99 кругов АДА
.pdfфизической нагрузки, мышечной слабости и гипотонии. Общие свойства митохондриальных болезней: 1. материнский тип наследования. 2. феномен гетероплазмии. 3. феномен пороговой экспрессии фенотипа. 4. прогрессирование заболевания с возрастом. 5. скорость мутации мДНК в 6
– 17 раз превышает таковую ядерной ДНК.
Классификация митохондриальных болезней:
Наследственные: Мутации ядерной ДНК, в том числе: 1. Дефекты транспорта субстратов. 2. Дефекты утилизации субстратов. 3. Нарушение цикла Кребса. 4. Нарушение окислительного фосфорилирования. 5. Дефекты цепи транспорта электронов. 6. Нарушение переноса белка через мембрану митохондрий.
Мутации митохондриальной ДНК, в том числе: 1. Спорадические делеции митохондриальной ДНК. 2. Точковые мутации структурных митохондриальных геномов. 3. Точковые мутации синтезирующих митохондриальных геномов.
Межгеномные дефекты, в том числе: 1. Множественные делеции митохондриальной ДНК, наследуемые аутосомно-доминантно. 2. Уменьшение количества (деплеции) мДНК, наследуемые аутосомнорецессивно.
Приобретенные: Токсины, лекарственные препараты, старение.
Пример. Оптическая нейропатия Лебера. Заболевание характеризуется острой или подострой безболезненной потерей центрального зрения, вызв тяжелой, обычно двусторонней атрофией зрительного нерва. Возраст начала заболевания варьирует от 8 до 60 лет. У большинства больных клинические проявления ограниваются патологией зрительного нерва, но в некоторых случаях сочетаются с симптомами, присущими митохондриальным энцефалопатиям.
Диагностика митохондриальных болезней – клинико-генеалогический анализ, морфологические исследования, биохимические исследования, исследования митохондриальных мутаций в различных клетках.
Первичный скрининг митохондриальных болезней – оценка окислительновосстановительного статуса: определение концентрации лактата, пирувата, 3-оксибутирата, ацетоацетата и гидроксимасляной кислоты в норме и после различных нагрузок (голодание, физическая нагрузка, нагрузка глюкозой).
9.Механизмы прогрессии опухоли. Онкогены, протоонкогены и гены супрессоры опухоли.
Скорость опухолевой прогрессии определяется: частотой возникновения мутаций, численностью клеточной популяции, скоростью пролиферации клеток с мутациями, селективным преимуществом мутантных клеток
Потеря СТВОЛОВОЙ КЛЕТКОЙ способности к самовозобновлению и её размножение Потеря КЛЕТКОЙ-ПРЕДШЕСТВЕННИЦЕЙ способности к терминальной
дифференцировке и её размножение
Развитие опухоли путем эволюции клонов клеток в результате мутаций:
1.Мутация в опухолеинициирующем гене. Преимущество в росте
2.Вторая мутация – дальнейшее преимущество в рост
3.Третья мутация – независимость от факторов роста, небольшая опухоль
4.Четвертая мутация – приобретение мутаторного фенотипа. Нестабильность хромосом. Дефекты репарации ДНК
5.Большая опухоль. Мутация в гене p53. Преодоление апоптоза.
6.Мутация. Приобретение бессмертия. Иммортализация: неспособность
кклеточному старению. Мутация в р16/р53
7.Мутация. Преодоление смерти за счет активации теломеразы
8.Мутация. Преодоление недостатка кровоснабжения. Ангиогенез.
9.Мутация. Независимость от контактного торможения окружающим матриксом. Способность к инвазии.
10.Мутация. Способность к метастазированию.
Протоонкогены – нормальные клеточные гены, контролирующие рост и размножение клеток.
Продукты: ростовые факторы, рецепторы ростовых факторов, внутриклеточная передатчиками сигналов, факторами транскрипции.
Механизмы активации протоонкогенов:
1.Рекомбинация с ретровирусной ДНК
2.Хромосомные транслокации:
-приводящие к изменению структуры протоонкогена
-приводящие к изменению регуляции протоонкогена
3. Точковые мутации – приобретение новых функций генов.
