Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (947312), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Эти ланные согласуются с выводом о тесном сцеплении лвух генов. закодирована в ДНК и необходима для стабилизации мРНК, которая переносит генетическую информацию от ядерных генов к рнбосомам, где в результате соединения аминокислот в нужной последовательности происходит синтез глобинов (рис. 4.41). Полиморфизм ДПК в области глобииовых генов. [972; 12531.
При картировании генов у-5+кластера с помощью рестрикционного анализа была обнаружена значительная вариабельность последовательности ДНК у различных индивидов (рис. 4.40). Все известные варианты В-глобннового комплекса генов возникли в результате одиночных нуклеотидных замен и обозначаются как присутствующие (+) или отсутствующие (-).
Среди 17 полиморфных сайтов в р-кластере 12 локализованы во фланкирующих последовательностях, 3 внутри интронов, 1 внутри псевдогена и только 1 внутри кодирующей части гена ()-глобина (синонимическая замена). Такое расположение закономерно, поскольку мутации в кодируюших областях скорее могут вызвать нежелательные эффекты.
Большая часть ДНК, расположенной между структурными генами, не экспрессируется, поэтому изменения нуклеотидной последовательности в этих районах обычно не имеют функциональных последствий. Различные полиморф- 4. Действие генов 79 НЬА.НЬ 5 НЬ АВНЬ Вг НЬА;НЬ Аг 11 110 ные сайты имеют древнее происхождение, поскольку они обнаружены у всех расовых групп (табл. 4.!3). Заметим, однако, что некоторые варианты встречаются только у негров, у других расовых групп их нет. Два случая полиморфизма ДНК в аглобиновом покусе относятся к гипервариабельным районам, состоящим иэ различного числа случайно повторенньгх фрагментов ДНК длиной 36 нуклеотидов (разд.
2.3.3.9). Специфическое сочетание полиморфных сайтов в генном кластере (или генетическом локусе) называется гаплотипом. Например, расположение пяти сайтов возможного полиморфнзма можно записать как + — + — + в направлении от 5' к 3'. Совокупность четырех основных гаплотипов, различающихся между собой минорными вариациями в 5 сайтах гена В-глобина, (табл. 4,14) была названа «остов». Отличительной чертой вариабельности ДНК в ()-глобиновом кластере является неравновесие по сцеплению полиморфных сайгон, Если бы в течение многих поколений происходила свободная рекомбинация, сочетание полиморфных сайтов было бы случайным, а число различных гаплотипов составило 2", где и-количество возможных сайгон полиморфизма.
В действительности обнаруживается лишь несколько гаплоти- 80 4. )2ейсгиие генов Гиблици 4.13. Частоты сийтаи палимарфизме ДНК е 8-глабииаиам кластере у различных региональных групп (па [972)) Полиморфизмы Греки Негры Нксеяеиис США Юго-Восгочиой Азии 0,88 1,00 О,!О 0,72 0,4! 0,27 0,16 0,04 0,15 О,!9 0,76 0,27 0.50 0,53 0,70 0,98 0,96 0,44 0,96 0,44 0,93 0,63 0,90 0,10 " Номер я скобках соозке~сзеуег обозиечеиию сяйгае рестрикции ие рис. 4.44. пов. Например, имеет место сильное неравновесие по сцеплению восьми сайгон полиморфизма в 5сфланкирующей области гена Ь-глобина (сайты 1 — 8 на рнс.
4.44), вследствие чего 94;Уе всех хромосом в популяции содержит лишь четыре гаплотипа из всех возможных. Сходным образом, для пяти Теблици 4Л4. Варианты последовательности иуклеотидаи гена ()-глабииа и их частоты [972; !253) Чесгоз к ('.4) Второй калаи Обозиечеиия Второй иигрои Население Негры Население Срелиземио- США Юго-Восгочиой ббб марья Азии Позиция 16 74 8! 18 35 47 1 2 3-Маигалоиды и негры 3 САС САС САТн С Сг С С Т С О Т С Т 53 Т 28 С 79 12 9 САТО С 19 б Т Т " Мугклия, которая ие измеияег смысла гриллегя. Теч! (1)О Нгцс Н (2) Нзаб П1 (3) Н!аб рд (4) Руа Н (5) Н!ас Н (6) Н1лс Н (7) Них 1 (8) Тлч 1 (9) Нзп(! (!0) Киз ! (1!) Нбл А (!2) 0,80 Ауа П (!3) 0,80 Нра 1 (!4) 1,00 Н!цб !Н (!5) 0,72 ВалзН ! (!6) 0,70 Кзе ! (!7) 0,37 других полнморфных сайгон, локализованных в гене )3-глобина и его Зсфланкирующей области (сайты 12 — 17 на рис.
