Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1990), страница 9

Другая проблема связана с количеством стволовых кроветворных клеток, которые дают начало популяции эритроцитов. Если женшина гетерозиготна н имеет, например, вплели О6Рь! А' и В', а инактивацня Х-хромосомы происходит случайным образом, то относительное количество стволовых клеток с функционирующими генами А' н В ' описывается биноминальным распределением: (1!2А' + 1/2В")", где и- количество стволовых клеток.

Следовательно, вероятность того, что у гетерозиготы все эритроциты будут А" (или все В'), составляет (1(2)". На практике для использования этого принципа требуется количественная оценка соотношения А- и В-форм фермента в исследуемой ткани. Предварительные данные свидетельствуют о том, что количество стволовых крове- творных клеток в момент инактивации Х-хромосомы, по-видимому, невелико (на ! 2 — 16-й день развития эмбриона всего около 5000 клеток; разд. 2.2.3.3). Затем их количество возрастает, но не более чем в 3-5 раз. Этот метод основывается на том допущении, что отбора клеток с одной из форм О6РО не происходит.

Однако имеются некоторые данные, указывающие на наличие селективного преимущества клеток с нормальным вариантом фермента у гетерозигот по гену О6Р)3. В такой ситуации оценка пула эмбриональных или стволовых кчеток становится менее надежной. Фснохо~ия наследственного де65ехта фермента: недостаточность глутатионредухтазы Г1 077; !078). С гексозомонофосфатным циклом тесно связана реакция восстановления ОЯКО до ЖН, которая катализируется глутатионредуктазой (рис. 4.3). В литературе прежних лет описан ряд родословных с мнимыми дефектами этого фермента; в таких семьях были обнаружены разнообразные гематологические отклонения. Однако результаты анализа родословных в действительности не согласуются с предположением об обычном дефекте глутатнонредуктазы. Позже было показано, что недостаточность этого фермента почти всегда связана с отсутствием его кофермента — флавинадениндинуклеотида, что в свою очередь объясняется низким содержанием в пищевых продуктах рибофлавина (внтамина В,) 1997).

После введения рибофлавина активность глутатионредуктазы нормализуется в течение нескольких дней. Установлено, что это патологическое состояние часто встречается на севере Таиланда, что обусловлено низким содержанием рибофлавина в традиционной диете. Таким образом, не всякое отклонение в работе фермента является наследственным, даже если оно распространено в определенной популяции. В литературе описаны истинные генетически обусловленные дефекты глутатионредукгазы.

У человека известны н другие наследственные отклонения, связанные с ненормально высокой потребностью в 28 4. Действие генов определенных коферментах, которые необходимо в таких случаях добавлять к пище в виде витаминов. В качестве примера можно привести наследуемый сцепленно с Х-хромосомой рахит, устойчивый к витамину Р [958), и зависимость от пирндоксаля, сопровождающаяся эпилептическими припадками (см. также разд.

3.1.4). Возможно, в будущем будет обнаружена недостаточность по глутатионредуктазе, обусловленная наследственной недостаточностью по рибофлавину. Имитация генетического дефекта воздействием извне называется фенокопией. Этот термин был предложен в 1935 г. Гольдшмидтом [1106), Согласно определению, фенокопия-это воспроизведение генетически детерминированного признака под действием внешних факторов.

Вызывая тепловой шок у дрозофилы дикого типа на разных стадиях ее развития, Гольдшмидту удалось получить многочисленные фенотипнческне отклойения, подобные вариантам, возникающим обычно в результате мутаций. Эксперименты с фенокопиями были выполнены на многих видах, онн сыграли важную роль в развитии представлений о механизмах нормального эмбрионального развития и возникновения уродств. Однако их значение было переоценено.

Тем не менее при нарушениях метаболизма у человека возможность фенокопни всегда следует проверить, поскольку в таких случаях бывает возможна эффективная терапия. Среди метаболнческих нарушений человека частой фенокопией является гипотиреоз, обусловленный недостатком неорганического йодида, — патологическое состояние, распространенное в альпийских областях Европы и в некоторых других районах мира.

