Пішак_Медична біологія_2004. Лауреат и но белівсь ко ї прем І ї мечников І
 Скачать 14.51 Mb.
|
|
Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини Рис. 1.121 Родовід при аутосомно домінантному типі успадкування. 5) захворювання повинно проявлятися в кожному поколінні; 6) гетерозиготні індивідууми уражені. Прикладом аутосомно домінантного типу успад- кування може бути характер успадкування шести палості (багатопалості). Шестипалі кінцівки яви- ще досить рідкісне, але стійко зберігається у ба- гатьох поколіннях деяких родин (рис. 1.121). Бага топалість стійко повторюється в нащадків, якщо хоча б один із батьків багатопалий, і відсутня в тих випадках, коли в обох батьків кінцівки нормальні. У нащадків багатопалих батьків ця ознака присутня в рівній кількості у хлопчиків і дівчаток. Дія цього гена в онтогенезі з'являється досить рано і має ви- соку пенетрантність. При аутосомно домінантному типі успадкуван- ня ризик появи хвороби в нащадків, незалежно від статі, складає 50 %, але прояви захворювання пев- ною мірою залежать від пенетрантності. Аналіз родоводів показує, що за таким типом ус- падковуються: синдактилія, хвороба Марфана, ахонд- роплазія, брахідактилія, геморагічна телеангіектазія Ослера, гемахроматоз, гіпербілірубінемія, гіпер ліпопротеїнемія, різні дизостози, мармурова хвороба, незавершений остеогенез, нейрофіброматоз Реклін гаузена, отосклероз, хвороба Пельціуса Мерцба хера, пельгірівська аномалія лейкоцитів, періодична адинамія, перніциозна анемія, полідактилія, порфирія гостра інтермітуюча, птоз спадковий, ідіопатична тромбоцитопенічна пурпура, таласемія, туберозний склероз, фавізм, хвороба Шарко Марі, хвороба Штурге Вебера, множинні екзостози, ектопія криш- талика, еліптоцитоз (Л. О. Бадалян зі співавт, 1971). За аутосомно рецесивного успадкування реце- сивні гени фенотипно виявляються тільки в гомози- готному стані, що затруднює як виявлення, так І вивчення характеру успадкування. Цьому типу успадкування властиві такі законо- мірності: 1) якщо хвора дитина народилася у фенотипно нормальних батьків, то батьки обов'язково гетеро- зиготи; 2) якщо уражені сибси народилися від близько родинного шлюбу, то це доказ рецесивного успад- кування захворювання; 3) якщо вступають у шлюб хворий на рецесивне захворювання і генотипно нормальна людина, всі їх діти будуть гетерозиготами і фенотипно здорові; 4) якщо вступають у шлюб хворий і гетерозигота, то половина їх дітей будуть уражені, а половина гетерозиготні; 5) якщо вступають у шлюб двоє хворих на одне те ж рецесивне захворювання, то всі їх діти будуть хворі. 6) чоловіки і жінки хворіють з однаковою частотою 7) гетерозиготи фенотипно нормальні, але є но- сіями однієї копії мутантного гена 8) уражені індивіди гомозиготні, а їх батьки гетерозиготні носії. Аналіз родоводів свідчить, що фенотипне вияв- лення рецесивних генів відбувається тільки в тих сім'ях, де ці гени мають обоє батьків хоча би в гетерозиготному стані (рис. 1.122). Рецесивні гени в людських популяціях залишаються невиявленими. Проте у шлюбах між близькими родичами або в ізолятах (невеликі групи людей, де відбувають- ся шлюби за близьких родинних зв'язків, прояЕ Рис. 1.122 Родовід при аутосомно рецесивному типі успадкування. 