4.Амплификация генов – увеличение числа копий протоонкогенов
5.Эпигенетические механизмы, изменяющие активность генов.
Онкогены – измененные в результате мутации протоонкогены или гены, вносимые в геном некоторыми вирусами. Оказывают стимулирующее влияние на клеточную пролиферацию. Их действие доминантно, т.е для развития рака достаточно мутации в одном из аллелей.
В результате мутаций клетка:
-не может выйти из цикла делений
-посылает непрерывные сигналы с мембраны в ядро
-непрерывно синтезирует химерный белок, обладающий онкогенными свойствами
-постоянно синтезирует ростовые факторы, стимулирующие клеточное деление.
Опухолесупрессорные гены – нормальные клеточные гены, ингибирующие клеточное деление (антионкогены). Их действие рецессивно, т.е. для развития рака необходимо наличие мутации в обоих аллелях одного гена. С мутациями опухолесупрессорных генов связаны наследственные формы рака.
Некоторые опухсупрессорные гены обладают свойством мутаторных генов
– их инактивация обусловливает резкое возрастание частоты мутаций, приводящих к возникновению рака.
10.Наследственные формы рака. Феномен потери гетерозиготности.
Согласно общепринятой двухударной модели канцерогенеза, нормальная клетка становится опухолевой в результате двух последовательных мутаций. Первая приводит к образованию половой либо соматической клетки с повышенным онкориском. Если такая клетка сохраняет хотя бы один антиканцерогенный ген, организм остается здоровым. Потеря гетерозиготности — дефект последней оставшейся копии гена-супрессора в результате второй мутации, который лишает организм специфической онкозащиты и вызывает прогрессирующее развитие опухоли.
Функции и виды генов-супрессоров
Гены-супрессоры опухолевого роста делятся на 2 группы:
хранители клеточного цикла — блокируют процесс деления клеток опухоли и прогрессирование новообразования;
общего контроля — препятствуют мутациям хранителей клеточного цикла, накоплению подобных изменений и росту атипичных тканей.
Потеря гетерозиготности генами хранителями клеточного цикла
Супрессор опухолевого роста Rb1 препятствует делению ДНК атипичных клеток, в том числе онкогенных вирусов (папилломы человека и SV40). Потеря им гетерозиготности способствует возникновению рака шейки матки, глаза, а также опухолевых трансформаций: плевры, брюшины, головного мозга, костей
Аналогичные мутации: WT1 – вызывают опухоль Вильмса (эмбриональный рак почки), NF1 – фиброматоз нервных волокон
Потеря гетерозиготности генами общего контроля
Ген-супрессор опухолевого роста общего контроля Р53 определяет клеточный ответ на разные виды стресса. Потеря им гетерозиготности наблюдается примерно в 50 % случаев: злокачественных новообразований мозга и кожи; сарком костей и мягких тканей разных локализаций; лейкемий (рака крови); карцином молочной железы, печени, головы и шеи; рака легкого и толстого кишечника; других типов опухолей.
Ген-супрессор опухолевого роста общего контроля ING1 регулирует программируемую клеточную гибель — индуцирует её и препятствует ей. Он участвует в процессах клеточного старения и регулирует клеточный цикл. Ген ING1 обладает схожими функциями с Р53, а их биологические эффекты требуют обоюдной активности. Потеря гетерозиготности ING1 наблюдается у больных:
раком молочной железы и желудка; чешуйчато-клеточными карциномами головы и шеи; глиомами головного мозга; В-клеточными лейкозами спинного мозга; карциномами прямой кишки; опухолями других типов.
11.Ретинобластома и ген RB1. Синдром Ли-Фраумени и ген ТР53
Ретинобластома – как модель наследственного рака, обусловленного инактивацией опухолесупрессора. Впервые выявлена как самостоятельное заболевание с АД-типом наследования в 1902 году и явилась прототипом для изучения наследственного рака у человека. Поражает в среднем 1 из 20
тыс. детей, вызывая злокачественную опухоль сетчатки глаза до 4-летнего возраста.