В этом случае недостаточность жизненно необходимого неорганического иона приводит к тем же последствиям, что и нарушение синтеза тиреоидного гормона, которое наблюдается в некоторых семьях (рис. 4.24). Тем не менее, хотя клинически эти случаи близки, с точки зрения патофизиологин, между ними нет ничего обще~о. Нарушения метаболизма нуклеатидое. В эритроцитах необходимый уровень АТР поддерживается благодаря реакциям гликолиза (рис.

4.3). Известна н другая реакция, ведущая к образованию АТР: 1АМРГ )Азе 2ЬОР Затем АРР в ходе гликолиза превращается в АТР. Одна из энергоемких функций клетки, для которой необходим АТР,— это транспорт катионов. Он непосредственно связан с ферментативной активностью АТРазы. Этот фермент локализован в клеточной мембране и присутствует в двух фракциях, которые могут активироваться ионами К' и )ч(а" или М8" '. Он гидролизует АТР до АМР. Недостаточность АТРазы также может вызывать несфероцитарную гемолитическую анемию (НСГА). Описан ряд случаев, несколько различающихся по симптомам н гематологическим характеристикам [1046; 11! 8; 1120; 1203). Недостаточность по аденилаткиназе (АК) (20160) зафиксирована у тринадцатилетнего мальчика, страдающего НСГА.

Активность АК в эритропитах составляла 1-13'А нормальной. Уровень АТР и АОР в эритроцитах оказался нормальным, а уровень АМР повышен. Дефект наследовался как аутосомно-рецессивный признак. Недостаточность по пиримиднн- 5'-нуклеотндазе была впервые обнаружена у больного, страдающего хроническим гемолнзом средней тяжести [1333), а несколько позже у ряда других больных [1!48). Зрелые эритроциты обладают способностью синтезировать )х)АР в больших количествах из никотиновой кислоты, АТР и 5-фосфо-()-рибозо-!-пирофосфата. Для этой реакции требуется нормальная работа гликолитическнх ферментов.

Гексозомонофосфатный цикл, по-видимому, не является существенным источником рибозофосфата, поскольку в клетках, дефектных по О6Р)3, содержание ХАО соответствует норме. Для синтеза ХА)3Р из ХА)3 нужна киназа. Возможно, сравнительно небольшое число установленных нарушении метаболизма нуклеотндов не отражает действительной ситуа- цин. оно может объясняться сложностью методов определения активности ферментов.

Изучение ферментов, не функционирующих в клетках крови, а также соответствующих дефектов связано с серьезными трудностями. Многие такие ферменты удается обнаружить в фибробластах, выращенных в культуре после биопсии кожи. В отличие от эритроцнтов фнбробласты содержат ядра. Они способны целиться и осуществлять все стадии синтеза белков и потому значительно полнее, чем эритроциты, обеспечены ферментами. Фибробласты лишены лишь некоторых ферменгов, характерных для специализированных групп клеток, например клеток печени (в частности. в фибробластах нет фенилаланингндроксилазы, которая является дефектной при фенилкетонурин). В фнбробластах выявляются нарушения ферментов, каталнзирующнх многие различные метаболические пути.

Именно поэтому изучение активности ферментов в фнбробласт ах внесло существенный вклад в наши знания о дефектах ферментов. Ниже мы остановимся на одной группе заболеваний, которая также позволяет сформулировать ряд более общих выводов о дефектах ферментов у человека. Это мукополнсахаридозы, которые относят к обширной группе патологических состояний, обусловленных нарушением различных ферментов лнзосом, а также -сфинголнпидозы н муколипидозы.

4.2.2.3 Муканолисакаридазы Недостаточность 4ерментав аизасам. Ферменты или фсрментные системы обычно локализуются в одном определенном районе клетки. Например, ферменты системы транспорта электронов н окислительного фосфорилирования АОР, как н другие ферменты, окисляющне пируват, жирные кислоты и некоторые аминокислоты, локализуются в мнтохондриях. Многие гидролитическне ферменты сконцентрированы в лизосомах [1!28). Если в результате разрушения мембраны лизосомы эти ферменты выходят в цнтоплазму, вся клетка подвергается самоперевари- 4 Действие генов 29 нацию н гибнет. В норме процесс переваривания осуществляется внутри лизосом, в которых расщепляются не только дефектные компоненты клетки и материал межклеточной соединительной ткани, но и внешний материал, поглощаемый клеткой.

