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 хромосомных болезней (ХБ) берет начало с кинических исследований, проводившихся задолго до описания хромосом человека и открытия хромосомных аномалий.

ХБ — 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 ХБ, связанных со структурными перестройками хромосом. Интенсивное развитие учения о ХБ началось в 70-х гг. XX в. после разработки методов дифференциального окрашивания хромосом.

Классификация ХБ основана на типах мутаций вовлеченных в них хромосом. Мутации в половых клетках приводят к развитию полных форм ХБ, при которых все клетки организма имеют одну и ту же хромосомную аномалию

В настоящее время описано 2 варианта нарушений числа хромосомных наборов — тетраплодия 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 патология у человека. Ряд ХБ связан с нарушением числа половых хромосом.

Самая многочисленная группа ХБ — это синдромы, обусловленные структурными перестройками хромосом. Выделяют хромосомные синдромы так называемых частичных моносомий (увеличение или уменьшение числа отдельных хромосом не на целую хромосому, а на ее часть).

[sms]

В связи с тем, что подавляющая часть хромосомных аномалий относится к категории летальных мутаций, для характеристики их количественных параметров используются 2 показателя — частота распространения 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, что все аномалии можно отнести к мутациям. Доказано, что в общем случае хромосомные мутации почти полностью исчезают из популяции через 15 – 17 поколений.

Для всех форм ХБ общим признаком является множественность нарушений (врожденные пороки развития). Общими проявлениями ХБ 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 статусах и др.

Степень поражения органов при ХБ зависит от многих факторов — типа хромосомной аномалии, недостающего или избыточного материала индивидуальной хромосомы, генотипа организма, условий среды, в котором развивается организм.

Этиологическое лечение ХБ в настоящее время не разработано.

Разработка методов пренатальной диагностики делает этот подход эффективным в борьбе не только с хромосомными, но и с другими 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. 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 приводить 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 1:10000 новорожденных, “неклассической” — около 1% в популяции. В зависимости от характера нарушения функции гена и клинических проявлений “классическая форма” подразделяется на два варианта:

летальная сольтеряющая форма;

нелетальная — вирилизирующая форма, связанная с избытком андрогенов (Morel, Miller, 1991 г.).
В локусе 6р21.3, внутри сложного супергенетического комплекса HLA идентифицированы два тандемно расположенных 21-гидроксилазных гена — функционально активный CYP 21B и псевдоген — CYP 21А, 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 указывают 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, у которых активен только ген CYP 21A, но не CYP 21B, 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%, 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 CYP 21B аллелей HLA A и HLA B генов, а также алелей гена HLA DQA 1. Прямая ДНК диагностика АГС основана на амплификакции с помощью ПЦР отдельных фрагментов генов CYP 21B и CYP 21A , их рестрикции эндонуклеазами HaeIII или RsaI и анализе полученных фрагментов после электрофореза (Evgrafov et al ., 1995).

Спинальная мышечная атрофия

Спинальная мышечная атрофия (СМА) — аутосомно-рецессивное заболевание, характеризующееся 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 1:6000 новорожденных).

СМА подразделяется на три клинические формы.

Острая форма (болезнь Верднига – Гоффмана): проявляется в первые 6   месяцев жизни и приводит к смерти уже в первые два года;

Средняя (промежуточная) форма: пациенты не могут стоять, но обычно живут более 4-х лет;

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 D5 S125 (5q13) и идентифицированного методом позиционного клонирования в 1995 г. (Lefebvre et al. 1995).

В этой пока единственной работе показано, что ген SMN размером всего 20000 п.о. состоит из 8 экзонов. Молекула РНК этого гена содержит 1700 п. о. и кодирует ранее неизвестный белок из 294 аминокислотных остатков с молекулярным весом 32 кДальтона.

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. Ген назван с BCD 541 — по аналогии с первоначальным вариантом названия для теломерной копии, то есть гена SMN, tBCD 541. Ген cBCD 541 экспрессируется, но в отличие от гена SMN его сДНК подвергается альтернативному сплайсингу с утратой экзона 7. Отсутствие гена SMN (tBCD 541) 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 запрограммированной гибели нейронов (neuronal apoptosis inhibitory protein — NAIP). При тяжелых клинических формах СМА (Тип I), обусловленных делециями, по-видимому, нередко происходит утрата гена NAIP.

По гипотезе авторов СМА возникает при гомозиготном состоянии мутаций (обычно делеций) в гене SMN, при этом различия между формами СМА определяются двумя основными факторами:

числом копий гена cBCD 541 (две — в случае Типа I и четыре, возникающих вследствие конверсии между SMN и cBCD 541, — в случае Типа III);

наличием или отсутствием гена NAIP среди всех обследованных СМА-больных не обнаружены случаи одновременной делеции обоих гомологичных генов SMN (tBCD 541) и с BCD 541, 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 cBCD 541) с помощью SSCP-анализа. При необходимости возможна косвенная диагностика — ПЦР-анализ динуклеотидных (CA) повторов ДНК локусов D5 S125; D5 S112; D5 S127; ПДРФ-анализ с фланкирующими ДНК-зондами MU, 105 – RA; 153 – GT .

[/sms]