48. Генные мутации. Классификация. Заболевания. Антимутационные барьеры и механизмы.
Генные точечные мутации — это изменения числа и/или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК: вставки, выпадения, перемещения, замещения нуклеотидов в пределах отдельных генов, приводящие к изменению количества или качества соответствующих белковых продуктов.
Классификация:
1.Мутации, ведущие к изменению структуры гена:
-Замена одних оснований другими в смысловой части экзона дает 20% всех спонтанных мутаций. Происходит во время репликации ДНК.
-Изменение количества нуклеотидных пар, входящих в состав гена делеция, дупликация, ведет к сдвигу рамки считывания.
-Изменение порядка нуклеотидных последовательностей в пределах гена инверсия на 180 ведет к сдвигу рамки считывания.
-Точечные замены нуклеотидов на границе экзонинтрон могут быть причиной сплайсинговой мутации.
-Динамические мутации — нарастание триплетных поворотов в кодирующих и некодирующих участках гена.
2.Мутации, вызванные заменой азотистых оснований:
-Простые замены — транзиции.
-Перекрестные замены — трансверсии .
3.Мутации со сдвигом рамки считывания:
-Рамка считывания — это нуклеотидная последовательность, ктр. начинается с инициирующего кодона, структурного гена.
-Мутация со сдвигом рамки считывания — тип мутации в последовательности ДНК, для которого характерна вставка или делеция нуклеотидов, в количестве не кратном трем. В результате происходит сдвиг рамки считывания при транскрипции мРНК.
Следует различать мутацию сдвига рамки считывания, в которой происходит вставка или делеция нуклеотида, от однонуклеотидного полиморфизма, в котором происходит замена одного нуклеотида на другой.
Механизм действия:
В связи с триплетным характером генетического кода, вставка или делеция числа нуклеотидов, не кратных трем, приводит к сильному искажению информации в транскрибируемой мРНК. Также в результате может появиться стоп-кодон, что приводит к преждевременной терминации синтеза протеина.
Также может произойти и обратная ситуация, когда измененный стоп-кодон начинает кодировать какую-либо аминокислоту. Это приводит к аномальному удлинению полипептидной цепи. Когда делеция и вставка кодонов происходят друг за другом последовательно в одной и той же точке цепи кодонов в ДНК, это может привести к синтезу белка нужной длины, но с другой аминокислотой в измененном фрагменте. Это мутация — однонуклеотидный полиморфизм.
Заболевания:
-Серповидно — клеточная анемия.
-Муковисцедоз.
-Фенилкенотурия.
Антимутационные барьеры и механизмы:
Важное значение для ограничения неблагоприятных последствий генных мутаций имеют естественные антимутационные барьеры. Одним из них является парность хромосом в диплоидных наборах хромосом эукариот, которая препятствует проявлению рецессивных мутаций у гетерозиготных особей. Главным антимутационным барьером рассматривается выработавшая в процессе эволюции способность к репарации наследственного материала. Её сущность — в устранении из наследственного материала клетки изменённого участка.
Различают 3 системы репарации генетического материала:
-Эксцизионная репарация репарация путём вырезания:
Механизм эксцизионной репарации заключается в ферментативном разрушении изменённого участка молекулы ДНК с последующим восстановлением на этом отрезке нормальной последовательности нуклеотидов.
Такой механизм включает следующие этапы:
-разрыв спирали ДНК у места повреждения при участии эндонуклеаз
-удаление поврежденного участка с запасом в обе стороны с помощью эндонуклеаз;
-синтез при участии ДНК-полимеразы на месте дефекта нормального участка ДНК;
-сшивание последнего с образовавав-шимися концами спирали ДНК при помощи фермента ДНК-лигазы восстановление непрерывности ДНК.
-Фоторепарация — заключается в расщеплении ферментом дезоксирибо-пиримидинфотолиазой, активируемым видимым светом, циклобутановых димеров, возникающих в ДНК под действием ультрафиолетового излучения.
