Наследственные болезни человека. Основные понятия протеомики
Генные болезни в свою очередь делятся на аутосомные (аутосомно-доминантные и аутосомно-рецессивные) и сцепленные с полом (x-сцепленные и y-сцепленные).
Аутосомно-доминантные болезни. Такое наследование характеризуется прямой передачей дефектного гена от пораженного родителя к детям. Однако для некоторых доминантных мутантных генов наблюдается неполное их проявление. В таких случаях у больных некоторые симптомы могут не проявляться. Таким образом, очевидно, что в ряде случаев патологии необходим тщательный анализ семейной схемы - родословной. К таким мутациям относятся такие болезни, как:
Хорея - непроизвольные движения лица и конечностей, нарушение психики
Глаукома - слепота и дегенерация нервных клеток
Мышечная дистрофия - аномалии функций мышц
Полипоз кишечника - множественные полипы, перерождающиеся в рак
Брахидактилия (короткопалость) - укороченные концевые костные фаланги
Ахандроплазия - карликовость
Аутосомно-рецессивные болезни
Изменению или мутированию могут подвергаться и рецессивные гены. Однако если мутация доминантного гена сопровождается изменением контролируемого им признака, то мутация рецессивного гена не вызовет каких-либо фенотипических изменений. Рецессивный мутантный ген может передаваться через несколько поколений, пока в результате брака между двумя носителями не появится ребенок, унаследовавший одинаковый дефектный ген и от отца, и от матери.
Серповидно-клеточная анемия - хроническая гипоксия, тромбоз и смерть в начале жизни
Гидроцефалия - накопление жидкости в черепной коробке, физические и психические нарушения
Врожденная глухота
Фенилкетонурия - уменьшение тонуса мышц, депигментация кожи, волос, радужной оболочки, умственная отсталость
Цистический фиброз - нарушение функций поджелудочной и других желез, пневмония и гибель
Болезнь Тея-Сакса - паралич, слепота, нарушение психики, и смерть до 3 лет
Y- и Х-сцепленные с полом болезни
Гемофилия-несвертываемость крови
Ночная слепота-неспособность видеть в темноте
Гипертрихоз-Y-сцепленная волосатость ушей по краю ушной раковины
Синдактилия-перепончатое сращение 2 и 3 пальцев на ноге
Дальтонизм-«цветная слепота»
ТИПЫ НАСЛЕДОВАНИЯ ГЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ. Тип наследования устанавливается путём анализа родословной. При составлении последней учитывают распространение в семье изучаемого заболевания и родственные отношения между носителями патологических генов. Построение и анализ родословной составляют предмет клинико-генеалогического исследования.
Аутосомно-доминантный тип наследования. Фенотипически при этом типе наследования патологическое состояние обнаруживается у гетерозигот.
1.Патологический признак встречается в каждом поколении родословной и проявляется у гетерозиготных носителей гена. Если сибсов в данном поколении много, соотношение больных и здоровых сибсов приближается к 1:1.
2.Полная пенетрантность патологических проявлений наблюдается далеко не всегда. Чаще всего она ниже 100%, в том или ином поколении могут встретиться индивиды без выраженных признаков болезни, но являющихся гетерозиготами, о чём свидетельствует появление болезни у части их детей.
3.Для доминантно наследуемых состояний характерна различная выраженность клинических проявлений не только между разными семьями, но и внутри каждой семьи. Например, при множественном нейрофиброматозе у одних членов семьи нейрофибромы распространены генерализванно, а у других – имеются лишь отдельные кожные поражения.
4.Клинические проявления некоторых доминантных болезней могут развиваться спустя ряд лет после рождения, и по сроку появления имеется также большая вариабельность между членами разных семей и даже в одной семье. Традиционным примером этому служит хорея Гентингтона.
Аутосомно-рецессивный тип наследования. Фенотипически при этом типе передачи патологического состояния гетерозиготы не отличаются от носителей обоих нормальных аллелей. Для клинического проявления болезни патологический ген должен быть в гомозиготном состоянии. Гомозиготы образуются в нескольких типах потомства.
1.Потомство, оба родителя которого гетерозиготы, встречается чаще всего. Сегрегация потомства следует менделеевскому соотношению 1:2:1, то есть риск рождения больного ребёнка в таком браке 25%. В современных малодетных семьях установление затруднено. Правильному анализу способствует: а) указание на кровное родство родителей; б) биохимическое обследование, помогающее выявить носительство родителями патологического гена по биохимическому дефекту при болезни с выясненным первичным дефектом. Это обстоятельство важно, поскольку рецессивные болезни в основном являются энзимопатиями, многие из них – с известным биохимическим эффектом.
2.Потомство, когда оба родителя гомозиготы. Такие случаи редки. Теоретически все сибсы должны быть больными.
3.Потомство гетерозигот с гомозиготами, которые возможно вследствие кровнородственных браков. Менделеевское расщепление больных и здоровых сибсов будет 1:1. Такое сегрегационное отношение анологично тому, что имеется при аутосомно- доминантном типе наследования, поэтому его иногда называют псевдодоминантным.
Х-сцепленное наследование. Родословные с наследственной передачей патологических признаков, как и ранее разобранных нормальных признаков, если определяющие их гены локализованы в Х-хромосоме, имеют свои особенности, которые зависят от того, является ли признак рецессивным или доминантным. При Х-сцепленном рецессивном типе наследования, который характерен для таких сравнитнльно распространённых болезней, как гемофилия и некоторые типы мышечной дистрофии, гетерозиготы фенотипически будут здоровыми. Ими являются женщины, так как в норме лишь они несут две Х-хромосомы.