180 1.3. Онтогенетичний рівень організації життя Родовід Х зчепленого домінантного успадку- вання (рис. 1.125). Для цього типу успадкування характерно 1) уражені чоловіки передають своє захворю- вання дочкам, але не синам; 2) уражені гетерозиготні жінки передають захво- рювання половині своїх дітей незалежно від їх статі; 3) уражені гомозиготні жінки передають захво- рювання всім своїм дітям. Такий тип успадкування зустрічається нечасто. Захворювання у жінок перебігає не так тяжко, яку чоловіків. Досить важко розрізнити між собою Х зчеплене домінантне й аутосомно домінан- тне успадкування. Застосування нових технологій ДНК зонди) допомагає більш точно виявити тип успадкування. Родовід Х зчепленого рецесивного успадку- вання (рис. 1.126). Цьому типу успадкування влас- тиві такі закономірності: 1) майже всі уражені чоловіки; 2) ознака завжди передається через гетерози- готну матір, яка фенотипно здорова Рис. 1.124 Успадкування за аутосомно рецесивним типом. Гермафродитизм. 181 Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини Рис. 1.125 Х зчеплене домінантне успадкування. 3) уражений батько ніколи не передає захворю- вання своїм синам; 4) всі дочки ураженого батька будуть гетеро- зиготними носіями; 5) жінка носій передає захворювання половині своїх синів, жодна з дочок не буде хворою, але половина дочок носії спадкового гена. Більше 300 ознак зумовлені мутантними генами, розташованими в Х хромосомі. Прикладом успадкування рецесивного гена, зчепленого зі статтю, може бути гемофілія. Захво- рювання відносно часто зустрічається в чоловіків і дуже зрідка у жінок. Фенотипно здорові жінки іноді бувають "носіями" і при шлюбі із здоровим чолові- ком народжують синів, хворих на гемофілію. Такі жінки гетерозиготні за геном, який зумовлює втра- ту здатності до згортання крові. Від шлюбів хворих на гемофілію чоловіків із здоровими жінками завж- ди народжуються здорові сини і дочки носії, а від шлюбів здорових чоловіків з жінками носіями половина синів буває хворими і половина дочок носії. Як вже зазначалося, це пояснюється тим, що бать- ко передає свою Х хромосому дочкам, а сини отри- мують від батька тільки Y хромосому, яка ніколи не містить гена гемофілії, тоді як їх єдина Х хромосома переходить від матері. Нижче наведено основні захворювання, які успад- ковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом. Агаммаглобулінемія, альбінізм (деякі форми), ане- мія гіпохромна, синдром Віскотта Олдрича, синдром Гутнера, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреої дизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо 6 фосфат дегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, синдром Лоу, хвороба Пельціуса Мерцбахера. періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевдогіпер трофічна форма міопатії, хвороба Фабрі, фосфат діа- бет, хвороба Шольца, кольорова сліпота (рис. 1.127). Близнюковий метод Метод полягає у вивченні закономірностей успадкування ознак моно і дизи готних близнюків. На даний час його широко за- стосовують у вивченні спадковості й мінливості лю- дини для визначення співвідносної ролі спадковості і середовища у формуванні нормальних і патологіч- них ознак. Він дозволяє виявити спадковий характер ознаки, визначити пенетрантність алеля, оціни- ти ефективність дії на організм деяких зовнішніх чинників (лікарські препарати, навчання, виховання ι Суть методу полягає в порівнянні прояву ознаки в різних групах близнюків із зважанням на подібність або розходження їхніх генотипів. Монозиготні близ- нюки, що розвиваються з однієї заплідненої яйцеклі- тини, генетично ідентичні, оскільки мають 100 °. загальних генів. Тому серед монозиготних близ- нюків спостерігається дуже високий відсоток кон- кордатних пару яких розвивається ознака в обох близнюків. Порівняння монозиготних близнюків, що виховуються за різних умов постембріонального періоду, дозволяє виявити ознаки, у формуванні яких істотна роль належить чинникам середовища. За цими ознаками між близнюками спостерігається дискордантність, тобто розходження. Встановлення співвідносної ролі спадковості і середовища в розвитку різноманітних патологічних станів дозволяє лікареві вірно оцінити ситуацію і проводити профілактичні заходи при спадковій схиль- ності до захворювання. Труднощі близнюкового методу пов'язані, по перше, з відносно низькою частотою народження близнюків у популяції (1:86 1:88), що ускладнює 182 Рис 1.126 Х зчеплене рецесивне успадкування. 