной среде ДНК денатурирует, то есть переводится в одноцепочечное состояние, в котором она может гибридизо- ваться с меченым ДНК-зондом на исследуемый ген или ДНК- фрагмент. В зависимости от способа мечения (радиоактивный или флуоресцентный) гибридные фрагменты, соответствующие изучаемой ДНК-последовательности, выявляются авто- радиографически или с помощью флуоресцентной метки.

81. Общие закономерности этиологии и патогенеза генных болезней.

Генные болезни — разнородная по клиническим проявлениям группа заболеваний, обусловленных мутациями на генном уровне.

У человека описаны следующие виды генных мутаций, обусловливающие наследственные болезни: миссенс, нонсенс, сдвиг рамки считывания, делеции, вставки (инсерции), нарушения сплайсинга, увеличение числа (экспансия) тринуклеотидных повторов. Любой из этих видов мутаций может вести к наследственным болезням. Даже одна и та же генная болезнь может быть обусловлена разными мутациями.

Начало патогенеза любой генной болезни и его «ключевая точка» связаны с первичным эффектом мутантного аллеля, поэтому принципиальные звенья патогенеза генных болезней можно представить следующим образом: мутантный аллель -» патологический первичный продукт (качественно или количественно), цепь последующих биохимических процессов -» клетки -» органы -» организм. Это и есть главная общая закономерность развития генных болезней при всём их многообразии.

В зависимости от контролируемого конкретным геном продукта и от характера нарушения его при мутации соответствующим образом развёртывается патогенез болезни на молекулярном уровне.

Если в результате мутации будет вырабатываться избыточное количество продукта, то патогенез болезни в целом будет обусловлен именно усиленной генной активностью (еще не обнаружен в конкретных формах наследственных болезней). При другом варианте патологического эффекта мутантного гена синтезируется аномальный белок. За этим следуют нарушения той системы (клетки, органа), функции которой обеспечиваются нормальным белком (серповидно-клеточная анемия). Третий вариант патологического эффекта мутантного аллеля — отсутствие выработки первичного продукта. Чаще всего. Нарушается тот или другой процесс из всего комплекса нормального биохимического гомеостаза. Это выражается в накоплении токсичных продуктов-предшественников (фенилкетонурия). Известен и четвёртый вариант первичного патологического эффекта мутантно-го аллеля — выработка уменьшенного количества нормального первичного продукта (бетта-талассемия, акаталазия). Патогенез таких заболеваний отличается большой вариабельностью, поскольку наряду с нормальным путём обмена веществ будут протекать и патологические процессы.

82. Груз наследственной патологии в мед и соц аспекте. Оценка тяжести мед и соц последствий.    

Наследственная патология определяется грузом мутаций, вновь возникающих и унаследованных из предыдущих поколений. Эффекты мутационного процесса для популяций человека выражаются в медицинском и социальном значениях.

Медицинские последствия мутационного груза - повышенная потребность в медицинской помощи и сниженная продолжительность жизни больных. Болезнь требует большого объёма медицинской помощи и постоянного лечения. Основные виды медицинской помощи следующие: при врождённых пороках развития - детская хирургия; при хромосомных болезнях - социальная поддержка: при генных болезнях — медицинское лечение и социальная поддержка.

Продолжительность жизни больных с наследственной патологией зависит от формы болезни и уровня медицинской помощи.

О социальной и медицинской значимости профилактики наследственных болезней говорят факты социальной дизадаптации (инвалидности) больных, а также экономические затраты на их содержание. Наряду с медицинской и социальной значимостью профилактики наследственных болезней не менее важным являются психологические аспекты в семье при наличии больного ребёнка. Необходимость профилактики наследственных болезней диктуется и популяционными закономерностями их распространения. Такие болезни передаются из поколения в поколение. При улучшении медицинской помощи такие больные будут не только дольше жить, что автоматически повышает число больных с наследственной патологией в популяции, но и передавать мутации от поколения к поколению.

Регистр для общей наследственной патологии. Этапы:

1. Выявление больных с высоким риском (более 10%). Методы: прямой (срининг или рутинная диагностика в поликлиниках и стационарах) и непрямой (сведения из других регистров и картотек, таких как амбулаторные карты, истории болезни).