Х-сцепленный доминантный тип наследования. Присущ немногим формам патологии, например, витамин D-рахиту. Фенотипическое проявление заболевания будут иметь как гомозиготы, так и гетерозиготы. Генетически возможны разные браки, но информативными являются те, в которых больным будет отец. В браке со здоровой женщиной наблюдаются следующие особенности наследования патологий:
1) все сыновья и их дети будут здоровыми, так как от отца им может быть передана только Y-хромосома;
2) все дочери будут гетерозиготами, причем фенотипически больными. Этими двумя особенностями данный тип отличается от аутосомно-доминантного типа, при котором соотношение больных и здоровых сибсов составляет 1:1 и одинаково для детей неотличимы от таковых при аутосомно-доминантном топе наследования (1:1),и половых различий также не должно быть. Отмечается более сильное проявление заболевания у мужчин, поскольку у них отсутствует компенсирующее действие нормального аллея. В литературе описаны родословные при некоторых болезнях с этим типом передачи, у которых нет сибсов мужского пола, поскольку сильная степень поражения вызывает их внутриутробную гибель. Такая родословная выглядит своеобразно: в потомстве только женщины, около половины их больны, в анамнезе могут значиться спонтанные аборты и мёртворождения плодов мужского пола.
Перечисленные типы наследования предусматривают главным образом моногенные заболевания (определяемые мутацией одного гена). Однако патологическое состояние может зависеть от двух и более мутантных генов. Ряд патологических генов обладает сниженной пенетрантностью. При этом присутствие их в геноме, даже в гомозиготном состоянии, необходимо, но недостаточно для развития болезни. Таким образом, не все типы наследования болезней человека укладываются в три перечисленные выше схемы.
Еще по теме Генные болезни:
- НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ПАТОЛОГИЯ – ГЕННЫЕ БОЛЕЗНИ. ХРОМОСОМНЫЕ БОЛЕЗНИ. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Число ННСТ, группирующихся в сходные по внешним и висцеральным признакам синдромы и фенотипы, весьма велико. Как было показано выше, особенно часто приходится сталкиваться с синдромами, близкими по своим клиническим проявлениям к СМ. Поскольку идентификация отдельных ННСТ из-за трудностей проведения молекулярно-генетических исследований крайне затруднена, следует использовать принципы группировки синдромов и фенотипов на основе близости их фенотипических проявлений.
В основу такой группировки необходимо положить алгоритмы, основанные на общепринятых подходах и согласованных критериях, обсуждавшихся выше. Именно такие синдромы и фенотипы, отдавая дань отечественной традиции, следует называть «дисплазиями соединительной ткани» (ДСТ).
Ниже приведены наиболее распространенные диспластические синдромы и фенотипы, которые зачастую имеют сходные внешние проявления. В перечень включен и СГМС, алгоритмы диагностики которого рассматривались выше. Все синдромы и фенотипы расположены в порядке убывания их клинической значимости.
Наиболее распространенные синдромы и фенотипы, включенные в понятие ДСТ
Пролапс митрального клапана (ПМК)
Марфаноидная внешность (МВ)
Марфаноподобный фенотип (МПФ)
Элерсоподобный фенотип (ЭПФ)
Синдром гипермобильности суставов (СГМС)
Синдромы со смешанным фенотипом (СФ)
Неклассифицируемый фенотип (НКФ)
В основу распознавания вышеназванных синдромов и фенотипов должны быть положены результаты семейного, генеалогического и фенотипического обследований, данные ЭхоКГ и УЗИ органов брюшной полости и почек. Из множества внешних признаков ННСТ приоритетны те, которые используются в международных рекомендациях в качестве больших и малых критериев ННСТ (cм. выше).
Для оценки вовлеченности той или иной системы следует опираться на подходы, изложенные в приведенных выше рекомендациях (Гентские критерии диагностики синдрома Марфана, Вилльфраншские критерии диагностики синдрома Элерса - Данло, Брайтонские критерии диагностики СГМС, рекомендации АНА по ведению больных с клапанной патологией).
Важно подчеркнуть, что диагностика перечисленных синдромов и фенотипов требует не только знания основных признаков и алгоритмов распознавания ННСТ, но и проведения семейного обследования и данных лабораторного исследования метаболизма соединительной ткани.
В силу сказанного, в основу алгоритма диагностики вышеназванных синдромов и фенотипов следует положить
те же принципы деления признаков на большие и малые
, как это сделано в согласованных экспертами рекомендациях по диагностике основных ННСТ(см. выше), с использованием того же набора признаков и теми же подходами к оценке их выраженности. При этом как изложено в Гентских критериях, - большие критерии
свидетельствуют о наличии в соответствующей системе патологических изменений
. Малые критерии
, а в некоторых случаях - один большой критерий, свидетельствуют о вовлечении той или иной системы
в наследственную патологию соединительной ткани.
^
4.1 Алгоритмы диагностики диспластических синдромов и фенотипов
4.1.1. Пролапс митрального клапана (ПМК)
ПМК определяется сегодня по данным ЭходопплерКГ как выбухание одной и/или обеих створок митрального клапана в полость левого предсердия на 2 мм и более над уровнем митрального кольца по горизонтальной оси в парастернальной позиции с миксоматозной дегенерацией(МД) створок или без нее с митральной регургитацией(МР) или без нее (ACC/AHA, Bonow R. O. et al., 2006).Важно подчеркнуть, что такая формулировка допускает включение в понятие ПМК самых разных вариантов:
безобидный ЭхоКГ феномен, возникающий из-за избыточной длины створок или их высокой эластичности у лиц молодого возраста, особенно у молодых женщин
малая аномалия сердца, часто сопровождающая другие классифицируемые и неклассифицируемые диспластические синдромы
самостоятельный клинически и прогностически значимый синдром. Речь идет о первичном семейном ПМК (^ FAMILIAL MITRAL VALVE PROLAPSE - MIM 157700 ), далее, - синдром ПМК и первичном миксоматозном ПМК (MYXOMATOUS MITRAL VALVE PROLAPSE - MIM 607829 или MIM 610840 ).
