Учебник для медицинских и фармацевтических вузов Под ред. В. А. Черешнева и В. В. Давыдова. М. Издво, 2006. 1050 с
 Скачать 3.85 Mb.
|
глава 9. Значение наследственности в патологии9.1. Введение Наследственная информация составляет основу жизни и эволюции как индивидуума, так и популяции и вида.Индивидуум (индивид, особь) – отдельный живой организм.Популяция (от лат. populatio - население) - совокупность особей одного биологического вида, способных к свободному скрещиванию и обладающих общим генофондом. Популяция является элементарной саморегулирующейся единицей эволюционного прогресса.Вид в систематике рассматривается как совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал и обладающих общим комплексом морфологических, метаболических и физиологических признаков и типов взаимоотношений с окружающей средой. Вид представляет основную таксономическую категорию (от греч. taxis – расположение, порядок и nomos – закон) – общее название классификационных групп существ. Наследственная изменчивость делится на два вида - комбинативную (рекомбинационную) и мутационную. Наследственность во взаимосвязи с влияниями внешней среды обеспечивает формирование всех признаков и свойств живого организма. Правильная оценка физиологических и патологических процессов и признаков в организме возможна только с учетом взаимодействия наследственности и среды обитания. С одной стороны, генотип организма консервативен и стабилен (устойчив), что обеспечивает способность сохранения постоянства внутренней среды при постоянных колебаниях внешней среды. Надежность генотипа обеспечивается, во-первых, существованием всех генетических локусов в двойном (парном) количестве; во-вторых, доминированием нормальных аллелей над измененными (частично поврежденными) аллелями; в-третьих, наличием различных механизмов репарации поврежденной ДНК (эксцизионная репарация пиримидиновых димеров, однонитевых разрывов ДНК, рекомбинация между сестринскими молекулами ДНК и др.) С другой стороны, генетический аппарат индивида, популяции, вида под влиянием разнообразных факторов внешней среды - мутагенов - способен к изменениям, обеспечивающим эволюционное приспособление организмов (либо удаление из популяции, либо закрепление в популяции). Если в генотипе закрепляется приспособительное изменение, организм сохраняет гомеостаз, он устойчиво функционирует, а значит здоров. Если же в генотипе закрепляется патологическое изменение, в организме возникают нарушения гомеостаза, что способствует развитию болезни, утяжелению ее течения и даже смерти. Давно отмечено, что характер той или иной патологии у больных отличается индивидуальностью. В частности, у разных больных одна и та же патология развивается с неодинаковыми как скоростью, интенсивностью и характером выраженности специфических и неспецифических клинических проявлений, так и исходом. Изменчивость выявляемых у здоровых и у больных людей тех или иных фенотипических признаков может быть как наследственного, так и ненаследственного происхождения. Причиной ненаследственной или модификационной изменчивости является действие факторов внешней среды обитания, образа жизни, особенно работы, жилья, питания и др. Однако степень и характер реакции организма на внешние воздействия также, в определенной степени, обусловлены особенностями генотипа. Особую роль в развитии патологии у человека играет патологическая наследственность - свойство организма повторять в ряду поколений сходные нарушения процессов метаболизма (типов обмена веществ), структуры, функций, поведения и индивидуального развития организма в целом, обусловленное комбинативной (рекомбинационной), либо мутационной наследственной изменчивости. Комбинативная изменчивость - это изменчивость организма, возникающая в результате нового сочетания неизмененных (ни качественно, ни количественно) генов за счет случайной перегруппировки их в мейозе или случайной встречи гамет при оплодотворении. Механизм развития большинства рецессивно наследуемых болезней обусловлен комбинативной наследственной изменчивостью. Мутационная изменчивость - это изменчивость организма, возникающая вследствие мутаций, т.е. количественных и/или качественных изменений генотипа организма, передаваемых в процессе репликации генома от клетки к клетке и от поколения к поколению. 