Кнудсен обнаружил, что:
Упораженных родителей 50% детей также заболевают Мальчики и девочки болеют с одинаковой частотой
Удетей с билатеральными опухолями, болезнь развивается более рано Для возникновения болезни необходимо 2 мутации, по одной в каждой копии гена, отвечающего за развитие опухоли Спорадические случаи – в результате 2 соматических мутаций
Семейные случаи ретинобластомы (40% случаев) возникают в результате наследования одной мутации от родителей, а вторая мутация происходит в соматических клетках в нормальном аллеле.
Ненаследственная ретинобластома:
- односторонняя, поздний возраст начала, нет предрасположености к другим типам рака
Наследственная двусторонняя, односторонняя и мультифокальная, ранний возраст начала,
предрасположенность к другим типам рака (остеосаркома)
Ген RB1 локализован в 13q14. Кодирует белок (pRb) – негативный регулятор клеточного цикла.
E2F – семейство транскрипционных факторов, активирующих гены, необходимые для вступления клетки в S-фазу клеточного цикла. Нефосфорилированный Rb белок присоединяется к E2F и инактивирует его, подавляя таким образом рост клетки
Синдром Ли-Фраумени. Впервые описан в 1988 г. АутоДом-тип наследования. Диагноз основывается на нахождении от 2 до 6 и более типов рака в одной семье. Саркомы начинаются в возрасте до 5 лет, остеосаркомы – в юношеском возрасте, а рак мозга, молоч.железы, аденокарцинома или лейкемия проявляются до 30 летнего возраста. Больные имеют мутации в гене супрессоре опухоли TP53 (17р13.1). В норме белок р53 в клетках практически не обнаруживается вследствие чрезвычайно быстрого времени полураспада. В клетках с мутацией белок р53 имеет более увеличенный срок жизни и аккумулируется в клеточных ядрах.
Мутации ТР53 найдены в более чем 50% разных форм рака. Скрининг мутации этого гена имеет клиническое значение для прогноза как в семьях с синдромом Ли-Фраумени, так и при спорадических формах рака.
12.Колоректальный рак и гены репарации ошибок спаривания.
Наиболее частым из наследственных форм рака кишечника является наследственный неполипозный колоректальный рак (ННПКР).
В развитии ННПКР большую роль играют мутации в генах мис-матч репарации ДНК: MSH2 (MutS), MSH6 (MutH), MLH1 (MutL), MLH3, PMS1, PMS2. Инактивация обеих аллелей одного из генов мис-матч репарации приводит к накоплению ошибок репликации, что легко выявляется по высокой изменчивости микросателлитных повторов ДНК – феномен микросателлитной нестабильности.
Помимо ННПКР, микросателлитная нестабильность наблюдается также в 10-20% спорадических опухолей разных типов. Вероятно, что дефекты в генах репарации ДНК могут быть общим механизмом канцерогенеза.
Мис-матч репарации – некомплементарные звенья в двухцепочечной структуре, которые не образуют водородных связей и узнаются ферментами репарации (система ошибочно спаренных нуклеотидов)
13. Популяционная генетика человека. Подходы, используемые для описания популяционной структуры и оценки значимости факторов популяционной динамики. Значение популяционно-генетических исследований для медицинской и клинической генетики.
Популяционная генетика – это раздел генетики, посвященный изучению закономерностей изменчивости и наследственности на уровне популяции. В рамках данного раздела исследуются генетическая структура популяций и её изменения в ряду поколений.
Популяция – совокупность особей одного вида,
-имеющих общее происхождение
-занимающих определенную территорию (ареал)
-внутри которой осуществляются в той или иной степени свободные случайные скрещивания (панмиксия)
-которая в той или иной степени изолирована от других совокупностей особей того же вида
При переходе на популяционный уровень, мы имеем дело с исследованием организмов в больших совокупностях, гетерогенных по своему генетическому составу. Поэтому методология популяционной генетики основана в значительной степени на статистических закономерностях.
Генетическая структура популяции представлена совокупностью частот генотипов или аллелей, свойственных данной популяции.