плейотропное проявление некоторых классифицируемых ННСТ (синдромы Марфана, Элерса-Данло и др.)
При отсутствии признаков миксоматозной дегенерации (МД) створок (доказан высокий риск сердечно-сосудистых осложнений при толщине створок 5мм и более) необходима дифференциальная диагностика между синдромом ПМК, ПМК как одной из малых аномалий и вариантом нормы. Диагностика синдрома ПМК должна основываться на клинических и ЭхоКГ данных. Синдром ПМК это сочетание ЭхоКГ-признаков пролабирования створок/створки с клиническими данными (наличие систолического клика и систолического шума, гипотензия и ортостатическая недостаточность, вегетативная дисфункция, аритмический синдром и изменения на ЭКГ). При исключении синдрома ПМК выбухание створок на 2 мм и более над уровнем митрального кольца может быть расценено как один из вариантов МАС, число которых, как известно, тесно коррелирует с количеством выявляемых внешних признаков ННСТ (Ягода А.В., Гладких Н. Н.,2007). Следует помнить и возможности отнесения случаев выбухания створок на 2 мм над уровнем митрального кольца без МР и МД к варианту нормы.
^
4.1.2 Марфаноидная внешность (МВ)
Диагноз «марфаноидная внешность» должен ставиться в соответствие с Гентскими критериями при наличии признаков вовлечения
костной системы, при отсутствии клинически значимых признаков вовлечения зрительного аппарата, сердечно-сосудистой и дыхательной систем (см. Гентские критерии, раздел 3.1). Напомним, что костная система вовлечена
, если выявляются: не менее 2х больших признаков, или один большой и 2 малых признака. Кроме того, вовлечение костной системы может быть диагностировано при наличии 4х малых признаков, характеризующих долихостеномелию. В диагностике вовлечения костной системы следует использовать более мягкие критерии изменения костной системы, чем те, которые приведены в Гентских критериях (Malfait F. et al.,2006).
Признаки марфаноидной внешности
Арахнодактилия (симптомы большого пальца + запястья)
Сколиотическая деформация позвоночника
Воронкообразная деформация грудной клетки
Килевидная деформация грудной клетки
Отношение размаха рук к росту равен или более 1,03
Отношение верхнего (до лонного сращения) и нижнего сегментов тела менее 0,89
Отношение длины руки к росту более 11%
Отношение длины стопы к росту более 15%
^
4.1.3 Марфаноподобный фенотип (МПФ)
Марфаноподобный фенотип диагностируют при наличии признаков вовлечения костной системы в сочетании с патологическими изменениями в одной из висцеральных систем или признаков вовлечения еще двух висцеральных систем. Не следует забывать, что для оценки патологических изменений и/или вовлечения костной системы необходимо проведение рентгенологического исследования тазобедренных суставов и КТ или МРТ позвоночника.
Само собой разумеется, что МПФ может включать в себя как случаи СМ с неполными Гентскими критериями, так и целый ряд родственных с СМ ННСТ, которые перечислены в приложении 2. Отметим, что при отсутствии полного набора Гентских критериев, как показали недавно проведенные исследования (Faivre L. et al., 2008), признаки расширения аорты появляются в более позднем возрасте, что, однако, не снижает опасность развития осложнений.
^
4.1.4 Элерсоподобный фенотип (ЭПФ)
Элерсоподобный фенотип (ЭПФ) включает в себя широкий диапазон состояний от «неполного» синдрома Элерса - Данло до весьма легких и клинически менее значимых состояний, диагностируемых при наличии признаков вовлечения кожи, мышц, суставов, а также сосудов. Главное условие отнесения пациента к ЭПФ - наличие не менее 2х малых признаков вовлечения кожи
. (см. Вилльфраншские критерии, раздел 3.2). Важно понимать, что в ЭПФ при таком упрощенном алгоритме диагностики включаются некоторые субклинические варианты уже известных шести подтипов, упомянутых в Вилльфраншских критериях, так и множество еще не классифицированных вариантов СЭД.
^
4.1.5 Cмешанный фенотип (СФ)
Cмешанный фенотип (СФ) следует диагностировать при наличии признаков вовлечения
костной системы, кожи и гипермобильности суставов(ГМС). Наличие вовлечения костной системы следует оценивать по критериям Malfait F. et al. (2006), приведенным для диагностики марфаноидной внешности (4 из 8 признаков), вовлечение кожи при наличии не менее двух кожных признаков, вовлечение суставов при выявлении гипермобильности суставов на 4 и более баллов по Beighton P. et al.(1999) . Такое сочетание признаков (overlap syndrome) вполне допускает одновременное выявление ПМК при условии его клинической и гемодинамической незначимости (отсутствие признаков миксоматозной дегенерации и выраженной МР). Возможность сочетания признаков ННСТ представлена на рисунке (см. приложение 4).
^
4.1.6 Синдром гипермобильности суставов
Диагностика СГМС были рассмотрены выше (см. раздел 3.4) и основана на Брайтонских критериях, ревизованных позднее R. Grahamе (2000). Уместно отметить, что, как и все вышеперечисленные синдромы и фенотипы, СГМС диагностируется лишь на основе общности клинических проявлений и генетически неоднороден. Он может включать в себя не только случаи мутации гена тенаскина-Х, но и других генов, ответственных за формирование структуры и функции иных белков внеклеточного матрикса.