-Пострепликативная репарация — включается тогда, когда эксцизионная репарация не справляется с устранением всех повреждений, возникших в ДНК до её репликации. При репликации во второй спирали ДНК возникают бреши — однонитевые пробелы, соответствующие изменённым нуклеотидам первой спирали. Бреши заполняются участками цепи с нормальной последовательностью нуклеотидов уже в ходе пострешгикативной репарации при участии ДНК-полимеразы.
|
49. Методы изучения генетики человека. Генеалогический метод. Родословные при некоторых типах наследования. Значение для медицины.
Наследственность, присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития; обусловлено передачей в процессе размножения от одного поколения к другому материальных структур клетки, содержащих программы развития из них новых особей. Тем самым Н. обеспечивает преемственность морфологической, физиологической и биохимической организации живых существ, характера их индивидуального развития, или онтогенеза.
Цель изучения наследственности человека — выявление генетических основ заболеваний, поведения, способностей, таланта. Результаты генетических исследований: установлена природа ряда заболеваний наличие лишней хромосомы у людей с синдромом Дауна, замена одной аминокислоты на другую в молекуле белка у больных серповидно-клеточной анемии; обусловленность доминантными генами карликовости, близорукости.
Методы изучения генетики человека:
1. Генеалогический метод изучения наследственности человека — изучение родословной семьи с целью выявления особенностей наследования признака в ряду поколений. Выявлено: доминантный и рецессивный характер ряда признаков, генетическая обусловленность развития музыкальных и других способностей, наследственный характер заболеваний диабетом, шизофренией, предрасположенности к туберкулезу.
2. Близнецовый.
3. Цитогенетический.
4. Популяционно — статистический.
5. Метод генетики соматических клеток.
6. Биохимический.
7. Метод дерматоглифики.
8. Молекулярно — генетический.
9. Методы пренатальной диагностики.
Путем генеалогического метода исследования выявляется тип наследования признака. Может быть использован не только в диагностических целях, он позволяет прогнозировать вероятность проявления признака в потомстве и имеет большое значение в предупреждении наследственных болезней.
Составление родословной
Сбор сведений о семье начинается с человека, называемого пробандом. Обычно это больной с изучаемым забо леванием. Дети одной родительской пары называются сибсами (братья-сес тры). В большинстве случаев родо словная собирается по одному или не скольким признакам. Родословная мо жет быть полной или ограниченной. Чем больше поколений прослежено в родословной, тем она полнее и тем вы ше шансы на получение полностью до стоверных сведений.
Сбор генетической информации проводится путем опроса, анкетирова ния, личного обследования семьи. Оп рос начинается обычно с родственни ков по материнской линии: бабушки и дедушки по материнской линии, с ука занием внуков, детей каждого ребенка бабушки и дедушки. В родословную вносят сведения о выкидышах, абор тах, мертворожденных, бесплодных браках и др.
При составлении родословной ве дется краткая запись данных о каждом члене рода с указанием его родства по отношению к пробанду. Обычно ука зываются: фамилия, имя и отчество, дата рождения и смерти, возраст, наци ональность, место жительства семьи, профессия, наличие хронических забо леваний в семье, причину смерти умерших и др.
При составлении родословных применяют стандартные обозначения. Персона (индивидуум), с которого начинается исследование, называется пробандом (если родословная составляется таким образом, что от пробанда спускаются к его потомству, то ее называют генеалогическим древом). Потомок брачной пары называется сиблингом, родные братья и сестры – сибсами, кузены – двоюродными сибсами и т.д. Потомки, у которых имеется общая мать (но разные отцы), называются единоутробными, а потомки, у которых имеется общий отец (но разные матери) – единокровными; если же в семье имеются дети от разных браков, причем, у них нет общих предков (например, ребенок от первого брака матери и ребенок от первого брака отца), то их называютсводными.
Каждый член родословной имеет свой шифр, состоящий из римской цифры и арабской, обозначающих соответственно номер поколения и номер индивидуума при нумерации поколений последовательно слева направо. При родословной должна быть легенда, т. е. пояснение к принятым обозначениям. Фрагменты, родословных, иллюстрирующих наследование доминантных и рецессивных признаков, а также редких признаков приведены ниже (рис. 2, 3).