1.3. Онтогенетичний рівень організації життя Рис. 1.127 Тест для визначення кольоросприйняття за таблицями Рабкіна. добір достатньої кількості пар з даною ознакою; подруге, з ідентифікацією монозиготності близнюків, що має велике значення для одержання достовір- них результатів. За допомогою близнюкового методу проведені численні дослідження природи схиль ності до серцево судинних хвороб. У таблицях 1.15 і 1.16 подані деякі узагальнені лані з вивчення генетичної компоненти походження хвороб цієї групи. Для оцінки ролі спадковості у розвитку тієї чи іншої ознаки роблять розрахунки за формулою (див. crop. 154). Близнюковий метод показує спадкову схильність до деяких інфекційних хвороб (туберкульоз, поліо- мієліт). Конкордантність монозиготних близнюків стосовно цих захворювань у декілька разів вища, ніж дизиготних. У таблиці 1.15 подані докази гене- тичної схильності до поширених хвороб, отримані клініко генеалогічним і близнюковим методами для тих самих нозологічних форм. Цитогенетичний метод, його значення. Цитогенетичний аналіз дозволяє записувати діа- гноз спадкового захворювання у вигляді каріотипі чної формули. Цитогенетичний метод (метод хромосомного аналізу) ґрунтується на мікроскопічному дослідженні структури і кількості хромосом. Він набув широкого застосування у 20 і роки XX ст, коли було отри- мано перші відомості про кількість хромосому людини. Ух роках були ідентифіковані перші 10 пар хромосом. У 1956 р. шведські вчені Дж. Тийо і А. Леван вперше довели, що у людини 46 хромосом. Цитогенетичний метод використовують для • вивчення каріотипів організмів; • уточнення числа хромосомних наборів, кількості і морфології хромосом для діагностики хромосомних хвороб; • складання карт хромосом для вивчення геномного і хромосомного му- таційного процесу; • вивчення хромосомного поліморфізму в людських популяціях. Хромосомний набір людини містить велику кількість хромосом, основні відомості про які мож- на отримати при вивченні їх в метафазі мітозу і про- фазі метафазі мейозу. Клітини людини для прямого хромосомного аналізу отримують шляхом пункції кісткового мозку і біопсії гонад, або непрямим методом шляхом культивування клітин периферич- ної крові (лімфоцити), коли отримують значну кількість метафаз. Непрямим методом досліджу- ють також клітини амніотичної рідини або фібро- бласти, отримані при амніоцентезі або біопсії хоріо- на, клітини абортусів, мертвонароджених та ін. Частіше досліджують хромосоми в лімфоцитах периферичної гепаринізованої крові. Для стимуляції мітозу додають фітогемаглютинін, а для зупинки мітозу колхіцин. Препарат забарвлюють ядерни- ми барвниками: 2 % розчином ацеторсеїну, азурео ТАБЛИЦЯ 1.15. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ БЛИЗНЮКОВИМ МЕТОДОМ СХИЛЬНОСТІ ДО СЕРЦЕВО СУДИННИХ ХВОРОБ 183 Хвороба Гіпертонічна хвороба Інфаркт міокарда Інсульт Ревматизм Конкордантність близнюків, (%) Монозиготних 26,2 19,6 22,4 26,0 Дизиготних 10,0 15,5 10,8 10,5 Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини ТАБЛИЦЯ 1.16. ГЕНЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ СПАДКОВОЇ СХИЛЬНОСТІ ДО ДЕЯКИХ МУЛЬТИФАКТОРІАЛЬНИХ ХВОРОБ зином, барвником Унна, розчином Гімза та ін. На- кривають покривним скельцем, видаляють надли- шок барвника фільтрувальним папером, розгляда- ють під мікроскопом з масляною імерсією. Останнім часом всі дослідження в цитогенетиці людини проводять із застосуванням методів дифе- ренційного забарвлення хромосом, які дозволяють відрізнити кожну хромосомну пару. Існує декілька спо- собів забарвлення: Q, G, C, R (рис. 1.42 на епюр. 75). У вирішенні питань діагностики хромосомних хвороб різні методи диференційного забарвлення застосову- ють у комбінації. Завдяки диференційному забарвлен- ню хромосом можна виявити незначні хромосомні по ламки: невеликі делеції, транслокаціїта ін. Отримавши мікропрепарат, вивчають його візу- ально та складають ідіограму каріотипу, тобто впо- рядковане розміщення кожної пари хромосом за інди- відуальними ознаками відмінностей: загальна дов- жина хромосоми, форма, розташування центромери. Більшість хромосом за таким методом можна тільки віднести до певних груп згідно з Денверсь кою класифікацією (див. розділ 1.2.2.12). Цей метод дозволяє діагностувати багато спад- кових хвороб, вивчати мутаційний процес, складні перебудови і найменші хромосомні аномалії у кліти- нах, які вступили у фазу поділу та поза поділом. На хромосомний аналіз направляються пацієнти з множинними уродженими вадами розвитку, діти з затримкою фізичного і психомоторного розвитку, пацієнти з недиференційованими формами олігофренії (недоумства), з порушенням статевого диференці- ювання, жінки з порушенням менструального циклу (первинна або вторинна аменорея, сім'ї з без- пліддям, жінки зі звичним невиношуванням вагіт- ності (викидні, мертвонароджені). Метод вивчення статевого хроматину, його значення. Поряд з вивченням мітотичних хромосом, певного діагностичного значення набуває спо- стереження інтерфазних клітин. Відмінною ознакою жіночої статі є вміст в інтерфазних ядрах статево- го хроматину, або тілець Барра. У 1949 р. Барр і Бертрам при вивченні нервових клітин кішки виявили в ядрах невеличке інтенсивно забарвлене тільце, якому дали назву "сателіт ядра. Пізніше було доведено, що воно міститься тільки в ядрах клітин самок і його можна розглядати як оз- наку, що відрізняє клітини самок від клітин самців. Рис. Л Статевий хроматин (тільця Bappa)(1). 184 Показник Частота у загальній популяції, % Частота повторних випадків серед родичів 1 го ступеня спорідненості, % Конкордантність близнюків: Монозиготних Дизиготних ІХС 19 30 60 67 43 Ρ 2 10 37 7 ЦД 0,6 10 42 12 вх 0,6 8 50 14 Ш 1 14 67 18 Примітка. ІХС ішемічна хвороба серця; Ρ ревматизм ЦД цукровий діабет; ВХ виразкова хвороба Щ шизофренія. 1.3. Онтогенетичний рівень організації життя Це тільце отримало назву статевий хроматин або тільце Барра (рис 1.128). Статевий хроматин знаходиться тільки в ядрах клітин самок тварин, які мають X і Y хромосоми. Після забарвлення ця грудочка хроматину розта- шована поблизу ядерця, біля ядерної оболонки або лежить вільно в каріоплазмі. Локалізація статевого хроматину всередині ядра відносно постійна для клітин певного типу тканин. Встановлено, що статевий хроматин є не що інше, як одна із Х хромосом, яка під час інтерфази знахо- диться в гетеропікнотичному стані. На стадії блас- тоцисти одна з Х хромосом, материнського або батьківського походження, інактивується. У жінок статевий хроматин виявляється в 20 60 % ядер. Кількість грудочок статевого хроматину завжди на одиницю менша, ніж число Х хромосом. У нормі в жінок у кожному ядрі міститься одне тільце статевого