Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1990), страница 6

Кроме того, эритроциты-это высокоспециализированные клетки, поэтому в них функционируют далеко не все ферментативные системы, имеющиеся в других клетках. Таким образом, количество реакций, которые могут быть нарушены, относительно невелико. Это значительно облегчает анализ. Перечисленные преимущества клеток крови как объекта исследований широко использовались, например, при изучении глюкозо-6-фосфат — дегидрогеназы и особенно в исследованиях гемоглобина. В результате этих работ сложились основополагающие представления о взаимоотношениях генов и белков, которые они кодируют 1разд. 4.3), а также о естественном отборе в человеческих популяциях (рази.

6.2.1,6). 18 4. Действие генов № Дефектный ферме>п Актпо- Геыатапогн- ность фер- ческпе спмп- мента у томы больного Симптомы, арояв- Тпп пасзе- пяющпеся в дру- дсваппп гпх системах органов, в особенности и центральной нервной системе Примечания 1 Гексокнпаза 30-60>Ао (У одного больного наблюдались скелетные аномалии) НСГА, часто в тя- желой форме В некоторьж случаях изменены только эритроциты, в других эри>роциты и лейко- циты Ауто- сомно.

рецес- сявный 2 Глюкозофос- 15 — 2554 фатнзомереза (ОР!) Уменьшена термостабильность фермента. Обнаружен ряд форм фермента, отличающихся о> нормального по злектрофоретнческой подвижности. Активность фермента снижена во всех тканях 1т.е. тканеспецнфичного фермента не существует) Органоспецифические ферменты; возможно даже в зритроцитах имеются два фермента; клиническая и биохимическая гетероген- ность НСГА, часто в тяжелой форме, иногда желтуха но- ворожден- ных Других симптомов нет — и— 8 — 80ой Легкая фор- ма НСГА 3 Фосфофруктокиназа (РРК) В некоторых семьях встречается тяжелая миопатия н миоглобинемия; в некоторых случаях гликогеноз (без НСГА), тип УН Известно лишь несколько случаев Нарушения активности ферментов проявлаются также в лейкоцитах, скелетных мышцах и сыворотке крови. Связь мышечных симптомов с дефектом ТР! точно нс установлена В некоторых случаях активность РОК снижается в лейкоцитах 4 Альдолаза НСГА Нейромышечные аномалии, слабоумие, ранняя смертность, желтуха новорож- денных 5 Триозофос- ж 10>А НСГА фатизомераза (ТР!) 7 Фосфоглицеро- 5 -30>А киназа (РОК) Иногда наблюдается олигофрения, атаксия и афазия Другие симптомы отсутствуют Х-сцепленное наследование Ауто- сомно- рецес- сивный Тяжелая НСГА 9 Дифосфогли- Зол церомутаза/ фосфатаза НСГА средней тяжести 11 Пнруваткипа- 5-20>Ь за (РК) Сильно раз- личаются (от тяжелой НСГА до нормы) Симптомы, об- щие для различ- ных случаев, от- сутствуют Вариабсльность свойств фермента В тпблппе отсутствуют некоторые ферменты глнкопиэа (№ 6, 8, 1О), дпп которых свюь с НСГА точно ио показана.

Подробнее об этих формептатпппых дефектах см. !11481. Таблица 4.3. Случаи иесфероцитарной гемолитической анемии (НСГА), обусловленные недоста- точностью различных ферментов гликолиза (нумерация та жс, что и па рис. 44) 4. Действие генов 19 Энзимологические исследования позволяют выявить генетическую неоднородность. В 1хгзд. 3.3 уже говорилось о том, что все попытки выявить генетическую неоднородность популяции на основе изучения фенотипа наталкиваются на непреодолимые препятствия.

Если два фенотипа очень сильно перекрываются и характеризуются аугосомно-рецессивным типом наследования, то единственным доказательством их генетической неоднородности может быть рождение у пары гомозитотных родителей только здоровых детей (разд. 3.1.3). Но, если проведен энзимологический анализ, генетическая неоднородность может быль однозначно установлена по следующим признакам. 1.

