Medgenetika_glava1_2

11

Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования имеет характерные признаки (рис. 1-5):

1)болезнь проявляется в одном поколении среди сибсов (т.е. среди бра- тьев-сестер — детей одной родительской пары), родители при этом клинически здоровы («горизонтальная» передача болезни);

2)доля пораженных сибсов среди всех потомков определенной родительской пары составляет около 25%; риск развития заболевания у каждого ребенка соответствующей родительской пары также составляет 25%;

3)уродителей больных лиц часто имеет место кровнородственный брак (именно в кровнородственном браке высока вероятность того, что дети унаследуют от обоих родителей две общие по происхождению мутантные хромосомы);

4)мужчины и женщины поражаются в равной степени.

Вбольшинстве современных семей (с учётом небольшого числа детей у родительских пар) аутосомно-рецессивные болезни проявляются в виде спорадических, т.е. единичных случаев; в такой ситуации отсутствие семейного анамнеза не снимает вопрос о генетической природе болезни и не исключает 25% риск появления её повторных случаев при рождении других детей у данной родительской пары.

Рис. 1-5. Родословная семьи с аутосомно-рецессивным заболеванием (например: муковисцидоз, фенилкетонурия, атаксия Фридриха, спинальные амиотрофии Верднига-Гофмана) [из Иллариошкин С.Н., 2003].

12

Х-сцепленный рецессивный тип наследования

При локализации мутантного гена в Х-хромосоме имеет место наследование, сцепленное с полом. В абсолютном большинстве случаев такие гены являются рецессивными, а тип наследования заболевания — Х-сцепленным рецессивным. Поскольку Х и Y-хромосомы не комплементарны, у мужчин даже рецессивный ген, расположенный на единственной Х-хромосоме, не имеет своей пары (состояние гемизиготности) и является манифестирующим; напротив, у женщин-гетерозит мутация на одной из Х-хромосом компенсируется нормальным геном, расположенным навторой копии Х-хромосомы. Таким образом, при Х-сцеп- ленном рецессивном типе наследования заболевание проявляется умужчин, унаследовавших от матери мутантную хромосому (рис. 1-6).

Родословная при Х-сцепленном рецессивном типе наследования имеет характерные признаки (рис. 1-7):

1)заболевают только мужчины (исключения из этого правила крайне редки и рассматриваются ниже);

2)заболевание передаётся клинически здоровыми женщинами-носи- тельницами половине сыновей;

Рис. 1-6. Возможные генотипы потомков в браке больной женщины рецессивным Х-сцепленным заболеванием и здорового мужчины (верхняя панель) и больного мужчины и здоровой женщины (нижняя панель).

13

Рис. 1-7. Родословная семьи с Х-сцепленным рецессивным заболеванием (напрмер, гемофилия, прогрессирующая мышечная дистрофия Дюшенна) [из Иллариошкин С.Н., 2003].

3)отсутствует прямая передача болезни от мужчин их сыновьям (сыновья всегда наследуют от отца нормальную Y-хромосому);

4)все дочери больных-мужчин являются клинически здоровыми гетерозиготными носительницами мутации.

Всвязи с тем, что женщины-носительницы мутантного гена обычно остаются клинически здоровыми и передают болезнь лишь половине сыновей, при Х-сцепленном типе наследования проследить семейный характер болезни бывает весьма непросто, а число спорадических случаев намного превышает частоту семейных форм.

Иногда у женщин носительство мутантного гена на одной из Х-хро- мосом не компенсируется присутствием нормально функционирующей копии гена на второй Х-хромосоме. Это случается при различных цитогенетических нарушениях, например при синдроме Шерешевского-Тер- нера (генотип ХО) или транслокации критического участка Х-хромосо- мы, а также при высокой частоте инактивации нормальной Х-хромосо- мы (феномен аномальной лайонизации). Такие женщины являются манифестными носительницами и могут иметь развернутую либо

14 «стёртую» клиническую картину заболевания. Случаи манифестного

носительства у женщин являются исключительно редкими (не более 1- 2% от общего числа больных с Х-сцепленными рецессивными заболеваниями) и нуждаются в соответствующем подтверждении с использованием цитогенетических методов и методов ДНК-анализа.

Х-сцепленный доминантный тип наследования

Х-сцепленный доминантный тип наследования имеет место в тех случаях, когда локализованный на Х-хромосоме ген определяет развитие доминантного признака. Данный тип наследования является весьма редким (рис. 1-8).

Родословная при Х-сцепленном доминантном типе наследования имеет характерные признаки (рис. 1-9):

1)все дочери больного отца наследуют заболевание; передача заболевания от отца сыну невозможна;

2)вероятность рождения больного ребенка любого пола от больной матери равна 50%;

3)в каждой родословной число больных женщин в 2 раза больше, чем больных мужчин.