Подсчет риска рождения пораженных детей у лиц, включенных в регистр, на основе генетических методов расчета или эмпирических данных.

3. Совершенствование методов наблюдения и контакта с лицами, имеющими высокий риск рождения больного ребенка

85. Моногенные болезни. Типы наследования признаков или заболеваний, обусловленных мутацией одного гена.

Генетическая основа моногенно обусловленных форм наследственной предрасположенности – мутации индивидуальных генов. С учетом локализации гена и характера его проявления можно выделить основные типы наследования:

Аутосомно-доминантный (соотношение больных муж и жен 1:1; соотношение больных и здоровых 1:1; синоним этого типа наследования – «вертикальное», т.е. больные встречаются в каждом поколении; характерен феномен пенетрантности (пробивания) – может наблюдаться проскок в поколении).

Аутосомно-рецессивный (соотношение больных муж и жен 1:1; соотношение больных и здоровых 1:3; синоним – «горизонтальный», т.к. выше по поколению может не быть заболевания, но встречается среди сибсов внутри поколения; у больных детей часто клинически здоровые родители, которые являются гетерозиготами; если оба родителя больны – дети больны; часто при кровно-родственных браках).

Х-сцепленный доминантный ( а) жен здорова, муж болен -› заболевание передается от больного отца всем дочерям, но не передается сыновьям; соотношение муж и жен 1:1. б) жен больна (гетерозигота), муж здоров -› соотношение муж и жен 1:1; соотношение больных и здоровых муж 1:1; соотношение здоровых жен и носительниц 1:1. у пробанда обязательно болен кто-нибудь из родителей; у муж заболевание протекает тяжелее, чем у жен).

Х-сцепленный рецессивный ( а) жен здорова, муж болен -› все дети здоровы, но все жен – носительницы; б) жен носительница, муж здоров -› соотн здоровых жен и носительниц 1:1; соотн здоровых и больных муж 1:1; 25% детей больны (мальчики).

У-сцепленный тип наследования (болеют только муж, передается от отца к сыну).

Митохондриальный/цитоплазматический (соотн больных муж и жен 1:1; передача болезни только от матери).

89. медико-генетическое консультирование.

Медико-генетическое консультирование — специализированный вид меди-

медицинской помощи является наиболее распространённым видом профилактики

наследственных болезней. Суть его заключается в определении прогноза рождения ребёнка с наследственной патологией на основе уточнённого диагноза, в объяснении вероятности этого события консультирующимся и помощи семье в принятии решения о деторождении. Термин медико-генетическая консультация определяет два понятия:

1) консультация врача-генетика как врачебное заключение;

2) специализированное учреждение здравоохранения (как самостоятельное,

так и в составе объединения).

Показаниями для медико-генетического консультирования являются:

1) установленная или подозреваемая наследственная болезнь в семье в широком смысле слова; рождение ребёнка с врождённым пороком развития; задержка физического развития или умственная отсталость у ребёнка; повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения; выявление патологии в ходе просеивающих программ.

2) кровнородственные браки;

3) воздействие известных или возможных тератогенов в первые 3 мес беременности;

4) неблагополучное протекание беременности.

В принципе каждая супружеская пара должна пройти медико-генетическое консультирование до планирования деторождения (проспективно) и безусловно после рождения больного ребёнка (ретроспективно). Врач-генетик выполняет две основные функции. Во-первых, он с помощью других узких специалистов устанавливает диагноз, используя при дифференциальной диагностике специальные генетические методы, и, во-вторых, определяет прогноз здоровья будущего (или уже родившегося) потомства. Перед врачом всегда возникают врачебные, генетические и деонтологические проблемы; на разных этапах консультирования преобладают то одни, то другие. Медико-генетическая консультация состоит из 4 этапов: диагностика, прогнозирование, заключение, совет. При этом необходимо откровенное и доброжелательное общение врача-генетика с семьёй больного.

