Реферат: Генные болезни

Реферат: Генные болезни

Генные болезни.

Это группа болезней, в основе развития которых лежат нарушения числа или

структуры хромосом, возникающие в гаметах родителей или на ранних стадиях

дробления зиготы. История изучения Х.б. берет начало с кинических

исследований, проводившихся задолго до описания хромосом человека и открытия

хромосомных аномалий. Х.б. - болезнь Дауна (трисомия 21) , синдромы: Тернера

(трисомия 18), Клайнфелтера, Патау (трисомия 13), Эдвардса.

С разработкой метода авторадиографии стала возможной идентификация некоторых

индивидуальных хромосом, что способствовало открытию группы Х.б., связанных

со структурными перестройками хромосом. Интенсивное развитие учения о Х.б.

началось в 70х годах 20 в. после разработки методов дифференциального

окрашивания хромосом.

Классификация Х.б. основана на типах мутаций вовлеченных в них хромосом.

Мутации в половых клетках приводят к развитию полных форм Х.б., при которых

все клетки организма имеют одну и ту же хромосомную аномалию.

В наст. Время описано 2 варианта нарушений числа хромосомных наборов -

тетраплоидия и триплодия. Другая группа синдромов обусловлена нарушениями

числа отдельных хромосом – трисомиями (когда имеется добавочная хромосома в

диплоидном наборе) или моносомия (одна из хромосом отсутствует).Моносомии

аутосом несовместимы с жизнью . Трисомии - более часто встречающаяся

паталогия у человека . Ряд хромосомных болезней связан с нарушением числа

половых хромосом.

Самая многочисленная группа Х.б.- это синдромы, обуслов

ленные структурными перестройками хромосом. Выделяют хромо-

сомные синдромы так называемых частичных моносомий (увеличение или уменьшение

числа отдельных хромосом не на целую хромосому, а на ее часть).

В связи с тем, что подавляющая часть хромосомных аномалий относится к

категории летальных мутаций, для характеристики их количественных параметров

используются 2 показателя - частота распространениея и частота возникновения.

Выяснено, что около 170 из 1000 эмбрионов и плодов погибают до рождения, из

них около 40% - вследствие влияния хромосомных нарушений. Тем не менее,

значительная часть мутантов (носителей хромосомной аномалии) минует действие

внутриутробного отбора .

Но некоторые из них погибают в раннем детстве. Больные с аномалиями половых

хромосом из - за нарушений полового развития , как правило, не оставляют

потомства. Отсюда следует - все аномалии можно отнести к мутациям. Показано

,что в общем случае хромосомные мутации почти полностью изчезают из популяции

через 15 - 17 поколений .

Для всех форм Х.б. общим признаком является множественность нарушений

(врожденные пороки развития). Общими проявлениями Х.б. являются: задержка

физического и психомоторного развития, умственная отсталость, костно-мышечные

аномалии, пороки сердечно - сосудистой, мочеполовой, нервной и др. систем,

отклонение в гормональном, биохимическом и иммунологическом статусе и др.

Степень поражения органов при Х.б. зависит от многих факторов - типа

хромосомной аномалии, недостающего или избыточного материала индивидуальной

хромосомы, генотипа организма, условий среды, в котором развивается организм.

Этиологическое лечение Х.б. в настоящее время не разработано.

Разработка методов пренатальной диагностики делает этот подход эффективным в

борьбе не только с хромосомными, но и с др. наследственными болезнями.

-

К настоящему времени на хромосомах человека картировано около 800 генов,

мутации которых приводят к различным наследственным заболеваниям. Количество

моногенных заболеваний, для которых известна локализация контролирующего

гена, еще больше и приближается к 950 за счет существования аллельных серий,

то есть групп болезней, клинически сильно отличающихся друг от друга, но

обусловленных мутациями в одном и том же гене . Для всех этих заболеваний

принципиально возможна пренатальная диагностика с использованием косвенных

методов молекулярного анализа .

Более половины картированных генов клонировано и охарактеризовано методами

молекулярного анализа. Для каждого из этих генов описаны мутантные варианты

среди соответствующих групп больных, причем количество идентифицированных

аллелей в разных генах может колебаться от одного до нескольких сотен

(см.ниже). Молекулярное генотипирование мутации позволяет проводить прямую

пренатальную диагностику соответствующего наследственного заболевания в

семьях высокого риска.