К клеточным элементам, которые подвергаются деградации в лнзосомах, относятся мукополнсахариды, муколипнды и сфннголипиды (рис. 4.8). В настоящее время описаны дефекты многих ферментов, участвуюпзих в деградации [1029, 1240, 12411. Метаболические пути, нарушения которых вызывают дефект эритропитов и, следовательно, гемолитнческую анемию, уже известны биохимикам, и анализ недостаточностин ферментов заключался в изучении отдельных этапов этих реакций.

В случае мукополисахаридозов ситуация была совершенно иной. Вначале были изучены наследственные заболевания, и только потом анализ дефектов позволил установить последовательность ферментативных реакций. Вот почему мы начнем с описания этих заболеваний, а затем перейдем к биохимическим нарушениям, дефектам ферменз ов и реконструкции нормального метаболического пути.

Этот пример показывает, каким образом наследственные заболевания (фактически эксперименты, поставленные самой природой) помогают понять нормальную физиологию н биохимию. Муканааисахаридазы: «линическал картина. Мукополисахарндозы- группа редких заболеваний, для которых характерно сочетание многих, зачастую тяжелых симптомов, от нарушений скелета илн системы кровообращения до расстройств умственной деятельности. Клинические симптомы являются результатом накопления в разных тканях избыточных сульфатированных полисахаридов. В табл. 4.5 приведена классификация, а также главные результаты клинических исследований.

За исключением мукополисахаридоза Н типа (синдром Хантера), все эти дефекты наследуются как аутосомнорецессивные признаки. Клинические симптомы варьируют от сравнительно легких до крайне тяжелых. Описаны две формы ЗО 4 Действие генов синдрома Хантера (30990), которые удается различить у детей старше четырех лет тяжелая кювенильная» форма, при которой смерть наступает до половой зрелости, и легкая «поздняя» форма, при которой умственная отсталость почти или полностью отсутствует, а прогноз является гораздо более благоприятным Заболевание Ч1 типа (синдром Марото †Ла) (25320) отличается от заболевания 1 типа (синдром Хурлера) тем, что умственные способности пациентов нормальные и менее выражены аномалии лица В этом случае также наблюдаются два различных подтипа-один с характерным достаточно быстрым течением и тяжелой клинической картиной и другой, прогрессирующий относительно медленно При обоих типах заболевания возможна смерть в возрасте 10 — 30 лет от нарушений в работе сердца Обнаружены два подтипа 1Ч типа заболевания 1синдром Моркио) 1ЧА с тяжелой клинической картиной и 1ЧВ, который протекает легче Отлолгение запасных веществ в лизогомах и выделение с .мочой Гистохимические исследования показали, что эти патологические состояния вызваны нарушениями отложения запасных веществ Во многих клетках, в том числе в фибробластах, клетках печени, клетках Купфера, ретикулярных клетках селезенки и лимфатических узлов, лейкоцитах, эпителиальных клетках почеч- Рис.

4.8. Схематическое изображение функционального цикла нормальной лизосомы 1А Аппарат Голължи, 1Б Первичная лизосомл, 2 Фаголизосома. 3 Вторичная лизосома, 4 Остаточное тело (Соцт1сзу о1 )зг Визе!еа1ег) ных клубочков и нервных клетках наблюдаются вакуолизация и увеличение размеров в результате отложения больших количеств запасного материала Установлено, что главными запасными веществами являются сульфлтированные гликозамнногликаны Электронно-микроскопические исследования позволили прояснить ситуацию Было установлено, что запасные соединения откладываются в вакуолях округлой формы, напоминаюшйх лизосомы, которые можно визуализировать у экспериментальных животных после введения им неметаболизируемых соединений Поэтом) был сделан вывод, что эти вакуоли предсгавляют собой лизосомы, наполненные непереваренными или лишь частично расщепленными гликозлминогликанами [11291 Это подтвердилось и для других тканей Хотя дефекты метаболизма оставались неисследованными, нарушения отнесли к лизосомным болезням, так как они сопровождались явной перегрузкой системы лизосом Важнейшая функция лизосом заключается в гидролитическом расщеплении макромолекул, поэтому представлялось вероятным, что отложение избыточных запасных веществ связано с недостаточностью гидролитических ферментов лизосом Другим доказательством нарушения метаболизма гликозаминогликлнов было избыточное выделение этих соединений с мочой Табл 4 6 дает некоторое Таблица 45.