Геном человека и генетические мутации

Существует ряд заболеваний, в которых генетические факторы не играют роли — они только создают благоприятный фон для развития патологических изменений. Однако иногда генетические дефекты являются одним из ведущих — если не единственным — определяющим фактором развития аномалии, проявляющейся при рождении (например, ахондроплазии) или с течением времени (например, хорея Гентингтона).

Такие патологические состояния могут быть разделены на три большие группы: хромосомные нарушения, моногенные наследственные заболевания и полигенные (мультифакторные) наследственные заболевания. Различные аномалии также могут возникнуть в результате повреждения растущего эмбриона. Многие из вышеперечисленных патологических состояний затрагивают костно-мышечную систему, провоцируют развитие хрящевой и костной дисплазии (аномальный рост и/или аномальное формирование кости), пороков развития (например, отсутствие или удвоение определенных сегментов), структурных дефектов развития соединительной ткани. В некоторых случаях обнаруживаются специфические метаболические расстройства.

Генетическое влияние также вносит свой вклад в развитие многих приобретенных заболеваний. Например, этиологическими факторами развития остеопороза по праву считаются множество эндокринных, алиментарных и внешних факторов, в то время как исследования близнецов показывают существенное сходство костной массы между монозиготными близнецами в отличие от дизиготных близнецов.

Прежде чем рассматривать широкий круг нарушений развития, будет полезно вспомнить некоторые общие аспекты генетических аномалий.

Все клетки (за исключением половых) в организме человека содержат в ядре по 46 хромосом, каждая из которых состоит из одной молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Установлено, что эта молекула, «несущая в себе жизнь», длиной несколько сантиметров в развернутом виде, представляет собой двухцепочечную нить, тысячи различных сегментов которой являются отдельными генами. Небольшое количество ДНК находится также в митохондриях клеток, это митохондриальная ДНК.

Каждый ген представляет собой группу нуклеотидов, а каждый нуклеотид состоит из дезоксирибозы, молекулы фосфата и пуринового (аденина или гуанина) или пиримидинового основания (тимина или цитозина). Некоторые гены имеют относительно большой размер, другие — намного меньший. Гены являются основными единицами наследуемой биологической информации, и каждый из них кодирует синтез определенного белка. Совокупность всех генов представляет собой геном, который несет информацию о жизненном цикле клетки, ее специализации и функции.

Хромосомы могут быть обнаружены и подсчитаны при микроскопическом исследовании специально подготовленных клеток крови или образцов тканей. Kapuonnm клетки определяется ее хромосомным набором. Соматические (диплоидные) клетки имеют 46 хромосом. Сорок четыре хромосомы носят название аутосомных, составляют 22 гомологичные пары с соответствующим им порядковым номером, в которой одна хромосома получена от матери, а другая — от отца; обе хромосомы в паре несут один и тот же тип генетической информации. Оставшиеся две хромосомы носят название половых.

Кариотип при синдроме Дауна
Кариотип при синдроме Дауна

Кариотип женщины отличается от кариотипа мужчины тем, что в его состав входят две половые X хромосомы (по одной от каждого из родителей), а в кариотип мужчины—одна Х-хромосома от матери и одна Y-хромосома от отца. Клетки зародышевой линии (яйцеклетки и сперматозоиды) имеют гаплоидный набор хромосом (двадцать две аутосомных и одну половую X или Y хромосому). При правильном количестве в клетке набор хромосом называется эуплоидным; аномалии количества хромосом носят название анеуплодии.

Генетические исследования сложны и включают в себя составление карт молекулярной последовательности специальными методами после фрагментации цепочки ДНК посредством ферментов-рестриктаз. Каждый ген находится в определенной точке, или локусе, определенной хромосомы. Так как каждая хромосома имеет аналогичную пару, каждый ген имеет два варианта или две аллели в локусе (материнскую и отцовскую). Если две аллели, кодирующие какой-то определенный признак, являются идентичными, организм считается гомозиготным по данному признаку.

Если аллели отличны друг от друга, организм считается гетерозиготным. Некоторые хромосомы содержат информацию только о нескольких генах (например, хромосомы 13,18 и 21),тогда как другие несут в себе значительно большую информацию (например, 17, 19 и 22 хромосомы).

Полный набор генов отдельного индивидуума называют генотипом. Сформировавшийся организм—-фенотип—продукт взаимодействия унаследованных признаков и влияния окружающей среды.

Важная часть уникального генотипа каждого человека—главный комплекс гистосовместимости (МНС), также известный как система человеческого лейкоцитарного антигена (НLA). Он представляет собой кластер генов в шестой хромосоме, ответственных за иммунологическую специфичность. Белки, кодируемые вышеупомянутыми генами, фиксированы на поверхности клетки и выступают в качестве белков-шаперонов для чужеродных антигенов, которые должны быть задержаны системой HLA, прежде чем эти антигены будут распознаны и захвачены Т-клетками организма.

Белки HLA могут быть идентифицированы посредством проведения ряда серологических тестов и распознаны в соответствии с их локусами в коротком плече шестой хромосомы. HLA-типирование имеет особенно важное значение при трансплантации тканей: принятие или отторжение пересаженных тканей зависит от степени соответствия между генами HLA донора и реципиента.

Классификация мутаций

Генетические мутации

Мутацией называется любое стойкое изменение структуры ДНК. Такие изменения в соматической клетке характерны для новообразований. В клетках зародышевой линии мутации вносят вклад в популяционное разнообразие. Некоторые гены имеют множество вариантов (или мутаций) и проект «Геном человека» (The Human Genome Project, HGP) обнаружил тысячи вариантов однонуклеотидного полиморфизма (Single Nucleotide Polymorphism, SNPs).

а) Точечные мутации. Замена одного нуклеотида является наиболее распространенным типом мутации. Последствия могут варьировать от создания более полезного белка до продукции нового, но нефункционирующего протеина или вообще невозможности синтезировать белок; итог таких мутаций может быть совместим с вполне нормальной жизнью либо стать летальным.

б) Делеция/инсерция. Удаление или вставка сегмента в цепочке ДНК может привести к синтезу необычного белка, возможно, более эффективного с точки зрения функции либо нефункционального или вообще обладающего губительным эффектом на ткани и функцию (например, синтез укороченной цепи белка дистрофина при мышечной дистрофии Беккера).

- Читать далее "Классификация генетических заболеваний"

Оглавление темы "Патология костей и суставов":
  1. Симптомы поражения костей при гипервитаминозе и их лечение
  2. Симптомы поражения костей при флюорозе и их лечение
  3. Симптомы деформирующего остеоита (болезни Педжета) и его лечение
  4. Симптомы поражения костей при недостатке гормонов гипофиза и их лечение
  5. Симптомы поражения костей при избытке гормонов гипофиза и их лечение
  6. Симптомы поражения костей при гиперкортицизме (синдроме Кушинга) и их лечение
  7. Симптомы поражения костей при болезнях щитовидной железы и их лечение
  8. Симптомы поражения костей при беременности и их лечение
  9. Геном человека и генетические мутации
  10. Классификация генетических заболеваний