9.2. МутацииМутация - это скачкообразно возникающее и стойко сохраняющееся количественное и/или качественное изменение наследственного аппарата клетки (генов, хромосом или всего хромосомного комплекса - генома). Мутации обусловлены действием мутагенов - разнообразных физических, химических и биологических факторов, вызывающих мутации. Генные мутации обусловлены изменениями молекулярной структуры отдельных генов. Они ответственны за превращение одних аллелей в другие. Генные мутации, как правило, сопровождаются изменениями специфической последовательности пуриновых и пиримидиновых оснований того или иного участка ДНК, заменой в цепи ДНК одних нуклеотидов на другие, либо выпадением или вставкой отдельных каких-либо нуклеотидов и т.д. По своему фенотипическому проявлению мутации могут сильно отличаться. Это, прежде всего, зависит от того, какие участки ДНК подвергаются мутациям (например, входящих или не входящих в активный центр фермента, и т. д.). Генные мутации обычно проявляются биохимическими нарушениями либо клинически. Например, различные виды гемоглобина (Нb) отличаются друг от друга порядком расположения аминокислот в молекуле. Замена в -цепи НbА молекулы глютаминовой кислоты на молекулу валина приводит к изменению свойств Нb и появлению НbS, ответственного за преждевременное разрушение эритроцитов, уменьшение их функциональной активности, продолжительности жизни и, в целом, за развитие серповидноклеточной анемии. Хромосомные мутации обусловлены перестройкой (изменением структуры) хромосом (поворотом участка хромосомы на 180о - инверсией; выпадением участка хромосомы - делецией; обменом сегментами между хромосомами - транслокацией; дупликацией хромосомы – удвоением отдельного участка хромосомы). Геномные мутации обусловлены изменением числа хромосом в наборе, не сопровождающемся нарушением их структуры. Они бывают полиплоидными и анеуплоидными. Анеуплоидии представляют наиболее распространенный класс геномных мутаций, лежащих в основе развития хромосомных болезней. Мутации могут касаться как соматических, так и половых хромосом. Соматические мутации оказывают влияние на судьбу индивидуума, половые мутации сказываются на судьбе потомства и не передаются следующему поколению через половые клетки и передаются в ряду поколений. Мутантные гены, как и нормальные, делят на доминантные и рецессивные. Доминантный ген проявляет себя в потомстве всегда, рецессивный - только в гомозиготном состоянии. Мутация бывает летальной (смертельной) и не летальной (не смертельной) для своего носителя. Летальные гены являются в основном рецессивными. Летальный доминантный ген приводит к быстрому удалению организма из популяции. В потомстве сохраняются лишь те доминантные гены, которые вызывают не смертельные изменения. Мутации могут быть полезными и вредными (патологическими). Первые ослабляют патологию, повышают жизнеспособность организма, его плодовитость и способность приспосабливаться к изменяющимся условиям. Вторые, ускоряют развитие и усиливают патологию, снижают жизнеспособность, плодовитость организма и ограничивают его способность приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. Мутации могут быть спонтанными (встречаются реже) и индуцированными (возникают чаще). Спонтанные мутации возникают в процессе индивидуального развития организма, особенно в процессе его старения. Они формируются как результаты ошибок самовоспроизведения (репликации) генетических структур под влиянием образующихся различных эндогенных как известных метаболитов, так и других недостаточно изученных факторов. Индуцированные мутации возникают от воздействия на генетические структуры разнообразных экзогенных факторов (физических, химических и биологических). Среди физических факторов большее значение имеют ионизирующие (рентгеновское) и ультрафиолетовое излучения, лазерное и СВЧ - воздействия. Среди химических факторов имеют значение неорганические (например MnCl3) и, особенно, органические соединения (фенол, красители, антибиотики, пестициды, стероидные гормоны, кофеин, теофиллин и многие другие). Среди биологических факторов наибольшее значение имеют вирусы, особенно, содержащие РНК. Хотя мутации могут вызывать и ДНК-содержащие вирусы и различные другие микроорганизмы. 9.3. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ГЕННЫЕ БОЛЕЗНИ Генные болезни - это те заболевания, которые вызываются генными мутациями. Последние передаются из поколения в поколение без изменений. Существует более 2000 разнообразных наследственных заболеваний человека, характеризующихся различными нарушениями обмена веществ, системы крови, органов чувств, нервной и других систем. Общая частота генных болезней в популяциях равна примерно 1-2 %, в то время как отдельные формы наследственной патологии встречаются значительно (в десятки – сотни - тысячи раз) реже. Возникшие под влиянием мутагенов в гене мутации обычно приводят как к количественным, так и качественным нарушениям в синтезируемом ферменте, белковом продукте. Это обязательно сказывается в виде того или иного нарушения структуры, метаболизма и функций, соответствующего той или иной картине наследственной патологии (рис.9-1). Таким образом в патогенезе генных болезней особое место занимают, во-первых, наследственные ферментопатии (энзимопатии) - наследственные заболевания, обусловленные отсутствием какого-либо фермента или существенным изменением его активности, во-вторых, те или иные структурные нарушения клеток. Развитие патологических, как и нормальных наследственных признаков можно выразить общей схемой: ген фермент биохимическая реакция признак. Наследственные болезни клинически могут обнаруживаться в различном возрасте, что зависит не только от степени, локализации и характера изменения наследственного аппарата, но и от условий жизни (питания, работы, отдыха, состояния окружающей среды, вида и характера повреждений и др.). В зависимости от количества генных мутаций выделяют моногенные и полигенные болезни.  Моногенные являются истинно наследственными заболеваниями (с полностью сформированным дефектом метаболизма, структуры и функции), передающимися в ряду поколений. Полигенные чаще относятся к болезням с наследственным предрасположением (с незначительным дефектом метаболизма, структуры и функции), причем эта предрасположенность обычно является многофакторной. Принципиально каждый из имеющихся у человека около 70000 генов может мутировать, а значит приводить к появлению нового или исчезновению имеющегося белка. В связи с этим можно полагать, что количество наследственных болезней, вызванных генными мутациями, может быть значительно больше выявленных к настоящему времени. Для многих генных болезней идентифицирован первичный аномальный продукт гена или ведущее патогенетическое звено на биохимическом уровне. Последние классифицируют в зависимости от вида пораженных (измененных) белков: структурных, транспортных, ферментных. Например, при синдроме Элерса-Данлоса изменяется молекулярная структура коллагена. Это приводит к повышенной эластичности кожи, подвижности суставов, растяжимостью хорд сердечных клапанов, а также подвывихом хрусталика, отслойкой сетчатки. Поражение транспортных белков (диаминокислот: лизина, аргинина, орнитина) отмечается при лизинурической непереносимости белка. Наиболее обширную и хорошо изученную группу моногенных заболеваний составляют энзимопатии. Исходя из гипотезы «один ген - один фермент» уже расшифрованы многие дефекты ферментов, обусловившие нарушения обмена углеводов (гликогена), липидов, белков, в том числе гликопротеидов, аминокислот, гормонов и др. Следует, однако, указать, что у многих моногенных наследственных болезней до сих пор не выявлены первичные биохимические дефекты (например, при ахондроплазии - наследственной болезни костной системы, проявляющейся низким ростом, аномальным развитием хрящевой ткани, особенно в эпифизах трубчатых костей. При нормальной длине туловища больные имеют укороченные, деформированные и бугристые конечности). Как аномалии, так и болезни могут наследоваться по аутосомно-доминантному типу, аутосомно-рецессивному типу, а также сцеплено с полом (т.е. передаваться с половой, главным образом, с Х- хромосомой). 9.3.1. Виды и пути передачи наследственной патологии По аутосомно-доминантному типу (рис.9-2) наследуются обычно не опасные для жизни изменения, аномалии, а также болезни и синдромы, представляющие различную степень опасности для организма. К аномалиям относятся: короткопалость, многопалость, сросшиеся пальцы, искривление ногтей, костей, ушных раковин, близорукость, дальнозоркость, астигматизм и др. К болезням относятся: врожденные катаракта, глаукома, отосклероз, мышечная атрофия, мышечная дистрофия, полипоз толстой кишки, серповидноклеточная анемия (HbS), муковисцедоз, талассемия, хондродистрофии, ахондроплазии, ретинобластома и др. К синдромам относятся:
Эти аномалии, заболевания и симптомы могут передаваться по типу как полного, так и неполного доминирования. Степень проявления доминантного признака в фенотипе может быть различной (незначительной или сильной). Последнее определяется не только генетическими факторами, но и факторами внешней среды.
| ||||||||||||||||