Целью генетического консультирования в общепопуляционном смысле является снижение груза патологической наследственности, а цель отдельной консультации — помощь семье в принятии правильного решения по вопросам планирования семьи, лечения и прогноза здоровья больного. Следовательно, критерием эффективности медико-генетического консультирования вшироком смысле служит изменение частоты патологических генов, а отдельной консультации — изменение поведения супругов, обращающихся в консультацию по вопросам деторождения. При широком внедрении медико-генетического консультирования может быть достигнуто некоторое уменьшение частоты наследственных болезней, а также смертности (особенно детской). Главный итог медико-генетического консультирования — моральный для тех семей, в которых не родились больные дети или в которых родились здоровые дети. Расчёты показывают, что из каждых 100 проконсультированных семей в 3—5 не рождаются больные дети (без консультации они бы родились), несмотря на то что 25—30% проконсультированных не следуют совету врача-генетика. Если бы лечащие (или семейные) врачи помогли супругам следовать таким рекомендациям, то эффективность медико-генетического консультирования была бы ещё выше. Популяционные эффекты медико-генетического консультирования выражаются в изменении частоты патологических аллелей. Этот показатель изменится мало, потому что основной вклад в частоту генов в популяциях вносят гетерозиготные носители, а частота последних в результате консультирования практически не изменится. Если консультируемые будут следовать советам врача-генетика, то уменьшится только число гомозиготных носителей. Снижение частоты тяжёлых доминантных болезней в популяциях в результате медико-генетического консультирования не будет существенным, потому что 80—90% из них являются результатом новых мутаций. Кабинеты медико-генетического консультирования должны быть организованы во всех областных и крупных городских больницах. Стабильности в этом виде помощи в нашей стране пока нет из-за тяжёлого экономического положения здравоохранения. Объём медико-генетического консультирования, безусловно, зависит от уровня медицинской помощи в стране. При развитом здравоохранении реальные потребности в медико-генетическом консультировании достаточно большие. Например, всем семьям, родившим детей с врождённой и наследственной патологией (их около 5%), требуется медико-генетическая помощь. Следовательно, в России это число на 1 200 000 родов в год будет равно 60 000. В медико-генетическом консультировании нуждаются женщины, рожающие в возрасте старше 35 лет. В год в России рожают более 50 000 женщин старше 35 лет. Другие расчёты консультаций по поводу ранних форм сердечно-сосудистых заболеваний, раковых семей, нервных, психических и других болезней показывают, что каждая 5—10-я семья нуждается в общем или специализированном медико-генетическом консультировании.

91. расчет риска при аутос-доминантном типе наследования.

Аутосомно-доминантный тип наследования схематически можно представить следующим образом:

где А - доминантный патологический ген; а - ген, обуславливающий нормальный признак; Аа - генотип индивида, имеющего один доминантный ген, определяющий патологический признак или болезнь; аа - генотип здоровых индивидов.

В среднем половина детей будет иметь генотип Аа, т.е. вероятность доминантного заболевания у потомства будет составлять 50%. Для аутосомно-доминантного типа наследования характерно: - заболевание регулярно передается из поколения в поколение, т.е. прослеживается в родословной по вертикали и отмечается поражение многих поколений (кроме случаев мутации de novo);

-заболевание с одинаковой частотой и тяжестью встречается как у мужчин, так и у женщин;

имеется передача гена от родителей сыновьям и дочерям;

доля больных детей составляет 50%, если болен один из родителей;

здоровые индивиды в семье, как правило, имеют здоровых потомков (рис. 3).

-средний возраст отцов в спорадических случаях (мутации de novo) повышен;

- частота спорадических случаев заболеваний положительно ассоциируется с тяжестью фенотипа;

-чем больше репродуктивная приспособленность пораженного лица, тем меньше вероятность данного случая быть результатом новой мутации.

Аутосомно-доминантные фенотипы часто;

ассоциируют с врожденными уродствами или другими физическими особенностями;

являются плейотропными;

клинически вариабельны;

менее тяжелые, чем с рецессивным типом передачи;

зависимы от возраста.

96. Понятие о популяционной географии наследственных болезней. Подходы к изучению географии наследственных болезней.