Все наследуемые дефекты ферментов гликолнза в эритроцитах, приведенные в табл. 4.3 и на рис. 4.3, вызывают практически неразличимые по клиническим проявлениям варианты гемолитической анемии. Один из источников генетической неоднородности — сходство нли даже совпадение фенотипнческих проявлений мутаций в генах, кодирующих разные ферменты данного пути метаболизма. Тот же вывод можно сделать„анализируя информацию, полученную при сравнении изученных случаев болезни накопления гликогена. 2. Второй источник неоднородности- разнообразие изменений одного и того же конкретного фермента, вызываемых различными мутациями в его гене. Чем больше методов' используют для анализа, тем больше удается обнаружить различий.

Вероятность генетической гетерогенности очень велика, поскольку очень велико число мутаций, вызывающих аминокислотные замены. При большинстве наследуемых дефектов ферментных систелз у гомазигот сохраняется остаточная активность фермента. Во втором столбце табл. 4.3 представлены значения активности ферментов гликолиза в эритроцитах больных, гомозиготных по наследственным дефектам гликолиза. Во всех случаях, когда удавалось провести измерения, наблюдалась остаточная активность, иногда довольно значительная. В некоторых случаях при- чиной этого могла быть и активность другого фермента, способного катализировать ту же реакцию.

Однако, как правило, повреждения фермента в результате отдельной мутации не столь значительны, чтобы полностью его инактивировать. По мнению Киркмана 1"186б), такая осз'аточная активность характерна для большинства наследственных повреждений ферментов у человека, Между тем в клетках бактерий мутации, как правило, вызывают полный блок того или иного пути метаболизма. Это обстоятельство можно объяснить отчасти тем, что в человеческой популяции происходит жесткий отбор на жизнеспособностгс полный блок ключевых реакций метаболизма с большой вероятностью оказывается летальным.

С другой стороны, у бактсрнй мутации удается обнаружить главным образом в тех случаях, когда активность того нли иного фермента утрачена практически полностью. Мутанты с неполным блоком (1еайу) нередко выживают даже на минимальной среде. Существует принципиальная разница между характером проявления мутаций у бактерий и человека. Мутантные штаммы бактерий наиболее часто обнаруживают по утрате способности расти на среде, стандартной для конкретной культуры, в то время как большинство мутаций, затрагивающих ферменты человека, обнаружены у больных наследственными заболеваниями. С появлением методов, позволяющих изучать все типы мутаций у бактерий, у них был идентифицирован полный набор мутаций, сходных со структурными мутациями, затрагивающими ферментные системы человека. Клинические проявления наследственнога дефекта фермента тесно связаны с нормальной активностью фермента в различных тканях.

В одном организме и даже в отдельной клетке может существовать несколько форм данного фермента [120). Это так называемые изоферменты. Их существование можно объяснить как негенетическими причинами (вторичные изменения фермента в тканях), так и генетическими 1наличием разных генетических покусов, кодирующих полипептиды с более или ме- 20 4 )3ействие генов нее значительными структурными различиями). Возможно, для таких пептидов существовал некогда общий предок, и различия между ними-результат дивергенции (разд. 7.2.3).

Термин «изоферменты» применяется также к аллельным вариантам одног о генетического локуса, различающимся по электрофоретической подвижности. Для многих ферментов показано существование таких множественных форм. Изоферменты катализируют одну и ту же метаболическую реакцию, однако, как правило, они тонко адаптированы к условиям, варьирующим в различных тканях. Наследственные повреждения ферментов †результ мутаций в отдельных генах, Именно поэтому обычно повреждается только один из имеющихся в организме изоферментов данной группы.

Если изменения затрагивают более чем один изофермент, то скорее всего имеется общая для ннх полнпептндная цепь нли происходяг какие-то вторичные изменения структуры фермента. Если поврежденный мутацией фермент активен лишь в одной, но не во многих тканях, фенотипическое проявление такой недостаточности имеет характерные особенности. Действие мутаций может быть плейогропным, т.е. одна мутация может вызывать целый ряд последствий. Естественно предполагать, что недостаточность ферментов, активных в нескольких типах тканей, буде~ обладать плейотропным эффектом.

Это один из вероятных, но, конечно, далеко не единственный механизм возникновения плейотропни. Даже если фермент функционален только в одной ткани, его отсутствие может вызвать изменения в других тканях за счет сдвигов метаболизма, вызванных первичной мутацией. С другой стороны, в некоторых случаях, наследственные дефекты ферментных систем, которые можно обнаружить во всех тканях, выражаются в четких изменениях фенотипа только за счет соответствуюпзих нарушений в одной из них.