Рис. 1-8. Возможные генотипы и фенотипы потомков при Х-сцеп- ленном доминантном типе наследования заболевания.

15

Рис. 1-9. Родословная семьи с Х-сцепленным доминантным заболеванием (например, гипофосфатемия (витамин D-резистентный рахит), синдром Ретта) [из Иллариошкин С.Н., 2003].

Обычно женщины, являющиеся гетерозиготными носителями мутации, за счет нормальной второй копии гена имеют менее тяжелые проявления заболевания, чем мужчины-гемизиготы; иногда гемизиготность умужчин является летальной (поэтому, например, синдром Ретта у мужчин наблюдается исключительно редко). У женщин-гетерозигот заболевание обычно характеризуется весьма широкой вариабельностью клинических проявлений.

Y-сцепленный тип наследования

Y-сцепленный (голандрический) тип наследования открыт совсем недавно; он представляет собой исключительную редкость и связан с наследованием геновY-хромосомы. На сегодня известнывсего несколько генов, локализованных на Y-хромосоме. У мужчин эти гены контролируют дифференцировку семенников, сперматогенез, экспрессию антигена гистосовместимости, интенсивность роста тела, конечностей и зубов, оволосение ушной раковины. Проследить наследственный голандрический характер болезни можно только для мутаций, затрагивающих гены «незначимых» для жизнеспособности организма морфологических признаков (рис. 1-10). В случаях мутаций генов сперматогенеза и дифференцировки семенников мужчины будут стерильными, и соответствующее заболевание проявится как спорадический случай.

16

Рис. 1-10. Возможные генотипы и фенотипы потомков при Y-сцеп- ленном (голондрическом) наследовании заболевания в браке больного мужчины и здоровой женщины.

Родословная при голондрическом типе наследования имеет характерные признаки (рис. 1-11):

1)заболевают только мужчины;

2)заболевание передается от отца всем сыновьям.

Митохондриальный тип наследования

Митохондриальный (материнский, внеядерный, цитоплазматический) тип наследования характерен для особого класса наследственной патологии человека — митохондриальных болезней. В отличие от всех вышеперечисленных типов наследования, митохондриальное наследование не связано с повреждением ядерной ДНК в хромосомах, оно обусловлено мутациями кольцевых молекул ДНК, локализованных в митохондриях (мтДНК). Особенности данного типа наследования связаны с исключительно материнским происхождением митохондрий и мтДНК во всех клетках организма. Тяжесть клинических проявлений митохондриальных болезней в значительной степени определяется процентным соотношением нормальной и мутантной мтДНК в клетках и тканях-ми- шенях (феномен гетероплазмии);данное соотношение может существенно варьировать усибсов, унаследовавших однуи туже мутацию мтДНК. Поэтому при митохондриальном наследовании болезни употомков больной матери может наблюдаться значительный полиморфизм симптома-

17

Рис. 1-11. Родословная семьи с Y-сцепленным заболеванием (например, азооспермия, нарушение оволосения ушной раковины) [из Иллариошкин С.Н., 2003].

тики — от развития тяжёлых и ранних генерализованных форм заболевания до субклинических проявлений носительства мутации, выявляемых только при углубленном лабораторно-инструментальном обследовании.

Родословная при митохондриальном типе наследования имеет характерные признаки (рис. 1-12):

1)заболевание передаётся от больной матери всем её детям;

2)мужчины и женщины (сыновья и дочери больной матери) поражаются в равной степени;

3)передача болезни по мужской линии невозможна.

КОСВЕННАЯ ДНК-ДИАГНОСТИКА

В международной программе «Геном человека» одна из глобальных задач была посвящена созданию генетических карт хромосом с помощью анализа сцепления генов, в которой предполагалось установление последовательности расположения генетическихмаркёров по длине хромосомы. В качестве маркёров использовались различные наследуемые вариации в структуре ДНК — ДНК-полиморфизмы. Одним из первых

18

Рис. 1-12. Родословная семьи с заболеванием, наследующимся по митохондриальному типу (например, атрофия зрительных нервов Лебера). Разной штриховкой обозначены больные с различной степенью тяжести заболевания [из Иллариошкин С.Н., 2003].

ДНК-полиморфизмов был обнаружен полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ).

Полиморфизм длин рестрикционных фрагментов

Фермент эндонуклеаза рестрикции (рестриктаза) способен распознавать специфическую последовательность нуклеотидов в составе ДНК и разрезать молекулу в этом месте (сайт рестрикции). В настоящее время известны сотни рестриктаз, распознающие разные сайты рестрикции. Если в сайте рестрикции возникает мутация (изменяется последовательность нуклеотидов), то рестриктаза не может разрезать молекулу ДНК в данном участке.

