- •Глава 1 история медицинской генетики
- •Глава 2
- •Типы наследственных болезней
- •Груз наследственных болезней в популяциях человека
- •Глава 3
- •Молекулярные основы
- •Генетический код
- •Информационная рнк и процесс транскрипции
- •Биосинтез полипептидной цепи
- •Тонкая структура гена
- •Общая характеристика генома человека
- •Глава 4 мутации в генах как причина моногенных заболеваний
- •Ггт гццлагцгтц тат цца цгг 7тцг цаг ата
- •Функциональные эффекты мутаций
- •Глава 5 моногенные наследственные болезни
- •Концепция фенотипа
- •Правила наследования менделя
- •Особенности проявления менделевских правил наследования в медицинской генетике
- •Аутосомно-доминантное наследование
- •Аутосомно-рецессивное наследование
- •Сегрегационный анализ
- •Механизмы аутосомной доминантности
- •Наследование, сцепленное
- •Генетические механизмы определения пола
- •Наследственные формы тугоухости
- •Тип наследования, ген, локализация
- •Клинические симптомы
- •Тип наследования, ген, локализация
- •Наследственные глазные болезни
- •Наследственные остеохондродасплазии
- •Наследственные заболевания нервной системы
- •Тип наследования, ген, его локализация
- •Т Белок, функции Клинические симптомы ип наследования, ген, его локализация
- •Тип наследования, ген, его локализация
- •Тип наследования, ген, его локализация Клинические симптомы
- •Клинические признаки (кроме атактической походки)
- •Аномаль
- •5.9.6. Наследственные кожные заболевания
- •Т Белок, функции Клинические симптомы ип наследования, ген, его локализация
- •Клинические симптомы
- •5.10. Молекулярная диагностика моногенных наследственных болезней
- •Глава 6 неменделевское наследование наследственных болезней
- •Глава 7 генетическая инженерия и проект «геном человека»
- •Рестрикционные ферменты
- •Рекомбинация фрагментов днк
- •Внедрение фрагментов днк в клетку хозяина с помощью векторов
- •Скрининг клеток-хозяев на рекомбинантный вектор и отбор интересующих исследователя клонов
- •Создание геномных библиотек
- •Клонирование последовательностей днк с помощью полимеразной цепной реакции (пцр)
- •Создание генетической карты генома
- •Создание физической карты генома
- •Некоторые особенности организации генома человека
- •Глава 8 хромосомы человека. Митоз и мейоз. Хромосомные мутации. Хромосомные болезни
- •50 Нм петли образуются нити диаметром 50 нм.
- •Клеточный цикл
- •Численные хромосомные мутации
- •Структурные хромосомные мутации
- •Пери центрическая инверсия
- •Номенклатура хромосомных мутаций
- •8.6. Хромосомные болезни
- •Глава 9 картирование и клонирование
- •Картирование с помощью гибридизации in situ
- •Гибридизация соматических клеток
- •Заболевание (иногда № в omim, если он отличен от номера в omim для гена, вызывающего заболевание)
- •X Тирозинемия, тип 1
- •9.6. Создание моделей наследственных болезней человека с помощью трансгенных животных
- •Глава 10 медицинская популяционная генетика
- •Равновесие харди-вейнберга
- •Глава и мультифакториальное наследование
- •Моногенный контроль метаболизма лекарственных препаратов
- •Генетический контроль
- •Ассоциации между генетическими полиморфизмами и метаболизмом лекарств
- •12.4. Патологические реакции на прием лекарственных препаратов у больных с некоторыми наследственными болезнями
- •Естественный иммунитет
- •Генетическая основа синтеза
- •Генетика рецепторов т-клеток
- •Тип наследования; символ гена, локализация
- •Тип наследования; символ гена, локализация
- •Механизмы превращения протоонкогенов в онкогены
- •Гены-супрессоры опухолевого роста
- •Медико-генетическое
- •15.4. Лечение наследственных болезней обмена веществ
- •Обмена веществ
- •Болезней обмена веществ
- •15*5. Генотерапия
- •Глава 16 этические, правовые
- •Часть 308 Последовательности днк 48 Потеря импринтинга 138 Правила наследования Менделя 61, 63
Гены-супрессоры опухолевого роста
Гены-супрессоры опухолей в норме обеспечивают подавление клеточного деления. Многие из них проявляются как аутосомно-доминантные состояния. Из этого следует, что даже одного нормального аллеля гена-супрессора достаточно, чтобы заставить клетку делиться нормально (гаплонедоста- точные на уровне клетки). Этим гены-супрессоры опухолей отличаются от клеточных онкогенов, для которых достаточно изменения одного аллеля, чтобы изменилась их нормальная функция (гаплодостаточные).
По-видимому, первым геном-супрессором, механизм действия которого удалось расшифровать, оказался ген ретино- бластомы. Как следует из названия, ретинобластома — опухоль глаза, берущая начало в клетках сетчатки. Это самый частый тип глазных опухолей у детей. Семейные случаи, в которых ретинобластома наследуется как аутосомно-доминант- ный признак, составляют примерно 40 %. В семейных случаях ретинобластома проявляется, как правило, двусторонним и мультифокальным (множественные опухоли) поражением глаз. Пенетрантность гена ретинобластомы в семейных случаях достаточно высокая, но не достигает 100 %; 60 % ретинобластомы проявляется в виде спорадических случаев, которые не наследуются. В спорадических случаях ретинобластома проявляется, во-первых, односторонним поражением глаз, а во-вторых, единичной опухолью.
