Дефекты гена

Описано около 5 000 тыс. наследуемых заболеваний (дефекты одного гена — моногенные болезни) с различным типом наследования: аутосомный доминантный — Â, аутосомный рецессивный — r, À — сцепленный с полом (точнее с Х- или с Y-хромосомой).

Аутосомно-доминантные синдромыобычно (хотя и не всегда) — результат мутации гена, кодирующего конкретный белок. Каждый ребёнок при одном больном родителе имеет 50% риск унаследовать заболевание. Обычно мутантный ген наследуется от одного из родителей, но иногда это может быть первым случаем проявления аутосомно-доминантного заболевания в данной семье — новая мутация, произошедшая в яйцеклетке или сперматозоиде.

· Индивидуальная вариабельность проявления — характерный признак экспрессии мутантного гена. Например, поликистоз почек у одних больных проявляется ранней почечной недостаточностью, в то время как у других и в том же возрасте — только гипертензией при сохранении нормальной функции почек.

· Плейотропность. Мутантный доминантный ген обычно оказывает влияние на несколько тканей или систем органов.

· Методы диагностики

à Анализ сцепления. Многие рестрикционные фрагменты (РФ) располагаются близко от исследуемого гена втой же хромосоме и сегрегируют вместе с геном, что позволяет провести анализ сцепления. Для большинствазаболеваний необходимо обследование нескольких членов семьи, включая хотя бы одного больного. Винформативных семьях исследуют ДНК лейкоцитов или фибробластов кожи, а также амниоциты или клеткиворсин хориона. Под информативными понимают семьи, в которых РФ хромосом с мутантным геномотличаются от РФ хромосом с нормальным геном, или же такие семьи, в которых РФ у родителей с мутантнымгеном отличаются от РФ родителей без мутантного гена. Семья, в которой у обоих родителей РФ одинаковы,не является информативной. Анализ сцепления может быть использован при некоторых наследуемыхзаболеваниях (например, хорея Хантингтона, кистозный фиброз, мышечная дистрофия Дюшенна). В связи срасшифровкой многих мутаций генов кистозного фиброза и дистрофина, соответственно приводящих кразвитию муковисцидоза и мышечной дистрофии, диагностику этих заболеваний в настоящее время проводятпреимущественно прямым определением патологического гена.

à Прямое исследование ДНК значительно упрощает диагностику моногенных заболеваний даже в тех случаях,когда ген не идентифицирован; благодаря использованию рестрикционных эндонуклеаз и технологиирекомбинантной ДНК, стало возможным выявлять полиморфизм длины рестрикционных фрагментов, чтопозволяет обнаруживать аномальные гены. При некоторых заболеваниях (например, при серповидно-клеточнойанемии) генетический анализ позволяет при помощи комплементарных ДНК–зондов напрямую выявитьпатологический ген. В этих случаях отпадает необходимость обследования других членов семьи.

· Синдром Марфана встречается с частотой 1 на 20 000 новорождённых. Причина — мутация гена фибриллина, структурного белка соединительной ткани. Характерны нарушения обмена кислых мукополисахаридов (гликозаминогликанов) типа хондроитинсерной и гиалуроновой кислот в основном веществе соединительной ткани, что приводит к избыточному накоплению гликозаминогликанов в организме и выделению их с мочой. Нарушен также обмен оксипролина — существенного компонента коллагена.

Аутосомно-рецессивные заболевания проявляются только у гомозигот, когда мутация затрагивает оба аллеля. Многие заболевания этого типа появляются в результате мутации гена, кодирующего фермент. Если мутация затрагивает только один ген из пары, заболевание, как правило, не проявляется или проявляется в стёртой форме, т.к. активность фермента составляет половину от его нормы, чего в большинстве случаев достаточно.

· Тип наследования. Человек с мутацией обоих аллелей гомозиготен по этому гену, а имеющий один мутантный и один нормальный аллель — гетерозиготен по этой паре генов и, как правило, не имеет клинических признаков синдрома.

· Риск передачи. Если оба родителя ребёнка с аутосомно-рецессивным синдромом гетерозиготны по данному гену, каждый ребёнок у этой пары имеет риск проявления заболевания — 25%.

· Кистозный фиброз (муковисцидоз) — наиболее распространённое аутосомно-рецессивное заболевание среди жителей Северной Европы. Частота болезни — 1 на 2000 новорождённых.

à Этиология. Дефект мембранного транспорта хлоридов приводит к нарушению секреции в дыхательных путях и пониженной экзокринной функции поджелудочной железы. Мутантный ген локализован в хромосоме 7q.

à Диагностика. Повышенная концентрация Cl^– в поте больных, соответствующая клиника. ДНК–зонды позволяют идентифицировать 70% мутантных генов. В остальных случаях проводят анализ генетического сцепления.

· Врождённые нарушения обмена веществ, как правило, — аутосомно-рецессивные заболевания, хотя некоторые их них наследуются как сцепленные с полом (например, недостаточность орнитинтранскарбоксилазы). Синдромы развиваются вследствие нарушений структуры или функции фермента или белков, транспортирующих метаболиты в клетку через клеточную мембрану. Метаболические врождённые нарушения могут сочетаться с избыточным накоплением вещества–предшественника, его токсических метаболитов или с дефицитом веществ, необходимых для нормального метаболизма. Отдельные метаболические нарушения встречаются редко, но они оказывают значительное влияние на физическое, интеллектуальное и психическое развитие. Определённые этнические группы имеют повышенный риск специфических метаболичeских нарушений (например, болезнь Тэя–Сакса часто встречается в популяции евреев Ашкенази и канадцев французского происхождения). Наиболее частые заболевания приведены в таблице 1-4.

