Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1990), страница 7

Вероятно, в других тканях дефект каким-то образом компенсируется. Примеры, перечисленные в табл. 4.3, наглядно иллюстрируют все случаи плейо- тропного действия мутаций. Например, недостаточность фосфофруктокиназы (РЕК) вызывает симптомы умеренной несферопнтарной гемолитической анемии средней тяжести, какие как небольшая анемия, умерейпая желтуха, а также некоторое увеличение селезенки: эти изменения фенотипа можно объяснить сокращением времени жизни эрнтроцитов. Для таких больных характерна нормальная активность РЕК в лейкоцитах, тромбоцитах и скелетных мышцах.

Проявление этого дефекта, по всей вероятности, ограничено только эритроцитами [11473. Больные из других семей страдают слабой формой гемолитической анемии, но в сочетании с выраженной миопатией [119Ц: как те, так и другие симптомы, являются следствием болезни накопления гликогена [13271. РЕК из мышечных клеток и эритроцитов различаются по электрофоретической подвижности, хроматографическим н иммунологнческим характеристикам. Спектр изоферментов, по-видимому, чрезвычайно многообразен: только в эритроцитах обнаружено по меньшей мере два варианта [11483. Различия в проявлениях плейотропного эффекта в разных семьях могут объясняться тем, что в ннх наследуются разные мутации, затрагивающие разные полипептидные цепи, которые могут входить или не входить в состав изофермента, адаптированного к конкретной ткани, Однако в ряде случаев ферментативнаянедостаточность наблюдается во всех исследованных тканях, а изменения фенотипа обнаруживаются только в одной из них.

Примером может служить наследственная недостаточность глюкозофосфатизомеразы (ОР1). У обследованных больных с пониженной активностью этого фермента в эритроцитах снижение активности имело место также в лейкоцитах, тромбоцитах, фибробластах, мышцах и в печени. Во всех перечисленных тканях биохимические характеристики фермента оказались идентичными. Несмотря на тщательный анализ, обнаружить даже намек на какие-либо тканеспецнфнческие формы не удалось. Тем не менее среди наблюдаемых клинических симптомов 4. Действие гонов 21 доминируют те, которые определяются нарушениями функций эритроцитов.

Больные страдают тяжелой формой гемолитической анемии, которая проявляется у новорожденных как сильная желтуха. В настоящее время известно довольно много структурных мутаций глюкозофосфатизомеразы: нередко встречаются составные гетерозиготы (компаунды) по таким мутациям. Заметим, однако, что далеко не все случаи недостаточности приводят к возникновению заболевания или сколько-нибудь заметным изменениям фенотипа [10031. Недостаточность нирувоткинаэы ( Рй) (йбб20).

Недостаточность пируваткиназыодин из наиболее часто встречающихся дефектов гликолиза эритроцитов. У больных, гомозиготных по этому нарушению, можно наблюдать самые разнообразные гематологические симптомы. У некоторых из пих гемолитическая анемия может быть полностью компенсирована, другие страдают тяжелыми повторяющимися приступами несфероцитарной анемии. Приведем обязательные признаки этого наследственного заболевания: 1) наличие остаточной активности фермента в 5-20% для гомозигот и около 50% для гетерозигот по данному признаку.

Клинических признаков заболевания гетерозиготы не обнаруживают; 2) количественные характеристики фермента, такие как кинетика реакции, специфичность связывания с АОР и ШЗР, термостабильность, оптимальные значения рН и нзоэлектрическая точка, указывают на существование целого ряда вариантов с различными свойствами. Вероятно, большинство из них возникло в результате структурных мутаций [1149; 11483. По результатам анализа на белковом уровне трудно с достоверностью определить, действительно ли больной гомозиготен по данному варианту или является носителем двух дефекзных аллелей (компаунд-гетерозигота) 1разд. 3,1.3, рис.