Для того чтобы объяснить различия в механизмах возникновения семейной и спорадической ретинобластомы, Кнуд- сон в 1971 г. выдвинул оригинальную идею, суть которой заключалась в предположении, что для возникновения заболевания требуется изменение обоих аллелей гена ретинобластомы. При наследственных формах этого заболевания первая мутация в гене ретинобластомы происходит в половой клетке и она наследуется. Вторая мутация в том же гене или в районе расположения гена происходит уже в соматических клетках развивающейся сетчатки. Поскольку этих клеток достаточно много (примерно 1 млн), шанс возникновения второй мутации достаточно высок. Напомним, что частота возникновения мутаций в гене составляет 0,5 — 1,5-105. Таким образом, у большинства гетерозиготных носителей к унаследованной мутации в гене ретинобластомы добавляется мутация в соматической клетке(ах) и развивается опухолевый процесс. У некоторой части гетерозиготных носителей мутация в соматической клетке не происходит, и опухоль у них не развивается, но они все равно с вероятностью 50 % передадут мутантный ген своему потомству. При спорадической ретино- бластоме оба мутационных события должны произойти в одной и той же соматической клетке, и вероятность совпадения двух редких событий достаточно низка. Если она все же реализуется, то возникает только одна опухоль в одном из глаз.
Гипотеза Кнудсона получила название гипотезы двухударного механизма канцерогенеза.
Ген ретинобластомы был клонирован и секвенирован. Его продукт — белок pRb, когда он гипофосфорилирован, связывается и инактивирует ядерный фактор транскрипции E2F. Активный E2F нужен для перехода клетки из Gj-фазы в S-фазу клеточного цикла. Если клетке надо делиться, то белок pRb фосфорилируется циклинзависимой киназой и высвобождает ядерный фактор транскрипции E2F. В случае мутации в гене pRb кодируемый им белок теряет способность инактивировать E2F, и клетка начинает бесконтрольно делиться. Именно поэтому ген ретинобластомы был назван ге- ном-супрессором опухолевого роста.
Еще одним геном-супрессором является ген р53. Герминальные мутации этого гена обусловливают развитие доминантно наследующегося синдрома Ли—Фраумени. Это редкий синдром, при котором у носителей мутантного гена уже в детском возрасте развиваются первично множественные опухоли молочных желез, толстой кишки, мозга. Могут также быть саркома мягких тканей, остеосаркома, лейкоз и другие опухоли. Так же как и при ретинобластоме, пенет- рантность гена достаточно высокая, и к возрасту 70 лет у 90 % носителей мутантного гена развиваются злокачественные опухоли.
В отличие от ретинобластомы соматические мутации в гене р53 являются причиной канцерогенеза. Мутации в этом гене обнаруживают примерно в 50 % всех случаев опухолеоб- разования у человека, при раке толстой кишки — в 70 %, при раке легких — в 60 % и т.д.
Ген р53 локализован в 17р13. Он кодирует фактор транскрипции, который взаимодействует по крайней мере с 6 генами. Среди этих генов есть ген р21, который контролирует синтез ингибитора циклинзависимой киназы. Этот ингибитор, как уже было сказано, блокирует инактивацию гена ретинобластомы циклинзависимой киназой. В результате клетка остается в Gi-фазе, и у нее есть время для репарации повреждений ДНК. Ген р53 в ответ на повреждение ДНК может индуцировать програмируемую клеточную гибель (апоптоз). Мутации в гене р53 приводят к тому, что повреждения в ДНК не репарируются, клетка не входит в апоптоз, и все это может обусловить канцерогенез.
Хотя обычно мутации в гене р53 ведут к утрате функции, некоторые из них обладают доминантно-негативным эффектом, и продукт мутантного аллеля нарушает также функцию нормального аллеля. Этим действие гена р53 отличается от типичных эффектов генов-супрессо’ров опухолевого роста.
К генам-супрессорам опухолевого роста относятся также гены нейрофиброматоза типа 1 (17qll) и нейрофиброматоза типа 2 (22ql2). Продукт гена нейрофиброматоза-1 — белок, активирующий ГТФазы (нейрофибромин). Нейрофибромин способен усиливать гидролиз АТФ белка ras, переводя его, таким образом, в неактивную форму. Белок ras в неактивной форме не может выполнить свою роль в сигнальной трансдукции, и деление клетки прекращается. Мутации в гене нейрофибромина позволяют белку ras оставаться в активной форме, клетка не входит в дифференцировку и продолжает делиться.