^
4.1.7 Неклассифицируемый фенотип (НКФ)
Отдавая дань отечественным исследованиям ННСТ, основанным на использовании количественного или балльного подходов к диагностике ННСТ, и позволившим продемонстрировать вклад ННСТ в формирование особенностей клинической картины многих заболеваний внутренних органов, развившихся на фоне признаков дисплазии, следует выделять НКФ. В основу диагностики НКФ, в отличие от всех вышеназванных положен количественный принцип. Заключение о НКФ следует выносить при выявлении не менее шести малых
внешних и/или висцеральных признаков ДСТ, при условии исключения всех вышеназванных синдромов, наличии отягощенного по ННСТ семейного анамнеза и лабораторных данных, подтверждающих нарушение метаболизма соединительной ткани.
^
4.1.8 Недиагностические заключения о нарушениях соединительной ткани
Исходя из данных литературы о возможности использования количественного и/или балльного подхода в распознавании ДСТ, следует продолжить исследования клинической значимости признаков ННСТ на основе количественного подхода. Речь идет о случаях выявления увеличенного числа внешних или висцеральных признаков дисплазии.
^ Повышенная диспластическая стигматизация(ПДС)
Наличие 3-5 малых внешних признаков дисплазии
Различные сочетания малых костных, кожных и суставных признаков, наличие которых не позволяет классифицировать один из вышеперечисленных синдромам и фенотипов
Наличие единичных малых внешних фенов дисплазии
Наличие 3 и более малых аномалии сердца, включая удлинение створок митрального клапана или легкий ПМК без признаков МР и миксоматоза и/или соединительнотканного каркаса других внутренних органов (дистопия почек, висцероптоз, рефлюксная болезнь, рецидивирующий пневмоторакс, трахеобронхомегалия, геморрагический синдром и др.)
^
4.2 Дифференциальная диагностика наиболее распространенных диспластических синдромов и фенотипов
Учитывая сходство симптоматики и возможность выявления сходных внешних признаков при различных диспластических синдромах, вопросы дифференциальной диагностики требуют уточнения:
наличие признаков, позволяющих поставить диагноз «Синдром ПМК или первичный миксоматозный ПМК» исключает возможность любого из перечисленных ниже синдромов и фенотипов.
диагноз «марфаноидная внешность» ставят при наличии критериев вовлечения костной системы и при отсутствии признаков вовлечения других органов и систем, характерных для синдрома Марфана.
наибольшие трудности возникают при дифференциальной диагностике МПФ и ЭПФ фенотипов, поскольку при первом могут иметься признаки вовлечения кожи, точно так же, как при элерсоподобном фенотипе - изменения костной системы. В подобных случаях при дифференциальной диагностике следует учитывать выраженность и количество признаков изменений скелета и кожи. Вероятность ЭПФ существенно повышается при наличии двух и более кожных признаков и отсутствии признаков долихостеномелии.
синдромы со смешанным фенотипом (СФ) должны диагностироваться при наличии признаков вовлечения костной системы, кожи и суставов. Выявление СФ не исключает выявления МАР, в том числе и МАС.
диагнозы МПФ или ЭПФ исключают возможность неклассифицируемого фенотипа
Заключение о НКФ возможно лишь при отсутствии критериев диагностики других вышеназванных синдромов и фенотипов.
ПДС и ПДСв занимают последние места в иерархии заключений, а оценка их клинической значимости требует проведения специальных исследований.
Диагностика вышеназванных синдромов и фенотипов требует не только знания внешних признаков, но и обследования состояния других органов и систем и, прежде всего, сердечно-сосудистой. Особое место в диагностике вовлечения сердца и сосудов в диспластический процесс занимает эхокардиография, без которой сегодня невозможно исключить наследственную патологию аорты и митрального клапана. Именно на результатах ЭхоКГ-исследования основана диагностика MASS-фенотипа и пролапса митрального клапана.
^
4.3. Возрастные аспекты диагностики ННСТ
Генетический дефект может проявляться в разные возрастные периоды и, чем раньше они выявляются, тем более выражена клиническая картина заболевания и тяжелей прогноз. В процессе роста и развития организма происходит накопление дефектов в системе соединительной ткани (белки внеклеточного матрикса, ферменты, клетки). Время появления клинических признаков различных ННСТ зависит от временных закономерностей генной экспрессии, пенетрантности генов и характера факторов внешней среды.
Убедительно показано, что в раннем детском возрасте диагноз СМ вызывает особые затруднения и возможен на основе клинических данных лишь в 56% случаев (Faivre L.et al. 2008). С другой стороны, диагностика СГМС по клиническим признакам гипермобильности просто невозможна у детей и подростков до 16 лет.
Говоря о возрастных аспектах проблемы, следует подчеркнуть, что многие признаки, обычно ассоциирующиеся с ННСТ, могут быть связаны с процессами старения (сколиотическая деформация позвоночника, плоскостопие, варикозная болезнь и др.), что затрудняет диагностику многих синдромов и фенотипов у лиц старших возрастных групп. Другие (мобильность суставов) с возрастом уменьшаются, что также требует целенаправленного сбора анамнеза для уточнения диагноза СГМС. Наибольшей чувствительностью и специфичностью для клинической диагностики ННСТ обладают костные признаки.
^
4.4 ННСТ и МКБ Х
В МКБ-Х отражены основные моногенные ННСТ и несколько наследственных синдромов, отнесенных к группе ДСТ:
Q 78.0 Незавершённый остеогенез. Врождённая ломкость костей.