3.! 2). Активность ферментов и клинические аронвления у гетероэигот. Для большинства случаев нарушений гликолиза, приве- ленных в табл. 4.3, уровень активности фермента определяли у больных, гетерозиготных по наследственному дефекту. Как правило, их активность ниже нормальной, но выше, чем у гомозиготных больных. Этот факт отражае~ общее правило: у гетерозигот по дефектному ферменту сохраняется до 50% нормальной активности. Обычно такое снижение активности не приводит к патологическим симптомам: половины активное~и вполне достаточно, чтобы поддерживать нормальные функции организма.

Тот факт, что гетерозиготы сохраняют не более 50% нормальной активности, очевидным образом подтверждает, чт о количество фермента жестко контролируется соответствующим покусом. У здоровых гомозигот, несущих два нормальных структурных гена, активность фермента составляет 100%, а у гетерозигот— только 50%. В гетерозиготном организме единственный полноценный структурный ген не в состоянии компенсировать функции мутантного гена, продукт ко~араго неактивен. Это обстоятельство чрезвычайно важно для понимания механизмов генной регуляции у млекопитающих, отличающихся от аналогичных механизмов у бактерий.

Аэробное образование энергии в эритроиитаэн гексоэомонофосфатный путь [9941. В левой части рис. 4.3 представлена цепь аэробных реакций, так называемый гексозомонофосфатный цикл, известный также, как пентозофосфатный цикл, или шунт. Основное его назначение — формирование восстановительного потенциала клетки в виде !ь!А)гРН. В ходе реакции, катализируемой глюкозо-б-фосфат — дегидрогеназой, происходит окисление глюкоза-бфосфата с образованием 6-фосфоглюконата [10303, который в результате ряда последовательных этапов превращается в О-рибозо-5-фосфат. Ферментативное восстановление окисленного глутатиона сопровождается окислением 1МА!3Р. Восстановленный глутатион несет ЯН-~руины н может предохранять клетку от действия свободных радикалов таких соединений, как НэОг.

22 4. Действие генов Обнаружено наследственное заболевание, при котором почти полностью отсутствует восстановленный глутатион. Оно вызвано нарушением синтеза глутатионсинтетазы. В некоторых случаях недостаточность этого фермента сопровождается оксипролннемией 1"11481. Недостаток восстановленного глутатнона приводит к развитию несфероцитарной гемолитической анемии, связанной с повышенной чувствительностью к медикаментам — сильным окисчителям.

Многие лекарства обладают окислительной способностью и снижают восстановительный потенциал клетки ~1009; 1269~. Недостаточность глюкоза-бфосфат-— — дегндрогеназы ~66Р11) 1'30690) г1079; 999; 1002; 1225; 1224; 11461 (рис. 4.3). Генетически детерминированные нарушения гексозомонофосфатного пути обусловливают повышенную чувствн гельность к некоторым лекарствам.

Это наблюдение лежит в основе одного из ключевых прин- Рнс. 4.4. Гемолнтнчсская реакция после введения прнмахнна. В течение первых дней курса печения многие эритроциты разрушаются в результате гемолнза. Это приводит к усиленному образованию новых зрнтроцнтов; увеличению ципов фармакогенетики (см. разд. 4.5.1). Во время войны в Корее 1950 1952 гг. все американские солдаты проходили профилактический курс лечения противомалярийным препаратом «прнмахнн» 18-(4,амино1-метилбутиламино)-б-метокснхинолин).

Примерно у 10% чернокожих солдат и у 1 — 2 из 1000 белых (в основном выходцев из Средиземноморских стран) в ответ на прием примахина развивалась сосудистая гемолитическая реакпия. Ранее сходные реакции иногда наблюдали при лечении сульфаниламидами и памахином больных негров. Было известно также, что гемолнтические реакции могут иметь место у некоторых жителей Сардинии после употребления в пишу бобов )г1с1а 7аЬа.

Тщательные исследования «примахинчувствительных» эритроцитов у негров показали. что чем больше возраст эрнтроцитов, тем выше их чувствительность к гемолизу, Именно это объясняет малую продолжительность гемолитической реакции (рис. 4.4). После гибели всех количества ретнкупоцнтов н повышенню гемоглобина. Гемопнзу подвергаются только те эритроциты, возраст которых превышает 60 дней, в ходе лечения в популяцнн эрнтроцнтов увеличивается количество более молодых клеток г1030).