После рестрикции образовавшиеся фрагменты молекулы ДНК подвергают Саузерн-блоттингу.Во время гель электрофорезафрагменты ДНК распределяются соответственно своей молекулярной массе, а последующая гибридизация с ДНК-зондом позволяет визуализировать искомую последовательность ДНК. Если у разных индивидуумов Саузерн-блот выявит разное количество меченных фрагментов, т.е. эти фрагменты будут отличаться по молекулярной массе, то можно сделать вывод о рест-

19

рикционном полиморфизме. В большинстве случаев ПДРФ представлен двухаллельной системой, т.е. присутствие или отсутствие определённого сайта рестрикции в определённом локусе гомологичных хромосом.

Такой методологический подход позволил выявить в геноме человека тысячи полиморфных сайтов. При помощи этих полиморфных сайтов удается маркировать ген болезни и проследить его наследование у потомства. Анализ ПДРФ, основанный на использовании сцепленных с геном болезни полиморфных сайтов рестрикции, широко применяется в косвенной ДНК-диагностике наследственных заболеваний.

Принцип косвенной ДНК-диагностики

Если непосредственное определение мутаций в анализируемом гене невозможно или затруднено, то для определения генетического статуса консультируемых лиц в семье, отягощенной наследственным заболеванием, может быть использована косвенная (непрямая) ДНК-диагности- ка. Она возможна в том случае, если ген заболевания достаточно точно картирован, т.е. локализован в конкретном и достаточно узком участке определенной хромосомы. Важно подчеркнуть, что косвенная ДНК-ди- агностика может проводиться даже в тех случаях, когда какая-либо другая информация о гене болезни, помимо его хромосомного расположения, отсутствует (т.е. когда неизвестны структура и размер гена, характер мутаций в нем, кодируемый геном белок и т.д.).

Сущность косвенной ДНК-диагностики заключается в анализе наследования у больных и здоровых членов семьи полиморфных (гипервариабельных) генетических маркеров, расположенных в изучаемой хромосомной области и, следовательно, сцепленных с геном болезни. Термин «сцепление» (один из ключевых терминов клинической и молекулярной генетики) в данном контексте означает, что анализируемый маркёр располагается в непосредственной близости от мутированного гена, в связи с чем маркёр и ген болезни после кроссинговера остаются в составе одного хромосомного сегмента и передаются потомству как единое целое (рис. 1-13). В качестве полиморфных маркеров выступают участки ДНК, существующие в виде нескольких возможных аллельных вариантов и различающиеся у разных лиц по тем или иным структурным особенностям (например, по нуклеотидным заменам в определенном сайте или по числу копий ди- и тетрануклеотидных повторов). Благодаря вариабельности состава такихмаркёрныхучастков ДНКобычно удается дифференцировать материнское или отцовское происхождение конкретного маркёрного аллеля при анализе ДНКобследуемого лица (т.е. определить фазу сцепления). Таким образом, анализ полиморф-

20

Рис. 1-13. Различная степень сцепления исследуемых хромосомных локусов и их рекомбинация при кроссинговере.

M – мутантный аллель, N – нормальный аллель, А и В – генетические маркеры, расположенные в исследуемой хромосомной области. Исследуемый ген тесно сцеплен с маркером В, поэтому после кроссинговера мутация остается на одной хромосоме с маркерным аллелем В1, а нормальный ген – с аллелем В2. Маркер А является более отдаленным, поэтому исходные аллели данного маркера и исследуемого гена в результате кроссинговера расходятся по разным хромосомам [из Иллариошкин С.Н., 2003].

ных генетических маркёров позволяет проследить в ряду поколений наследование каждой из родительских хромосом.

Пример косвенной ДНК-диагностики аутосомно-доминантного заболевания с помощью полиморфного маркёра показан на рисунке 1-14. Рестриктаза узнаёт сайты рестрикции на нормальных хромосомах с образованием двух«коротких» фрагментов (генотип АА). Если произошла мутация в сайте рестрикции на обеих хромосомах, то образуются лишь один «длинный» фрагмент (генотип аа). Если произошла мутация на одной из хромосом, то образуется три фрагмента ДНК, один «длинный» (хромосома с мутацией) и два «коротких» (хромосома без мутации). При аутосмно-доминантном типе наследования пациент по полиморфному маркёру имеет генотип аа, т.е. на обеих хромосомах произошли мутации в сайте рестрикции, связанного с геном болезни. Пациенты гетерозиготные (Аа) по полиморфному маркёрному являются носителями гена болезни. У гомозигот (АА) в сайте рестрикции отсутствуют мутации, такие пациенты здоровы.