При близкородственных браках высока вероятность К обнаружения у супругов одного и того же неблагоприятного аллеля или хромосомной аберрации (рис. 4):
Приведем значения К [X–Y] для некоторых пар родственников при моногамии:
-К [родители–потомки]=К [сибсы]=1/2;
-К [дед–внук]=К [дядя–племянник]=1/4;
-К [двоюродные сибсы]= К [прадед–правнук]=1/8;
-К [троюродные сибсы]=1/32;
-К [четвероюродные сибсы]=1/128. Обычно столь дальние родственники в составе одной семьи не рассматриваются.
После сбора сведений составляют графическое изображение родослов ной, используя систему условных обо значений (рис. 2.1).
Выполняя эту работу, важно соблю дать следующие правила:
-Составление родословной начи нают с пробанда. Братья и сестры рас полагаются в порядке рождения слева направо, начиная со старшего.
-Все члены родословной распола гаются строго по поколениям в один ряд.
-Поколения обозначаются римски ми цифрами слева от родословной сверху вниз.
-Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (один ряд) слева направо.
-В связи с тем, что некоторые бо лезни проявляются в разные периоды жизни, указывается возраст членов се мьи.
-Отмечаются лично обследован ные члены родословной.
Графическое изображение родо словной может быть вертикально-го ризонтальным или расположенным по кругу (в случае обширных дан ных). Схема родословной сопровож дается описанием обозначений под рисунком, которое называется леген дой.
Генетический анализ родословной
Задача генетического анализа — ус тановление наследственного характера заболевания и типа наследования, вы явление гетерозиготных носителей мутантного гена, а так же прогнозирование рождения больных детей в семьях с наследственной патологией.
Анализ родословной включает сле дующие этапы:
1.Установление, явля ется ли данный признак или заболева ние единичным в семье или имеется несколько случаев (семейный харак тер). Если признак встречается не сколько раз в разных поколениях, то можно предполагать, что этот при знак имеет наследственную природу.
2.Определение типа наследования признака. Для этого анализируют ро дословную, учитывая следующие мо менты:
-встречается ли изучаемый при знак во всех поколениях и многие ли члены родословной обладают им;
-одинакова ли его частота у лиц обоих полов и у лиц какого пола он встречается чаще;
-лицам какого пола передается признак от больного отца и больной матери;
-есть ли в родословной семьи, в ко торых у обоих здоровых родителей рождались больные дети, или у обоих больных родителей рождались здоро вые дети;
-какая часть потомства имеет на следуемый признак в семьях, где болен один из родителей.
В зависимости от типа наследова ния общая картина родословной вы глядит по-разному
|
50. Близнецовый метод. Значение для медицины. Моно — и дизиготные близнецы. Конкордантность. Дискордантность.
Позволяет оценить роль наследственности и среды в развитии признака.
Это метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Впер вые он был предложен Ф. Гальтоном в 1875 г. Близнецовый метод дает воз можность определить вклад генетиче ских (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение, воспитание и др.) в развитии конкрет ных признаков или заболеваний у че ловека.
При использовании близнецового метода проводится сравнение :
-монозиготных (однояйцевых) близнецов — МБ с дизиготными (раз нояйцевыми) близнецами — ДБ;
-партнеров в монозиготных парах между собой;
-данных анализа близнецовой вы борки с общей популяцией.
Монозиготные близнецы образуют ся из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны, т.е. обладают одинако выми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола.
Особую группу среди МБ составля ют необычные типы близнецов: двух головые (как правило нежизнеспособ ные), каспофаги ("сиамские близне цы"). Наиболее известный случай — родившиеся в 1811 г. в Сиаме (ныне Таиланд) сиамские близнецы — Чанг и Энг. Они прожили 63 года, были же наты на сестрах-близнецах. Чанг про извел на свет 10, а Энг — 12 детей. Ког да от бронхита умер Чанг, спустя 2 ча са умер и Энг (рис. 2.8) Их связывала тканевая перемычка шириной около 10 см от грудины до пупка. Позднее было установлено, что соединявшая их перемычка содержала печеночную ткань, связывающую две печени. Лю бая хирургическая попытка разделить братьев вряд ли в то время была бы ус пешной. В настоящее время разъеди няют и более сложные связи между близнецами.