Q 79.6 Синдром Элерса-Данло
Q 87.4 Синдром Марфана
I 34.1 Пролапс митрального клапана
М 35.7 Гипермобильный синдром разболтанности, излишней подвижности. Семейная слабость связок.
При формулировке диагноза пациента с признаками ННСТ необходимо стремиться на основании результатов обследования диагностировать диспластические синдромы и фенотипы, а диагноз НКФ использовать для случаев, когда классифицировать диспластический синдром или фенотип не представляется возможным. При этом в любом случае при формулировке диагноза следует указывать имеющиеся у пациента признаки ДСТ, формируя, таким образом, «портрет» пациента, понятный врачу последующего контакта.
В приложении 6 приведены примеры формулировки диагнозов у лиц с различными диспластическими синдромами и фенотипами.
Фенотипическое проявление информации, заключенной в генотипе, характеризуется показателями пенетрантности и экспрессивности.
Пенетрантность – отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе информации. Она соответствует проценту особей, у которых доминантный аллель гена проявился в признак, по отношению ко всем носителям этого аллеля.
Пример: Зависимость окраски шерти от температуры у гималайского кролика.
Экспрессивность – характеризует фенотипическое проявление наследственной информации, степень выраженности признака и, с одной стороны, зависит от дозы соответствующего аллеля гена при моногенном наследовании или от суммарной дозы доминантных аллелей генов при полигенном наследовании, а с другой - от факторов среды.
Пример: интенсивность красной окраски цветков ночной красавицы.
11. Роль наследственности и среды в развитии заболеваний.
Фенотип человека, формирующийся на различных стадиях его онтогенеза, так же как фенотип любого живого организма, является в первую очередь продуктом реализации наследственной программы. Степень зависимости результатов этого процесса от условий, в которых он протекает, у человека определяется его социальной природой.
Наследственные болезни.
Развитие этих заболеваний целиком обусловлено дефектностью наследственной программы, а роль среды заключается лишь в модифицировании фенотипических проявлений болезни. К этой группе патологических состояний относят хромосомные болезни, в основе которых лежат хромосомные и геномные мутации, и моногенно наследуемые заболевания, обусловленные генными мутациями. В качестве примера можно назвать болезнь Дауна, гемофилию, фенилкетонурию. Наследственные болезни всегда связаны с мутацией, однако фенотипическое проявление последней, степень выраженности патологических симптомов у разных индивидумов могут различаться.
Мультифакториальные заболевания, или болезни с наследственным предрасположением.
К ним относится большая группа распространенных заболеваний, особенно болезни зрелого и преклонного возраста, такие, как гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки и т.д. Причинными факторами их развития выступают неблагоприятные воздействия среды, однако реализация этих воздействий зависит от генетической конституции, определяющей предрасположенность организма. Соотносительная роль наследственности и среды в развитии разных болезней с наследственным предрасположением неодинакова.
Лишь немногие формы патологии обусловлены исключительно воздействием факторов среды - травма, ожог, обморожение, особо опасные инфекции. Но и при этих формах патологии течение и исход заболевания в значительной степени определяются генетическими факторами.
12. Строение,свойства и функции днк и рнк. Виды рнк
Молекула ДНК - это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси. Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали, напоминая винтовую лестницу, и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи). Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых - числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа», то есть А+Г=Т+Ц. Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностью, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы.
Функцией ДНК :
Хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации.
РНК - полимер, мономерами которой являются рибонуклеотиды. Синтезируется на молекулах ДНК при помощи ферментов РНК-полимеразы с соблюдением принципа комплементарности и антипараллельности,причем аденину ДНК в РНК комплементарен урацил. В отличие от ДНК, РНК образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой. Нуклеотиды РНК способны образовывать водородные связи между собой.
Мономер РНК - нуклеотид (рибонуклеотид) - состоит из остатков трех веществ:
азотистого основания,
пятиуглеродного моносахарида (пентозы)
фосфорной кислоты. Азотистые основания РНК также относятся к классам пиримидинов и пуринов.
РНК выполняет роль посредника, функцией которого является перевод наследственной информации, сохраняемой в ДНК,в рабочую форму.
Выделяют три вида РНК:
информационная (матричная) РНК - иРНК (мРНК),
транспортная РНК - тРНК,
рибосомная РНК - рРНК.
Матричная, или информационная,РНК
Синтезируется на цепи ДНКс соблюдением их комплементарности нуклеотидам ДНК,а так же антипараллельно по отношению к матричной цепи ДНК.Собирается по нуклеотдам от 5’-конца к 3’- концу.На долю иРНК приходится до 5% от общего содержания РНК в клетке.
Функции иРНК:
перенос генетической информации от ДНК к рибосомам
матрица для синтеза молекулы белка
определение аминокислотной последовательности первичной структуры белковой молекулы.
Транспортные РНК
Напоминает по форме лист клевера. На долю тРНК приходится около 10% от общего содержания РНК в клетке.
Функции тРНК:
транспорт аминокислот к месту синтеза белка, к рибосомам,
трансляционный посредник.
В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех тРНК имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, из-за которых тРНК приобретают конформацию, напоминающую по форме лист клевера. У любой тРНК есть петля для контакта с рибосомой (1), антикодоновая петля (2), петля для контакта с ферментом (3), акцепторный стебель (4), антикодон (5). Аминокислота присоединяется к 3"-концу акцепторного стебля. Антикодон - три нуклеотида, «опознающие» кодон иРНК. Следует подчеркнуть, что конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую ее антикодону. Специфичность соединения аминокислоты и тРНК достигается благодаря свойствам фермента аминоацил-тРНК-синтетаза.