Частота генотипа – доля особей с определенным генотипом в популяции Частота аллеля – доля определенного аллеля в популяции
Генетическое разнообразие популяций: внутрипопуляционное (гетерозиготность) и межпопуляционное (генетические различия между популяциями)
С момента возникновения и по сегодняшний день перед популяционной генетикой стояли 4 основные задачи:
1.Оценка генетического разнообразия в популяциях и выяснение механизмов его поддержания
2.Раскрытие генетических последствий отбора и других факторов микроэволюций
3.Установление источников генетической изменчивости в популяциях
4.Изучение системы вида и начальных этапов процесса видообразования
Для решения этих задач используется значительное многообразие различных методов и подходов, включающих генетический и цитогенетический методы, биохимические, молекулярно-генетические и экологические подходы, адекватные способы статистической обработки материала
14. Разложение фенотипической дисперсии изменчивости количественных признаков. Основные компоненты общей фенотипической изменчивости.
Фенотипическая дисперсия - статистическая величина, с помощью которой оценивается размах вариативности какого-либо количественного признака в популяции.
Фенотипическая дисперсия
Один и тот же ген в разных условиях среды может реализоваться в 1, 2, несколько или целый спектр значений признака (фенов). Точно так же один
итот же генотип в разных условиях среды может реализоваться в целый спектр, потенциально возможных фенотипов, но в каждом конкретном онтогенезе реализуется из этого спектра фенотипов только один. Под наследственной нормой реакции понимают максимально возможную ширину этого спектра. Норма реакции характеризует долю участия среды в реализации признака. Чем шире норма реакции, тем больше влияние среды
итем меньше влияние генотипа в онтогенезе. Обычно чем разнообразнее условия обитания вида, тем шире у него норма реакции.
Формула Фальконе для расчета фенотипической дисперсии:
VP2 = VG2 + VE2
VG – влияние генетических факторов
VE – влияние средовых факторов
VG2=VA2+VI2+VD2
VA – аддитивный эффект
VI – эпистатический фактор
VD – эффект доминирования
VE2=VEC2+VEW2
VEC – общесемейные факторы
VEW – внешние общесредовые факторы
15. Понятие коэффициент наследуемости. Коэффициент наследуемости в «широком» и «узком» смысле слова.
Коэффициент наследуемости (h2) - это величина, которая показывает, в какой степени общая изменчивость признака в популяции обусловлена его генетическим разнообразием. Коэффициент наследуемости признаков выражается обычно в долях единицы от 0 до 1 или в процентах. Чем выше коэффициент наследуемости, тем в большей степени значение признака обусловлено наследственностью.
Специфична к анализируемой популяции и в среде, характеристика популяции, а не конкретного индивида. P – фенотипичекая дисперсия, G – генетическая дисперсия, A – аддитивная дисперсия.
Коэффициент наследуемости в узком смысле слова: H3=VA/Vp. Выражает аддитивный генетический вклад в изучаемый признак. Используется в селекции с\х растений и животных, генетика человека – основа для расчета повторного риска в семьях с разным семейным анализом.
Наследуемость в широком смысле слова: H3=VG/VP. Вы\ражает суммарный генетический вклад в изучаемый признак. Используется главным образом в генетике человека, потому что у человека сложно выявить VA/
16. Подходы к оценке коэффициента наследуемости: оценка коэффициента наследуемости на основании анализа фенотипических корреляций у родственников различной степени родства (оценка эффектов доминирования, материнского эффекта, эффектов средовых факторов)
Способы определения коэффициента наследуемости основаны на сходстве между родственными животными. При этом, чем больше степень сходства между родственниками, тем выше наследуемость признаков. Цифровое значение коэффициента наследуемости получают методами корреляционного или дисперсионного анализа. В зависимости от того, между какими родственниками изучается сходство, используют различные формулы для определения коэффициента наследуемости. В случае, когда для установления величины коэффициента наследуемости вычисляют корреляцию между продуктивностью матерей и дочерей, отцов и сыновей, полных братьев и сестер (сибсов) формула имеет вид удвоенного коэффициента корреляции:
h2 = 2r. Эта формула используется, когда различия в изменчивости признаков у родителей и потомков незначительны.
При разной интенсивности отбора среди родителей и потомков показатели разнообразия признаков резко различаются. В таких случаях целесообразно пользоваться формулой: h2 = 2R м/д.