2. Экспансия тринуклеотидных повторов

В 1991 г. А. Феркерк с сотрудниками идентифицировали ген умственной отсталости FMR-1 (fragile X mental retardation), расположенный в хрупком (fragile) сайте в Х-хромосоме человека. Ген экспрессируется в клетках мозга. У мутантов-гемизигот развивается умеренная степень умственной отсталости (I.Q. ~50). На долю мутантов по этому гену приходится примерно четверть всех психических заболеваний у мужчин. С гена считывается мРНК размером 4,8 тпн, кодирующая белок, состоящий из 657 аминокислотных остатков.

Выше кодирующего района расположен сегмент, в котором триплет CGG повторен примерно 30 раз (рис. 8.3). У некоторых людей число копий триплета увеличено до 50-100. У них возникает цитологически выявляемый хрупкий сайт в Х-хромосоме. Мужчины — носители этого Х-аллеля обнаруживают нормальное умственное развитие, но они становятся носителями предмутации.

В F₁ дочери, получившие этот аллель, также имеют нормальный I.Q. Однако в этой хромосоме начинается экспансия CGG-повтоpa, когда она передается следующему поколению. Когда число повторов достигает нескольких тысяч, белок, кодируемый геном FMR-1, естественно, не функционирует, и нормальный уровень умственного развития не достигается.

Не менее чем в 50 генах в геноме человека содержится по пять или более повторенных триплетов. И по крайней мере 12 болезней у человека обусловлены экспансией, т. е. увеличением числа копий тринуклеотидных повторов.

Некоторые закономерности этого типа мутирования:

1. Нестабильность числа копий тринуклеотидных повторов начинается после достижения определенного порога (35-50 копий), после чего число тринуклеотидов начинает быстро увеличиваться в последующих поколениях.

2. Все известные до сих пор мутации этого сорта подразделяются на две группы. В первую входят мутации, обусловленные массивной экспансией в некодирующих районах. Вторая группа включает мутации с умеренной экспансией CAG-повторов в экзоне FMR – гена, кодирующих полиглутамин, что приводит к образованию токсического белка с последующей гибелью нейронов.

3. Прямая коррекция мутационных повреждений

Все клетки имеют системы ферментов, репарирующих повреждения ДНК. Известны 2 основных типа таких систем:

1) непосредственно корректирующие повреждения;

2) сначала вырезающие повреждения с образованием одноцепочных брешей, а затем заполняющие эту брешь.

Если эти системы дадут сбой, то возникнет мутация.

3.1. Репарация днк-полимеразой

Большинство бактериальных полимераз в дополнение к основной полимеризующей активности в направлении 5'-3' имеет редактирующую (корректирующую) экзонуклеазную активность в направлении 3'-5'. Если встраивается «неправильный» нуклеотид, ошибка чаще всего (в 99% случаев) распознается полимеразой, вероятно, из-за того, что в этом месте в двойной спирали образуется пузырь или впячивание. Процесс репликации останавливается до тех пор, пока «неправильный» нуклеотид не будет удален, а нужный не встанет на его место.

У эукариотических ДНК-полимераз 3'-5'-экзонуклеазной активности не обнаружено.