Другое положение, которое следует напомнить в вводной части этой главы

касается специфичности мутационных повреждений каждого структурного гена.

Несмотря на наличие общих закономерностей в мутационных процессах, спектр

мутаций для каждого гена, равно как и сами структурные гены —уникальны.

Причины этой уникальности кроются в особенностях первичной структуры ДНК

каждого гена, в частности, обогащенности CG нуклеотидами, его размерах,

наличии прямых и обращенных повторов, присутствии внутри гена ДНК

последовательностей, гомологичных внегенным участкам, что может приводть к

нарушениям процессов рекомбинации в мейозе и.т.д. Для каждого

идентифицированного гена, мутации которого приводят к наследственным

заболеваниям, разработаны эффективные методы молекулярной диагностики, как

правило, направленные на генотипирование наиболее частых мутаций этого гена.

Реже для этих же целей используется непрямой метод диагностики с помощью

молекулярных маркеров.

Примеры болезней

Адрено-генитальный синдром.

Адрено-генитальный синдром —(врожденный дефицит 21‑гидроксилазы)

—достаточно распространенное аутосомно-рецессивное заболевание. Частота

«классических»форм 1:10 000 новоржденных, «неклассической»—около 1% в

популяции. В зависимости от характера нарушения функции гена и,

соответственно клинических проявлений «классическая форма»подразделляется на

два варианта: 1. летальная сольтеряющая форма; 2. нелетальная —вирилизирующая

форма, связанная c избытком андрогенов (Morel, Miller, 1991).

В локусе 6р21.3, внутри сложного супергенетического комплекса HLA

идентифицированы два тандемно расположенных 21‑гидроксилазных гена

—функционально активный CYP21B и псвдоген —CYP21А, неактивный вследствие

делеции в 3‑м экзоне, инсерции со сдвигом рамки считывания в 7‑м

экзоне и нонсенс мутаций —в 8‑м экзоне. Ген и псевдоген разделены

смысловой последовательностью гена С4В, кодирующей 4‑й фактор

комплемента. Оба гена состоят из 10 экзонов, имеют длину 3,4 кб и отличаются

только по 87 нуклеотидам. Высокая степень гомологии и тандемное расположение

указвают на общность эволюционного происхождения этих генов. Любопытно

отметить, что такие же тандемно расположенные гены 21‑гидроксилазы

(называемые также Р450с21) обнаружены и у других млекопитающих, причем у

мышей, в отличие от человека, активен только ген CYP21A, но не CYP21B, тогда

как у крупного рогатого скота функционально активны оба гена.

Белок- 21‑гидроксилаза ( Р450с21- микросомальный цитохром 450)

обеспечивает превращение 17‑гидроксипрогестерона в

11‑дезоксикортизол и прогестерона —в дезоксикортикостерон. В первом

случае возникает дефицит глюкокортикоидов и, прежде всего, кортизола, что в

свою очередь стимулирует синтез АКТГ, и ведет к гиперплазии коры

надпочечников (вирилирующая форма). Нарушение превращения прогестерона в

дезоксипрогестерон ведет к дефициту альдостерона, что в свою очередь нарушает

способность почек удерживать ионы натрия и приводит к быстрой потере соли

плазмой крови (соль теряющая форма).

Как и в случае гемофилии А, наличие рядом с кодирующим геном гомологичной ДНК

последовательности зачастую ведет к нарушениям спаривания в мейозе и, как

следствие этого, к конверсии генов (перемещения фрагмента активного гена на

псевдоген), либо к делеции части смыслового гена. В обоих случаях функция

активного гена нарушается. На долю делеций приходится около 40% мутаций, на

долю конверсий —20% и примерно 25% составляют точечные мутации. Согласно

отечественным данным в случае наиболее тяжелой сольтеряющей формы АГС, на

долю конверсий приходится более 20% мутантных хромосом, на долю делеций

—около 10% (Evgrafov et al., 1995).

Непрямая диагностика АГС возможна с помощью типирования тесно сцепленных с

геном CYP21B аллелей HLA A и HLA B генов, а также алелей гена HLA DQA1.