В качестве генов-супрессоров опухолевого роста рассматривают также ген семейного полипоза толстой кишки {АРС — 5q21). Продукт этого гена взаимодействует с р-катенином, белком, участвующим в клеточной адгезии и образовании комплекса ядерной транскрипции. Наследственная форма клинически проявляется образованием множественных аденом или полипов толстой кишки уже в детском возрасте. Практически во всех случаях эти полипы начинают малигнизироваться у взрослых больных. Мутации в гене АРС обнаруживают также нередко в спорадических случаях рака толстой кишки.
Генами-супрессорами также считают гены рака молочной железы — BRCA1 и BRCA2. Мутации в этих генах обусловливают наследственную форму рака молочной железы и яичников у женщин. В семьях, в которых наследуются мутантные гены, повышен также риск рака молочной железы у мужчин. Семейные формы рака молочной железы и яичников составляют, по-видимому, не более 5 % всех случаев рака молочной железы в популяции, остальные — являются спорадическими. При спорадических случаях мутации в генах BRCA1 и BRCA2, как правило, не обнаруживают. Как и при ретино- бластоме, в клетках опухолей молочных желез и яичников лиц-носителей мутаций в указанных генах наблюдается потеря гетерозиготности, т.е. нормальный аллель теряется. Оба гена кодируют факторы транскрипции, которые взаимодействуют с белком RAD51, участвующим в репарации двойных разрывов ДНК.
Кроме приведенных выше, к генам-супрессорам опухолевого роста относят также ген опухоли Вильмса (WT1, 11р13, ген фактора транскрипции), ген болезни Ковдена (PTEN, 10q23, ген фосфатазы) и некоторые другие гены.
К канцерогенезу ведут также мутации в генах, ответственных за репарацию ДНК. Известно несколько наследственных заболеваний, причиной которых являются мутации в генах, продукты которых осуществляют репарацию ДНК в случае ее повреждения. Это такие заболевания, как пигментная ксеро- дерма1, синдром Блюма2, синдром атаксии — телеангиэкта- зии3 и некоторые другие. Нарушение репарации ДНК при этих заболеваниях ведет к геномной нестабильности, которая проявляется высокой частотой различных мутаций (в том числе хромосомных) во многих делящихся клетках организма больного. Эти мутации могут затрагивать онкогены, следствием чего является высокая частота онкологических заболеваний у лиц с указанными синдромами.
Даже раковая клетка не может размножаться бесконечно. Для того чтобы у нее появилась такая возможность, раковая клетка должна преодолеть физиологический порог размножения, существующий для каждой клетки. Обычно такой порог составляет 50—60 клеточных делений, после которых клетка стареет и теряет способность к размножению. Механизм старения клеток был открыт отечественным ученым А.М.Алов- никовым, который показал, что во время подготовки клетки к митозу, во время S-фазы, когда происходит репликация
ДНК, каждая хромосома укорачивается, так как репликация не может дойти до конца теломеры. Когда теломера укорачивается до критической величины, клетка получает сигнал, что она постарела, и перестает делиться.
В раковой клетке, как предположил А.М.Аловников, синтезируется фермент, который называется теломеразой. Тело- мераза обеспечивает полноту репликации ДНК, и ее теломерный конец не укорачивается. Теломераза практически не присутствует в нормальных клетках, но зато почти всегда выявляется в раковых клетках. Механизм ее индукции в канцерогенезе все еще остается не ясным.
Большинство случаев рака обусловлено взаимодействием наследственных и внешнесредовых факторов. Генетика рака — это прежде всего генетика соматических клеток.
Изучение онкогенных вирусов позволило установить, что в клетках человека содержится достаточно большое число так называемых протоонкогенов, которые играют важную роль в контроле клеточного цикла. Мутации этих генов превращают их в онкогены, так как кодируемые ими белки не обеспечивают контроль за клеточными делениями.
Изучение некоторых редких доминантно наследуемых форм опухолей, таких как ретинобластома, опухоль Вильм- са и др., позволило, во-первых, выявить гены-супрессоры роста опухоли, а во-вторых, показать, что для реализации их эффектов и начала процесса канцерогенеза требуется по крайней мере два события. Одно из этих событий — возникновение мутации в генах-супрессорах в зародышевых клетках, которая затем может наследоваться в чреде поколений, а второе событие — мутация или элиминация другим способом нормального аллеля соответствующего гена.
К канцерогенезу ведут также мутации в генах, ответственных за репарацию ДНК. Известен ряд наследственных заболеваний, причиной которых являются мутации в генах, продукты которых осуществляют репарацию ДНК в случае ее повреждения. При всех этих заболеваниях резко возрастает вероятность злокачественных опухолей в различных органах и тканях больного.
В клетках опухолей обычно находят фермент теломеразу, которая обеспечивает восстановление длины теломеры в каждом клеточном делении. В результате такие клетки приобретают способность к неограниченному числу делений.
Медицинскую генетику в широком смысле можно определить как науку о генетических основах патологии человека. Клиническая генетика является прикладной ветвью медицинской генетики, ее основным предметом служит оказание медицинской помощи больным с наследственной патологией и их семьям, которое заключается в диагностике, лечебных мероприятиях, медико-генетическом консультировании и пренатальной диагностике наследственной и врожденной патологии. Все эти проблемы будут кратко рассмотрены в настоящей главе.