Рибосомные РНК
На долю рРНК приходится 80–85% от общего содержания РНК в клетке. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы - органоиды, осуществляющие синтез белка. В эукариотических клетках синтез рРНК происходит в ядрышках.
Функции рРНК:
необходимый структурный компонент рибосом и, таким образом, обеспечение функционирования рибосом
обеспечение взаимодействия рибосомы и тРНК
первоначальное связывание рибосомы и кодона-инициатора иРНК и определение рамки считывания
формирование активного центра рибосомы.
Генотип - это совокупность всех генов организма, являющихся его наследственной основой.
Фенотип - совокупность всех признаков и свойств организма, которые выявляются в процессе индивидуального развития в данных условиях и являются результатом взаимодействия генотипа с комплексом факторов внутренней и внешней среды.
Фенотип в общем случае - это то, что можно увидеть (окрас кошки), услышать, ощутить (запах), а также поведение животного. Договоримся, что мы будем рассматривать фенотип только с точки зрения окраса.
Что касается генотипа, то о нем чаще всего говорят, имея в виду некую небольшую группу генов. Пока же давайте считать, что наш генотип состоит всего лишь из одного гена W (в следующих параграфах мы будем последовательно добавлять к нему другие гены).
У гомозиготного животного генотип совпадает с фенотипом, а у гетерозиготного - нет.
Действительно, в случае генотипа WW , обе аллели отвечают за белый окрас, и кошка будет белой. Аналогично ww - обе аллели отвечают за не белый окрас, и кошка будет не белой.
А вот в случае генотипа Ww кошка внешне (фенотипически) будет белой, однако в своем генотипе она будет нести рецессивную аллель не белого окраса w .
Каждый биологический вид имеет свойственный только ему фенотип. Он формируется в соответствии с наследственной информацией, заложенной в генах. Однако в зависимости от изменений внешней среды состояние признаков варьирует от организма к организму, в результате чего возникают индивидуальные различия - изменчивость.
На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм. Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и генетическую, или мутационную.
Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Модификационная изменчивость проявляется в количественных и качественных отклонениях от исходной нормы, которые не передаются по наследству, а носят лишь приспособительный характер, например, усиление пигментации кожи человека под действием ультрафиолетовых лучей или развития мышечной системы под действием физических упражнений и т.д.
Степень варьирования признака у организма, то есть пределы модификационной
изменчивости называются нормой реакции. Таким образом, фенотип формируется в
результате взаимодействия генотипа и факторов среды, Фенотипические признаки не
передаются от родителей к потомкам, наследуется лишь норма реакции, то есть
характер реагирования на изменение окружающих условий.
Генетическая изменчивость бывает комбинативной и мутационной.
Комбинативная изменчивость возникает в результате обмена гомологичными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза, что приводит к образованию новых объединений генов в генотипе. Возникает в результате трех процессов:
1)
независимого расхождения хромосом в
процессе мейоза;
2)
случайного соединения их при
оплодотворении;
3)
обмена участками гомологичных хромосом
или конъюгации.
Мутационная изменчивость. Мутациями называют скачкообразные и устойчивые
изменения единиц наследственности - генов, влекущие за собой изменения
наследственных признаков. Они обязательно вызывают изменения генотипа, которые
наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.
Существуют хромосомные и генные мутации. Хромосомные мутации связаны с
изменением структуры хромосом. Это может быть изменение числа хромосом кратное
или не кратное гаплоидному набору (у растений - полиплоидия, у человека -
гетероплоидия). Примером гетероплоидии у человека может быть синдром Дауна (одна
лишняя хромосома и в кариотипе 47 хромосом), синдром Шерешевского - Тернера
(отсутствует одна Х-хромосома, 45). Такие отклонения в кариотипе человека
сопровождаются расстройством здоровья, нарушение психики и телосложения,
снижением жизнеспособности и др.
Генные мутации - затрагивают структуру самого гена и влекут за собой изменение
свойств организма (гемофилия, дальтонизм, альбинизм и др.). Генные мутации
возникают как в соматических, так и в половых клетках.
Мутации, возникающие в половых клетках, передаются по наследству. Их называют
генеративными мутациями. Изменения в соматических клетках вызывают соматические
мутации, распространяющиеся на ту часть тела, которая развивается из
изменившейся клетки. Для видов, размножающихся половым путем, они не имеют
существенного значения, для вегетативного размножения растений они важны.
Гены и генотип (см. главу 2);
Механизмы взаимодействия между материнским и отцовским геномами (см. главу 4);
Факторы окружающей среды (см. главы 4 и 5).
Для упрощенного рассмотрения действия этих факторов при формировании признаков и фенотипа в середине XX в. предложено основное уравнение: Р = G + E, в котором Р - это признак (фенотип), G - ген (генотип), Е - фактор(ы) среды.
Следовательно, признак (фенотип) охарактеризован как результат действия гена (генотипа), фактора среды или их совместного влияния (общий эффект).
Иными словами, Р - это регистрируемый результат (внутренний и/или внешний) действия (функции) генов и факторов среды, их фенотипическое проявление.
Таким образом, за любым признаком (фенотипом) стоит функция конкретного гена (генотипа) и/или эффект фактора(ов) среды.
С позиций протеомики, признак (фенотип) - это результат экспрессии гена, проявляющийся в виде структурного или регуляторного белка (белка-фермента) или их комплексов.
Теперь сформулируем основные понятия протеомики.