хроматину. Порушення кількості Х хромосом призводить до зміни кількості стате вого хроматину, а в індивідуума типу 48, ХХХХ їх буде три (рис. 1.129). При типі 45, Х (синдром Тер нера) статевий хроматин відсутній. У чоловіків з каріотипом 46, ΧΥ статевого хроматину немає. При каріотипі 47, ΧΧΥ визначається одна грудочка статевого хроматину, з каріотипом 48, ΧΧΧΥ дві грудочки. Статевий хроматин виявляється також у нейт- рофілах у вигляді виросту (так звані "барабанні па- -ички"), у вагінальному епітелії або в клітинах во- лосяної цибулини. Y хроматин (син.: F тільце) Для виявлення чоловічого Y статевого хроматину (F тільця) мазки фарбують акрихіном і розглядають з допомогою люмінесцентного мікроскопа. Y хроматин це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняєть- ся від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y тілець відповідає числу хромосому каріотипі. При забарвленні ядра флуоресціюючими барв- никами Y хромосома відрізняється від інших хромосом інтенсивним світінням свого довгого плеча. Ця властивість зберігається і в інтерфазних ядрах (наприклад, у клітинах слизової оболонки рота, в клітинах волосяної цибулини, клітинах амніотичної рідини і в лейкоцитах, а також у сперміях). Рис. 1.129 Зв'язок між числом Х хромосом (І кількістю тілець Барра в кліти- нах слизової оболонки ротової порожнини (II) та "барабанних паличок" в ядрах лейкоцитів (III). Флуоресціююча світла цяточка іноді нагадує двокрапку і виявляється у великому відсотку всіх клітин з Y хромосомою. Y тільця мають широку варіабельність форми і компактності. Частота Y хроматинпозитивних ядер у клітинах слизової щоки у здорового чоловіка в середньому складає 25 50 %. Дослідження статевого хроматину дозволяє без каріологічного аналізу визначити набір статевих хромосом. Воно проводиться прима- сових обстеженнях населення з метою скринінгу для більш детального вивчення хромосом. Метод гібридизації соматичних клітин. Со- матичні клітини містять увесь об'єм генетичної інформації. Це дає можливість вивчати багато пи- тань генетики людини, які неможливо досліджува- тина цілому організмі. Соматичні клітини людини отримують із різних органів (шкіра, кістковий мо- зок, клітини крові, тканини ембріонів). Найчастіше використовують клітини сполучної тканини (фібро- бласти) і лімфоцити крові. Культивування клітин поза організмом дозволяє отримувати достатню кіль- кість матеріалу для дослідження, який не завжди можна взяти в людини без шкоди для здоров'я. Клітини культури тканини можна використовува- ти для вивчення різними методами цитологічним, біохімічним, імунологічним тощо. Таке досліджен 185 Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини ня може бути у ряді випадків більш точним, ніж на рівні цілісного організму, бо метаболічні процеси вдається виділити із складного ланцюга взаємопов'я- заних реакцій, які відбуваються в організмі. У 1960 р. французький біолог Ж. Барський, ви- рощуючи поза організмом у культурі тканини кліти- ни двох ліній мишей, виявив, що деякі клітини за своїми морфологічними і біохімічними ознаками були проміжними між вихідними батьківськими клітина- ми. Ці клітини виявилися гібридними. Таке спон- танне злиття клітин у культурі тканини відбуваєть- ся досить рідко. Згодом виявилося, що частота гібридизації соматичних клітин підвищується при введенні в культуру клітин РНК вмісного вірусу парагрипу Сендай, який, як і взагалі всі віруси, змінює властивості клітинних мембран і робить можливим злиття клітин. Вірус Сендай попередньо опроміню- вали ультрафіолетом. Він втрачав свої вірулентні властивості, але