Таблица 1-4.Примеры моногенных болезней

Нарушения	Заболевания
Метаболизма аминокислот или органических кислот	Фенилкетонурия, гомоцистинурия, изовалериановая ацидемия
Метаболизма аммониевых соединений	Дефицит орнитинтранскарбамилазы
Метаболизма углеводов	Галактоземия, гликогенозы
Мукополисахаридозы	Синдром Хюрлер

à Нарушения обмена аминокислот и органических кислот. При заболеваниях этой группы происходитблокада метаболизма, в результате накапливается субстрат фермента и/или его предшественники. Не менееважно отсутствие продуктов ферментной реакции. Диагностика: определение концентрации аминокислот,органических кислот и их метаболитов в моче или плазме крови.

Ä Фенилкетонурия — наиболее распространённое и изученное нарушение обмена аминокислот; частота — 1 на 12 000 новорождённых. Недостаточность фенилаланингидроксилазы нарушает превращение фенилаланина в тирозин, что приводит к накоплению токсических метаболитов — фенилацетата и фенилацетоуксусной кислоты. Профилактика задержки развития интеллекта осуществляется ранней диагностикой и назначением диеты с ограничением потребления продуктов, содержащих фенилаланин. Обязательны тесты, идентифицирующие детей с фенилкетонурией.

Ä Гомоцистинурия. Распространённость по наиболее частой форме — 1 на 100 000 живорождённых детей. Суммарная частота всех форм — значительно больше. Недостаточность цистатион синтетазы приводит к накоплению гомоцистина, экскретируемого с мочой. Возможен также дефицит 5-метилтетрагидрофолата.

Ä Изовалериановая ацидемия — недостаточность изовалерил-КоА дегидрогеназы, осуществляющей окислительное декарбоксилирование лейцина.

à Нарушения обмена аммониевых соединений встречаются с частотой 1 на 50 000 новорождённых, характерны нарушения в цикле мочевины и гипераммониемия.

Ä Дефицит орнитинкарбамоилтрансферазы — нарушение метаболизма в цикле мочевины.

Ä Другие нарушения цикла мочевины (например, цитруллинемия, аргининосукцинатная ацидурия, недостаточность карбамоилфосфатсинтетазы) по клиническому течению похожи на недостаточность орнитинкарбамоилтрансферазы.

à Нарушения метаболизма углеводов

Ä Галактоземия — тяжёлое врождённое нарушение обмена углеводов. Причина — недостаточность галактозо-1-фосфат–уридин–трансферазы, нарушено превращение галактозо-1-фосфата в глюкозо-1-фосфат.

Ä Гликогенозы (болезни накопления гликогена) — группа врождённых заболеваний, развивающихся при недостаточности ряда ферментов, в результате чего в тканях происходит накопление гликогена.

Сцепленные с Х-хромосомой дефекты. Эти заболевания возникают, когда мальчик наследует от матери мутантный ген Х-хромосомы. Наиболее распространённые заболевания этой группы: гемофилия типа А, цветовая слепота (дальтонизм), мышечная дистрофия Дюшенна.

· Наследование. Риск заболевания зависит от того, кто из родителей (отец или мать) имеет аномальный ген.

à Если мать — носитель дефектного гена, существует 50% риска передачи этого гена каждому ребёнку. Мать гетерозиготна по данному гену, т.к. имеет две Х-хромосомы: одну с нормальным, другую с мутантным геном. У неё, скорее всего, неполная форма заболевания (согласно гипотезе Лайон, в каком-либо клеточном клоне транскрибируются гены дефектной Х-хромосомы). Таким образом, каждая девочка имеет 50% риска стать носителем, а мальчик — 50% риска быть поражённым. Больной мальчик гемизиготен по данному гену, т.к. он имеет единственную Х-хромосому с аномальным геном.

à Аномальный ген отца может быть передан только дочерям, т.е. все его дочери станут носителями. Так как Y-хромосома интактна, то все его сыновья будут здоровы.

· Синдром ломкой Х-хромосомы — довольно частая причина умственной отсталости.

à Распространённость. Х-сцепленная форма умственной отсталости встречается у одного из 1000 мужчин и у 40% из них обнаруживается так называемая ломкая Х-хромосома. У некоторых женщин с умственной отсталостью также имеется ломкая Х-хромосома.

à Диагнозставят на основании выявления хромосомного маркёра (т.н. хрупкий участок на дистальном конце длинного плеча Х-хромосомы). Для обнаружения маркёра лимфоциты больного культивируют в среде без фолиевой кислоты. Так как синдром встречается часто, то все дети с умственной отсталостью неясной этиологии должны пройти обследование с целью выявления ломкой Х-хромосомы.

· Дефицит орнитинкарбамоилтрансферазы вызывает нарушение метаболизма аммониевых соединений. При этом заболевании страдают мальчики, а более трети девочек-носителей имеет отдельные симптомы заболевания (за счёт лайонизации).