Прямая ДНК диагностика АГС основана на амплификакции с помощью ПЦР отдельных

фрагментов генов CYP21B и CYP21A, их рестрикции эндонуклеазами HaeIII или

RsaI и анализе полученных фрагментов после электрофореза (Evgrafov et al.,

1995).

10.4.10 Спинальная мышечная атрофия.

Спинальная мышечная атрофия (СМА) — аутосомно-рецессивное заболевание,

характеризуется поражением моторных нейронов передних рогов спинного мозга, в

результате чего развиваются симметричные параличи конечностей и мышц

туловища. Это —второе после муковисцидоза наиболее частое летальное

моногенное заболевание (частота 1: 6 000 новорожденных).

СМА подразделяется на три клинические формы. Тип I. Острая форма (болезнь

Верднига-Гоффмана), проявляется в первые 6 месяцев жизни и приводит к смерти

уже в первые два года; Тип II. Средняя (промежуточная) форма, пациенты не

могут стоять, но обычно живут более 4‑х лет; Тип III. Ювенильная форма

(болезнь Кугельберга-Веландера) —прогрессирующая мышечная слабость после

2‑х лет. Все три формы представляют собой аллельные варианты мутаций

одного гена SMN (survival motor neurons), картированного в локусе D5S125

(5q13) и идентифицированного методом позиционного клонирования (см.Главу III)

в 1995г (Lefebvre et al. 1995). В этой пока единственой работе показано, что

ген SMN размером всего 20 000 п.о.состоит из 8 экзонов. мРНК этого гена

содержит 1 700 п.о. и кодирует ранее неизвестный белок из 294 аминокислотных

остатков с молекулярным весом 32 КилоДальтона.

Ген дуплицирован. Его копия (возможно вариант псевдогена) располагается

несколько ближе к центромере и отличается от гена SMN наличием 5‑и

точечных мутаций, позволяющих отличить оба гена путем амплификации экзонов 7 и

8 и их исследованием методом SSCP анализа (см.Главу IV). Ген назван сBCD541, по

аналогии с первоначальным вариантом названия для теломерной копии, то есть гена

SMN, tBCD541. Ген cBCD541 экспрессируется, но в отличие от гена SMN его сДНК

подвергается альтернативному сплайсингу с утратой экзона 7. Отсутствие гена SMN

(tBCD541) у 93% больных (213 из 229), его разорванная (interrupted) структура у

13 обследованных пациентов (5.6%) и наличие серьезных мутаций у оставшихся

3‑х больных дали основание именно данную теломерную копию гена считать

ответственной за заболевание. Существенно отметить, что центромерная копия гена

обнаружена у 95.5% больных, тогда как отсутствует она только у 4,4%

пациентов.

В непосредственной близости от теломерного конца гена SMN идентифицирован еще

один ген —ген белка-ингибитора запрогаммированной гибели нейронов (neuronal

apoptosis inhibitory protein -NAIP). При тяжелых клинических формах СМА (Тип

I), обусловленных делециями, по-видимому, нередко происходит утрата гена

NAIP.

Согласно гипотезе авторов СМА возникает при гомозиготном состоянии мутаций

(обычно-делеций) в гене SMN, при этом различия между формами СМА определяются

двумя основными факторами: 1. числом копий гена cBCD541 (две —в случае Типа I и

четыре (возникающих вследствие конверсии между SMN и cBCD541) — в случае Типа

III), 2. наличием или отсутствием гена NAIP. Среди всех

обследованных СМА-больных не обнаружены случаи одновременной делеции обоих

гомологичных генов - SMN (tBCD541) и сBCD541,что указывает, по

мнению авторов,на то, что такая аберрация должна проявляться как

доминантная леталь еще в эмбриогенезе.

Некоторые положения этой, безусловно, основополагающей работы французских

авторов, по-видимому, еще требуют уточнения, однако, уже сейчас она сделала

возможной прямую молекулярную диагностику СМА у 98,6% больных. С этой целью

проводится амплификация экона 7, который отсутствует у подавляющего

большинства больных. Нормальный экзон 7 (ген SMN) дифференцируют от

мутантного варианта (ген cBCD541) c помощью SSCP анализа. При необходимости

возможна косвенная диагностика —ПЦР анализ динуклеотидных (CA) повторов ДНК

локусов D5S125; D5S112; D5S127; ПДРФ-анализ с фланкирующими ДНК-зондами MU,

105—RA; 153— GT.