ьо кж вкй Оа о Гемолнзаг (мн) "у рлу — 2ОБН + )ь(а)ЗР+; б) глюкозо-6-фосфат Рве 45 Образование восстановленного глутагиона (ОБН) из окисленного глутатиона (СуЯБО) как функция обьема (мл) диализованного гемолизата. Сплошная линия характеризует чувствительность к примахину больного, пунктирная— старых клеток популяции гемолиз прекршцается, несмотря иа продолжение приема прнмахина. Этот факт вначале пытались обьяснить действием иммунных механизмов. Позже была обнаружена нестабильность глутатиона в зритроцитах больных, чувствительных к примахину, при инкубации с ацетилфенилгидразином. В 1956 г.

Карсон с сотрудниками обнаружили наследственное повреждение фермента, вызывающее эту нестабильность (10301. Были изучены следующие реакции (см. также рис. 4.5): а) ОББО+ )ь(а(3РН+ Н' глюкозо.б $озыг — легндрогенам + )х)А)ЭРе -е 6-фосфоглюконат + 1чА13РН + Н" в) 6-фосфоглюконат Ьфоепогкюконаг — дегнлроганаза + )чАОР+- -У пенгозофосфат + СОз + )ь(А)ЗРН + Н+. Оказалось, что лимитирующим фактором является недостаточность О6Р(3, и гемолитические реакции у больных, чувствительных к примахину, связаны с недостаточностью именно этого фермента.

4. Действие генов 23 чувствительность здорового человека. А. Активносп глутатионредукгазы. Б. Активность ОбРО. В. Активность б-фосфоглюокона-ддегиррогеназ. Нарушена только реакция, обозначенная номером !2 на рис. 4.3 (Б) (10301. Довольно скоро выяснилось, что гемолитическне реакции такого типа встречаются чаще у мужчин, чем у женщин. Было проведено количественное определение стабильности глутатиона, основанное на измерении его концентрации до и после инкубации эритроцитов с ацетилфенилгидразином". Кривые распределения, построенные для 144 обследованных американских негров, имели ярко выраженный бимодальный характер, причем в значительной части популяции уровень содержания глутатиона был крайне низким.

В группе из 184 негритянок кривая смещена влево, а доля больных с низким содержанием глутатиона гораздо меньше, чем в группе мужчин. Отсюда следует, что данный признак сцеплен с Х-хромосомой; низкое содержание глутатиона после инкубации с ацетилфенилгидразином характерно для гомозиготных женщин и гемизиготных мужчин, а промежуточное— для гетерозиготиых женщин. Это предположение вскоре получило подтверждение в работах по анализу родословных [1034].

Сходные картины распределения были получены и при использовании методов прямого анализа ферментов в популяции. Заметим, что величины, полученные для гетерозигот, оказались средними между нормой и значением, характерным для гомозиготных больных (рис. 4.6). " Этот тест использовали для выявления чувствительности к примахину до обнаружения наследственных дефектов ОбРО. 4О ч20 к ою й о 100 200 300 актнвносч»»0РО 4ОО о за й й20 б»о о 24 4 Действие генов 100 200 300 400 Акчнвносчч ОСРО Ряс.

4.6 Распрспслсппс активности ОбРЮ у мужчин и женщин негритянского пропсхожлсняя. Обратите вппмаяпс па практически полное разделение групп здоровых я больных мужчин [93) Различия между африканским и средиземноморским вариантами. Спустя несколько лет после открытия недостаточности глюкоза-6-фосфат — дегидрогеназы было обнаружено, что африканский и средиземноморский варианты различаются по степени тяжести детерминируемой ими патологии у мужчин. Активность фермента в эритроцитах негров составляет 10-20%4 от нормы, тогда как у представителей средиземноморской популяции она никогда не бывает выше 5%4.