Популяционная генетика фенилкетонурии, как и большинства аутосомно-рецессивных болезней, сложная. Частота фенилкетонурии в большинстве европейских стран в среднем составляет, по-видимому, 1:10 000 новорождённых. Однако по этому показателю имеются значительные различия между популяциями: 1:2600 в Турции, 1:4500 в Ирландии, 1:6000 в Белоруссии, 1:16 000в Китае, 1:30 000 в Швеции, 1:119 000 в Японии. Частота гетерозигот в большинстве европейских популяций составляет 1:100. Механизмы накопления гетерозигот в популяциях неизвестны. Вероятно, это обусловлено селективным преимуществом гетерозигот, потому что гомозиготы, т.е. больные, без

лечения ранее не оставляли потомства, а доказательств повышенного мутационного процесса в соответствующем локусе нет.

98. Генетические регистры. Информационное обеспечение медико-генетической службы на современном этапе (экспертно-диагностические системы).

Регистр – метод учета достаточно важных сведений, поступающих регулярно. Задача – предупреждение генетического заболевания. Цели: 1.Терапевтическая цель – облегчение течения заболевания в последующих поколениях, ведение диспансерной работы среди больных и осуществление доклинической диагностики. 2. Повышение эффективности медико-генетического консультирования. 3. Осуществление мониторинга по оценке результатов генетического консультирования. 4. Научная цель – сбор и анализ эпидемиологических данных, поиски родоначальников отдельных наследственных заболеваний. 5. Профилактическая цель – определение риска передачи патологического гена лицам с наследственными заболеваниями потомкам для проведения МГК и пренатальной диагностики, когда это возможно. 6. Сбор информации об ассоциации ВПР и возможных мутантных агентов. 7. Цитогенетическая цель – регистр является источником информации о взаимосвязях фенотипа пораженного индивидуума с хромосомными аномалиями. 8. Эпидемиологическая цель – выявление популяционной частоты наследственного заболевания; в случае МФЗ – установление роли факторов внешней среды. Регистр бывает общенациональный и региональный. Назначение: 1. Отдельные моногенные болезни (гемофилия, диффузный полипоз, фенилкетонурия). 2. Общая наследственная патология. 3. Регистры для ВПР.

Регистр для моногенного заболевания: 1. Ежегодный список лиц, у которых риск ниже 10% (пожилые люди, у которых поражены родители, или молодые люди, у которых поражены бабушки или дедушки, но родители здоровы). 2. Ежегодный список лиц, угрожаемых по заболеванию, которые покинули район, обслуживаемый регистром. Это необходимо для поддержания контакта с ними или сообщения сведений о них по новому месту жительства. Главная картотека включает в себя данные на всех пораженных и угрожаемых по данному заболеванию. Цель – выявление и предупреждение всех серьезных генетических болезней, встречающихся в популяции региона, для которого он предназначен.

Регистр для общей наследственной патологии. Этапы:

Выявление больных с высоким риском (более 10%). 2 метода: прямой (скрининг или рутинная диагностика в поликлиниках и стационарах) и непрямой (сведения из других регистров и картотек, таких как амбулаторные карты, истории болезни).

Подсчет риска рождения пораженных детей у лиц, включенных в регистр, на основе генетических методов расчета или эмпирических данных.

Совершенствование методов наблюдения и контакта с людьми, имеющими высокий риск рождения больного ребенка.

Регистр для ВПР. Цель – Мониторинг ВПР, Выявление тератогенных факторов, Провести параллель между возможными этиологическими факторами и характером ВПР, Увеличить процент идентифицированных ВПР, Попытаться установить отдаленные последствия ВПР.

99. Методы профилактики наследственных болезней.

С профилактической точки зрения всю наследственную патологию можно разделить на три категории: 1) вновь возникающие мутации (анеуплоидии и тяжёлые формы доминантных мутаций); 2) унаследованные от предыдущих поколений (как генные, так и хромосомные); 3) болезни с наследственной предрасположенностью.

Различают три вида профилактики наследственной патологии.

Под первичной профилактикой понимают такие действия, которые должны предупредить зачатие больного ребёнка. Реализуется это планированием деторождения и улучшением среды обитания человека.

Планирование деторождения включает три основные позиции.

1.Оптимальный репродуктивный возраст, который для женщин составляет 21—35 лет.

2.Отказ от деторождения в случаях высокого риска наследственной и врождённой патологии.

3.Отказ от деторождения в браках с кровными родственниками и между двумя гетерозиготными носителями патологического гена.

Улучшение среды обитания человека должно быть направлено главным на предупреждение вновь возникающих мутаций. Осуществляется это путём жёсткого контроля содержания мутагенов и тератогенов в окружающей среде.