зберігав здатність впливати на злиття клітин. У змішаній культурі двох типів утво- рюються клітини, які містять у спільній цитоплазмі ядра обох батьківських клітин гетерокаріони. Більшість гетерокаріонів гине, але ті, які містять тільки два ядра, часто продовжують свій розвиток, розмножуючись поділом. Після мітозу і наступного поділу цитоплазми із двоядерного гетерокаріону утворюються дві одноядерні клітини, кожна з яких являє собою синкаріон справжню гібридну кліти- ну, яка має хромосоми обох батьківських клітин. Гібридизація соматичних клітин проводиться в широких межах не тільки між різними видами, але й типами людина і миша, людина і комар, муха і курка тощо. Залежно від мети аналізу, дослідження прово- дять на гетерокаріонних або синкаріонних клітинах. Синкаріони зазвичай вдається отримати при гібри- дизації у межах класу. Це справжні гібридні клітини, бо в них відбулося поєднання двох геномів. Напри- клад, гібридні клітини людини і миші мають 43 пари хромосом 23 від людини і 20 від миші. Згодом, при розмноженні цих клітин частка вихідних геномів різна. Відбувається поступова елімінація хромосом того організму, клітини якого мають повільніший темп розмноження. За допомогою цього методу проводиться картування хромосому людини. Використання методу гібридизації соматичних клітин дає можливість вивчати механізми первин- ної дії і взаємодію генів. Культури соматичних клітин використовуються для визначення мутагенної дії факторів навколишнього середовища. Розширюють- ся можливості точної діагностики хвороб на біохі- мічному рівні у дорослих і до народження у плодів (пренатальна діагностика). Для подальшого удос- коналення цих методів необхідно нагромаджувати лінії клітин з генними і хромосомними мутаціями. Вже організовані "банки" клітинних ліній. Молекулярно генетичні методи. Це різнома- нітна група методів, що застосовуються для вияв- лення варіацій у структурі досліджуваної ділянки ДНК, а також для розшифровування первинної по- слідовності основ. Ці методи ґрунтуються на "маніпуляціях" з ДНК і РНК. Основні етапи молекулярно генетичних методі 1. Отримання зразків ДНК або РНК вихідній етап всіх методів. Джерелом геномної ДНК є будь які клітини, що мають ядро. Частіше використову- ють периферійну кров (лейкоцити), хоріон, амніотичн; клітини, культури фібробластів. Основне завдання накопичення необхідної кількості певних фрагментів ДНК. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) це метод ампліфікації ДНК за умов in vitro. Відповідне до нуклеотидної послідовності кінців досліджувано: ділянки застосовують два олігонуклеотидних прай мери (приманки. Довжина праймерів 20 30 нуклео тидів. Процес ампліфікації полягає у здійсненні по- вторюваних циклів (рис. 1.130). 2. Рестрикція ДНК на фрагменти за допомогою рестриктаз. Основна їх властивість розривати дволанцюгову ДНК у визначених послідовностях нук леотидів. Рестриктази ферменти, виділені з бакте- ріальних клітин, розрізають молекулу ДНК на фраг- менти у визначених місцях. Застосування цих фер- ментів дає можливість одержати досить короткі фраг- менти ДНК, в яких легко можна визначити по- слідовність нуклеотидів. Розробка методу зворотної транскрипції ДНК на молекулах мРНК визначених білків з наступним клонуванням цих ДНК призвела до появи ДНК зондів. Використання таких зондів для гібридизації з ДНК клітин пацієнта дає можливість точно локалізувати генну мутацію. 3. Електрофорез фрагментів ДНК. Кожен фрагмент ДНК займає певне місце у вигляді дискретної смуги в конкретному місці геля. 4. Візуалізація та ідентифікація фрагменті! ДНК у гелі. 186 |