Признак, нормальный признак, патологический признак
Признак - это фенотипическое проявление или результат действия гена(ов), фактора(ов) среды или их совместного действия.
Другое определение признака: это дискретная единица, характеризующая конкретный уровень организма (молекулярный, биохимический, клеточный, тканевый, органный или системный); она отличает один организм от другого.
Разные организмы (в пределах одного биологического вида) имеют разные признаки (окраска глаз, курчавость волос, длина и масса тела и т.п.).
К признакам клетки и организма, проявляющимся на молекулярном (генетическом и биохимическом) уровне, или молекулярным признакам, относятся так называемые строительные материалы клеток и тканей, органов и систем, т.е. макромолекулы и микромолекулы органических соединений со встроенными в них неорганическими веществами. Главные из таких молекул - нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды и нуклеотиды), белки (полипептиды, пептиды и аминокислоты), полисахариды и моносахариды, липиды и их компоненты.
К надмолекулярным (супрамолекулярным) признакам, проявляющимся на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях, относятся: антропометрические, анатомические, морфологические (гистологические), физиологические (функциональные), неврологические, эндокринологические, иммунологические, психические, психологические и другие фенотипические особенности организма.
Признаки делятся на нормальные и патологические.
Нормальный признак - это фенотипическое проявление определенного признака в пределах установленных для него границ нормы, результат нормального действия гена, фактора окружающей среды или их совместного влияния.
Например, нормальное количество лейкоцитов в крови ребенка - 6-9 тыс.
Патологический признак - это фенотипическое проявление определенного признака, выходящее за пределы установленных для него границ нормы, либо это проявление ранее неизвестного (нового) признака.
Например, если в крови у ребенка меньше 6 тыс. лейкоцитов - это лейкопения, а больше 9 тыс. - это лейкоцитоз.
Патологический признак как симптом болезни - это результат патологического действия гена, фактора окружающей среды или их совместного влияния.
Фенотип, нормальный фенотип, патологический фенотип
Фенотип - это совокупность всех признаков организма, обусловленных совместным действием генотипа и факторов среды.
Нормальный фенотип - это совокупность всех нормальных признаков организма, обусловленных нормальным действием генотипа и факторов среды (результат их взаимодействия).
Патологический фенотип - это наличие ряда патологических признаков организма, обусловленных патологическим действием генотипа и факторов среды (результат их взаимодействия), на фоне других нормальных признаков организма.
Здесь следует пояснить смысл формулировки «...на фоне других нормальных признаков».
Если у больного человека выявлен конкретный патологический признак или фенотип (например, симптоматика ОРВИ), то это совсем не означает, что у него исчезли другие (нормальные) признаки, например голубая окраска глаз, курчавость волос и др.
Патологический фенотип как симптомокомплекс болезни - это результат совместного патологического действия генотипа и факторов окружающей среды.
Фенотипический полиморфизм
Фенотипический полиморфизм - это многообразие нормальных и патологических признаков и фенотипов, выявляемых на любых уровнях дискретности организма: молекулярном, клеточном, тканевом, органном и организменном.
С фенотипическим полиморфизмом тесно связаны:
Полиморфизм последовательностей ДНК или генетический полиморфизм (см. главу 2), служащий основой генетической уникальности (индивидуальности) человека;
Полиморфизм белков, или протеомный (биохимический) полиморфизм (см. выше), служащий основой фенотипической уникальности (индивидуальности) человека.
Понятия клинической протеомики
Клиническая протеомика - это патологические (клинические) признаки и фенотипы, с которыми имеет дело врач любой специальности, проводящий осмотр пациентов.
К клиническим признакам и фенотипам относятся:
Симптом болезни (см. «патологический признак»);
Симптомокомплекс болезни (см. «патологический фенотип»);
Болезнь, патокинез и прогредиентность.
Болезнь - это патологический процесс, возникший в ходе онтогенеза, это временный или постоянный патологический фенотип (симптомокомплекс болезни), характеризующийся патокинезом и прогредиентностью.
Понятия «патокинез» и «прогредиентность» впервые введены И.В. Давыдовским (1961).
Патокинез - это движение патологического процесса, т.е. болезнь движется от начала до конца, последовательно проходя стадии продромы (скрытый, или латентный период), манифестации первых признаков, течения болезни (начало, совпадающее с манифестацией, середина течения и исход). Исход - это выздоровление, переход болезни в хроническое состояние или смерть.
Прогредиентность - это прогрессирование патологического процесса или нарастание степени тяжести (экспрессивности) болезни по мере ее течения.
Наследственная болезнь
Наследственная болезнь - это возникший в ходе онтогенеза постоянный (конституциональный) патологический фенотип с признаками патокинеза и прогредиентности, передаваемый из поколения в поколение.
Врожденная болезнь
Врожденная болезнь - это возникший внутриутробно постоянный патологический фенотип без признаков патокинеза и прогредиентности, передаваемый или не передаваемый из поколения в поколение, что связано с генетической или негенетической причиной болезни.
Например, если диагноз синдрома Дауна поставлен уже при рождении ребенка, то фенотип такого больного остается стабильным в течение всей его жизни, ибо он обусловлен хромосомным нарушением.
Хромосомный синдром
Хромосомный синдром - это вариант врожденной болезни, вызванный генетической причиной (структурной или геномной мутацией), но, как правило, не наследуемой, за исключением случаев сбалансированных семейных транслокаций (см. главу 17).
Клинический синдром
Понятие «клинический синдром« созвучно понятию «хромосомный синдром», но отнюдь не совпадает с ним.