Дизиготные близнецы развиваются в том случае, если одновременно две яйцеклетки оплодотворены двумя сперматозоидами. Естественно, дизи готные близнецы имеют различные ге нотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, т.к. имеют около 50 % идентичных генов. Общая частота рождения близнецов составля ет примерно 1 %, из них около 1/3 при ходится на монозиготных близнецов. Известно, что число рождений монози готных близнецов сходно в разных по пуляциях, в то время как для дизиготных эта цифра существенно различает ся. Например, в США дизиготные близнецы рождаются чаще среди не гров, чем белых. В Европе частота появ ления дизиготных близнецов составля ет 8 на 1000 рождений. Однако в от дельных популяциях их бывает больше. Самая низкая частота рождения близ нецов присуща монголоидным популя циям, особенно в Японии. Отмечается, что частота врожденных уродств у близнецов, как правило, вы ше, чем у одиночно рожденных.
Полагают, что многоплодие генети чески обусловлено. Однако это спра ведливо лишь для дизиготных близ нецов. Факторы, влияющие на часто ту рождения близнецов, в настоящее время мало изучены. Есть данные, по казывающие, что вероятность рожде ния дизиготных близнецов повыша ется с увеличением возраста матери, а так же порядкового номера рождения. Влияние возраста матери объясняет ся, вероятно, повышением уровня гонадотропина, что приводит к учаще нию полиовуляции. Имеются также данные о снижении частоты рожде ния близнецов почти во всех индуст риальных странах.
Близнецовый метод включает в себя диагностику зиготности близнецов. В настоящее время используются следу ющие методы для ее установления.
-Полисимптомный метод. Он за ключается в сравнении пары близне цов по внешним признакам (форма бровей, носа, губ, ушных раковин, цвет волос, глаз и.т.п.). Несмотря на оче видное удобство, это метод до извест-ной степени субъективный и может да вать ошибки.
-Иммуногенетический метод. Более сложный, он основывается на анализе групп крови, белков сыворотки крови, лейкоцитарных антигенов, чувстви тельности к фенилтиокарбамиду и др. Если у обоих близнецов по этим при знакам различий нет, их считают моно зиготными.
-Достоверным критерием зиготнос ти близнецов является приживляемость кусочков кожи. Установлено, что у ди зиготных близнецов такая пересадка всегда заканчивается отторжением, в то время как у монозиготных пар отмеча ется высокая приживляемость транс плантантов.
-Метод дерматоглифики заключает ся в изучении папиллярных узоров пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго индивидуальны и не изменяются в течение всей жизни человека. Не слу чайно, что эти показатели используются в криминалистике и в судебной медици не для опознания личности и установ ления отцовства. Сходство показателей у монозиготных близнецов значительно выше, чем у ди зиготных.
-Близнецовый метод включает так же сопоставление групп моно- и дизи готных близнецов по изучаемому при знаку.
Если какой-либо признак встречает ся у обоих близнецов одной пары, то она называется конкордантной, если же у одного из них, то пара близнецов назы вается дискордантной
(конкордантность — степень сходства, дискордантность — степень различия).
Сравнение парной конкордантности у моно- и дизиготных близнецов дает ответ о соотносительной роли наследст венности и среды в развитии того или иного признака или болезни. При этом исходят из предположения о том, что степень конкордантности достоверно выше у монозиготных, чем у дизигот ных близнецов, если наследственные факторы имеют доминирующую роль в развитии признака.
Если значение коэффициента кон кордантности примерно близко у моно зиготных и дизиготных близнецов, счи тают, что развитие признака определя ется главным образом негенетическими факторами, т.е. условиями среды.
Если в развитии изучаемого призна ка участвуют как генетические, так и не генетические факторы, то у монозигот ных близнецов наблюдаются опреде ленные внутрипарные различия. При этом различия между моно- и дизиготными близнецами по степени конкор дантности будут уменьшаться. В этом случае считают, что к развитию призна ка имеется наследственная предраспо ложенность.
С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа и среды в патогенезе многих инфекци онных болезней. Так, при заболева нии корью и коклюшем ведущее зна чение имеют инфекционные факто ры, а при туберкулезной инфекции — существенное влияние оказывает ге нотип. Исследования, проводимые на близнецах, помогут ответить на такие вопросы как: влияние наследствен ных и средовых факторов на продол жительность жизни человека, разви тие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам и др.
|
Скачать 0.62 Mb.