Вторичная профилактика осуществляется путём прерывания беременности в случае высокой вероятности заболевания плода или пренатально диагностированной болезни.

Прерывание беременности - в настоящее время единственное практически пригодное решение при большинстве тяжёлых и смертельных генетических дефектов.

Под третичной профилактикой наследственной патологии понимают коррекцию проявления патологических генотипов. Это можно назвать и нормокопированием, поскольку при патологическом генотипе стремятся получить нормальный фенотип. Третичная профилактика применяется как при наследственных болезнях, так и при болезнях с наследственной предрасположенностью. С её помощью можно добиться полной нормализации или снижения выраженности патологического процесса. Предотвращение развития наследственного заболевания включает в себя комплекс лечебных мероприятий, которые можно осуществлять внутриутробно или после рождения. Для некоторых наследственных заболеваний возможно внутриутробное лечение (например, резус-несовместимость).

Предотвращение развития заболевания используется в настоящее время для коррекции (лечения) после рождения больного (например, при фенилкетонурии).Системная организация профилактики наследственных болезней и болезней с наследственной предрасположенностью должна включать несколько этапов и проводиться на популяционном уровне. Исходя из современных представлений о наследственной патологии и методических возможностей, профилактика должна осуществляться на разных уровнях онтогенеза.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11998. ОБГРУНТУВАННЯ МАРКЕТИНГОВОЇ (РИНКОВОЇ) СТРАТЕГІЇ КОМЕРЦІЙНОГО БАНКУ І МЕХАНІЗМІВ ЇЇ РЕАЛІЗАЦІЇ ( НА МАТЕРІАЛАХ ТОВ УКРПРОМБАНК) 63.31 KB
  ЗВІТ про результати переддипломної практики на тему Обгрунтування маркетингової ринкової стратегії КОМЕРЦІЙНОГО БАНКУ і механізмів її реалізації НА МАТЕРІАЛАХ тов укрпромбанк Зміст Вступ 1 Загальна характеристика діяльності ТОВ Укрпромб
12000. Стратегія банків України на ринку цінних паперів 820.5 KB
  ЗВІТ ПРО ПЕРЕДДИПЛОМНУ ПРАКТИКУ на тему: Стратегія банків України на ринку цінних паперів ЗМІСТ ВСТУП РОЗДІЛ 1 СУТНІСТЬ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ ОБЄКТІВ І СУБЄКТІВ РИНКУ ЦІННИХ ПАПЕРІВ УКРАЇНИ 1.1 Обєкти ринку цінних паперів в Україні: сутність та структура 1.2 Суб’єк...
12001. Расчет системы теплоснабжения молочного предприятия в городе Москва» 411.56 KB
  Надежное и экономичное обеспечение предприятий теплоносителями требуемых параметров, гарантирующими производство качественной продукции, является важной задачей. Актуальность данной проблемы определяется так же ограниченностью невозобновляемых энергоресурсов
12002. Деятельность предприятия на фондовом рынке РК 672.13 KB
  Оглавление Введение 1 Теоретические аспекты деятельности фондового рынка Республики Казахстан 1.1 Основы профессиональной деятельности на рынке ценных бумаг 1.2 Функционирование фондовой биржи КАSЕ как основной саморегулируемой организации 1.3 ...
12004. Банковская система России. Анализ становления и тенденции развития 901.5 KB
  ТЕМА: Банковская система России. Анализ становления и тенденции развития Введение Интерес к ныне существующей в России банковской системе вызван как практическими так и теоретическими обстоятельствами. Известно что банковская система России прошла сложны...
12005. Становление и развитие кредитных организаций в Республике Казахстан 891.07 KB
  Современное состояние и анализ развития кредитных организаций в Республике Казахстан. Анализ деятельности банков как кредитных организаций. Динамика развития небанковских кредитных организаций в Казахстане. Оценка деятельности кредитного учреждения АО Астана-Финанс
12006. Совершенствование банковского надзора в республике Казахстан 599.85 KB
  Регулирование и надзор деятельности банков второго уровня Содержание Введение. Теоретические основы регулирования и надзора банковской деятельности. Цели принципы и задачи государственного регулирования и надзора банковской