Клинический синдром характеризует наиболее выраженные клинические особенности отдельного заболевания (их группы) или отдельные периоды болезни. Таких синдромов насчитывается несколько десятков. В качестве примеров следует привести:
Респираторный нейродистресс-синдром - вариант начала гликогенозов разных типов (см. главу 21);
Синдром дыхательной недостаточности - развивается у новорожденного из-за незавершившейся дифференцировки альвеолярного эпителия и слабой выработки сурфактанта (см. главу 14);
Синдром «внезапной смерти» («смерти в колыбели») - вариант исходов гликогеноза Помпе и адреналового криза при сольтеряющей форме АГС (см. главы 14,17 и 21);
Синдром мальабсорбции или нарушенного кишечного всасывания - одна из характерных особенностей многих наследственных болезней обмена (см. главу 21);
Синдром гормонального криза (см. главу 14);
Синдром нечувствительности к андрогенам (см. главу 16);
Талидомидный синдром (см. главу 23).
Синдром как понятие тератологии
В тератологии (дисморфологии) понятие «синдром« обозначает устойчивое сочетание двух или более пороков развития, выявляемых в разных системах организма и патогенетически связанных между собой (см. главу 23). В основе такого синдрома лежит одна причина, которая может быть обусловлена генной мутацией, хромосомной аберрацией или действием тератогена.
Врожденный порок развития
Врожденный порок развития (ВПР) или большая аномалия развития (БАР) - стабильный патологический признак, регистрируемый как морфологическое изменение органа (большого участка тела), выходящее за пределы вариаций границ строения (за границы нормы) и сопровождающееся нарушением функции, т.е. стойкое морфофункциональное нарушение.
В зависимости от этиологической причины ВПР (БАР) либо передается из поколения в поколение, либо нет. В первом случае это
ВПР, обусловленные доминантно и рецессивно наследуемыми генными мутациями, пороками мультифакториальной природы, а также семейными транслокациями. Во втором случае это пороки экзогенного происхождения.
Малая аномалия развития
Малая аномалия развития (МАР) - это, как правило, стабильный патологический признак или изменение органа (участка тела) на конечной стадии морфогенеза (стадии гистогенеза), не выходящее за пределы вариаций границ строения и не сопровождающееся нарушением функции, т.е. стойкое (в большинстве случаев) гистологическое нарушение.
В зависимости от этиологической причины МАР могут передаваться или не передаваться из поколения в поколение, а в ряде случаев изменяться с возрастом вплоть до полного исчезновения (см. главу 23).
Клинический полиморфизм, уровни его проявления и признаки
Клинический полиморфизм как понятие клинической протеомики подразумевает различия в клинической картине одного и того же заболевания у разных больных, т.е. несовпадение отдельных симптомов (симптомокомплексов).
Известно, что в древности и особенно в средние века врачи отличались глубокими знаниями анатомии на тканевом, органном и системном уровнях организма.
Медики XVIII-XIX вв. изучали человека уже на клеточном уровне; стали востребованы гистология, биохимия, физиология, патологическая анатомия и физиология, микробиология. В XX в. приобрели актуальность вирусология, аллергология, иммунология, общая и медицинская генетика, молекулярная биология и генетика, биофизика, физико-химическая медицина; во второй половине века начались исследования на молекулярном уровне.
Современная молекулярная медицина основана на знаниях геномики, протеомики и биоинформатики. Начался переход на атомный, субатомный (аттомолярный) уровни, наноуровень (см. главу 20).
Причем, если раньше медицина прогрессировала медленно, веками, то в современных условиях появление и внедрение нового происходит значительно быстрее - в течение нескольких десятилетий.
Параллельно с развитием медицины усложнялась проблема клинического полиморфизма патологических признаков и фенотипов. Как сказано выше, клинический полиморфизм обусловлен действием генов в составе генотипа организма (взаимодействием материнского и отцовского геномов) с участием или без участия факторов окружающей среды. В отличие от генетического и биохимического полиморфизмов, определяемых на молекулярном уровне, клинический полиморфизм проявляется на тканевом, органном и системном уровнях, в связи с чем врач самостоятельно оценивает патологические признаки и фенотипы в ходе осмотра пациентов, применяя доступные только ему общие клинические, клинико-инструментальные и клинико-лабораторные методы обследования больных с наследственной и ненаследственной патологией (см. главу 18).
Кроме того, если врач осматривает в конкретной семье помимо самого больного еще его родственников, страдающих тем же заболеванием, то имеет место следующий уровень клинического полиморфизма - уровень внутрисемейных различий.
Если же врач осматривает разных больных с одним заболеванием в неродственных семьях, то имеет место еще один уровень клинического полиморфизма - уровень межсемейных различий.
Таким образом, всего выделяют 5 уровней клинического проявления патологических признаков и фенотипов: тканевый, органный, организменный, внутри- и межсемейный.
К признакам клинического полиморфизма, выявляемым на всех уровнях, относятся: антропометрические, анатомические, морфологические (гистологические), физиологические (функциональные), неврологические, эндокринологические, иммунологические, психические, психологические и другие особенности организма, фиксируемые самим врачом при осмотре (обследовании) больного.
Таким образом, понятие «клинический полиморфизм» по спектру признаков и фенотипов значительно уже (только патология), чем понятие «фенотипический полиморфизм» (и норма, и патология). В свою очередь, и методов исследования проблемы клинического полиморфизма пока известно значительно меньше (см. главу 18), чем методов для изучения проблемы фенотипического полиморфизма (см. главу 19).
Вместе с тем, в условиях современной молекулярной медицины у врачей не должно быть никаких сомнений в отношении будущего существенного расширения спектра молекулярных и субмолекулярных методов изучения клинического полиморфизма.