4.44), только четыре гаплотипа на участке длиной 18 т.п.н. характеризуют 90'/о всех хромосом. При сравнении этих двух кластеров полиморфных сайтов неожиданно оказалось, что их сочетания полностью подчиняются случайному распределению. Проще всего это можно объяснить, предположив, что между кластерами имеется горячая точка рекомбинации — участок, в котором рекомбинация происходит с высокой частотой.
Такая рекомбинация уже продемонстрирована в одной нз семей. Точные границы этой области с высокой частотой рекомбинации пока не определены. Вариаиизы гемоглабинае, Варианты гемоглобина возникают вследствие различных мутационных событий в конкретном глобиновом гене. Чаше всего разные варианты гемоглобина отличаются друг от друга одной аминокислотой в глобиновой цепи. Описано около 350 таких единичных замен [1193. Зтн амннокислотные замены вызываются замещением всего одного нуклеотида в триплете. Например, при замене ООА и ОАА смысл кодона меняется и место валина в глобиновой цепи занимает глутамнновая кислота (рнс.
4.45). Если новая аминокислота отличается от исходной по заряду, измененный гемоглобин будет аномальным по электрофоретическим свойствам. Мутации, которые не влияют на заряд полипептида, обычно удается обнаружить 4 Действие генов 81 67 АЧ ФР, 6 Р 3 6 7 69 10)1233 и 1316 17 ФС Фа, а, а, 1 2 3 1Р "! НЧй-1 НЧВ-2 1'ис. 4 44 Полиморфизм сайгон узнавания рестрикционных зндонуклеаз в генах НЬР (вверху) и НЬа (внизу). Номерами обозначены сайты рестрикции различных ферментов. НЧ — гипервариабельные районы (мннисателлиты) (таблица 4.!4). только в том случае, если они существенно нарушают функционирование тема~лабина и приводят к болезни.
Большинство мутаций гемоглобина независимо от того, меняют они заряд молекулы или нет, не влияют на функции гемоглобина и не приводят к патологии. Как правило, аминокислотные замены в участках полипептндной цепи, которые в молекуле гемоглобина обращены наружу, оказывают меньшее воздей- Аяз(НЬ Вгййоп Нярыаяькый уа) В7-и колон гена 6)и 1НЬ М1внаикав) Ча) 61и Аяр Клиническое значение вариантов ге.моглобина.
Нарушение функций гемоглобина ведет к возникновению различных заболеваний. Существуют четыре основных типа болезней гемоглобина; 1) гемолигнческие анемии, вызванные нестабильностью гемоглобинов; 2) меттемоглобинемии, обусловлен- 6А0 6ЦС 6АС 6ОА 6АА 6Ц6 6А6 рис. 4.45 Полиморфизм кодонов. Обычно 67-й аминокислотой в цепи Р-глобина является ватин.
Гемоглобин Вбцо! и гемоглобин М)йяапйее возникли в результате различных мутаций, в одном случае валин заменен на глутаминоаую кислоту (НЬ Впз1о!), в другом — на аспаргиновую кислоту (НЬ М1!жанкее). Триплеты„кодирующие валин, показаны в нижней части рисунка Мутация, приволящая к замещению валина на аспаргиновую кислоту, могла быть только заменой О(7О на О(7О, а замещение валина на глутаминовую кислоту- ~олька заменой 0$/А на ООО.
Следовательно, исходные индивиды, у которых произошли указанные мутации, различались по 67-му колону валина Р-цепи глобина. стане на функцию, чем замены аминокислот во внутренних частях цепей или в участках присоединения гема. Замены, нарушающие нормальную спиральную структуру цепи, часто вызывают нестабильность гемоглобина. Замены аминокислот в участках, которыми субъединнцы контактируют друг с другом, влияют на сродство к кислороду 11320), Большинство гемоглобиновых вариантов — редки. Лишь немногие, например гемоглобины НЬБ, НЬС иНЬЕ, встречаются чаше других (разд. 6.2.1.6). В кодирующей области гена полиморфизм тоже регистрируется.
Известно, что генетический код — вырожденный (табл. 2.12), т. е. несколько триплетов кодируют одну и ту же аминокислоту (см. рис. 4.45). Анализ двух различных замен в 67-м положении цепи ))-глобина (рис. 4.45) показал, что два индивида, у которых произошли мутации, и появились новые формы гемоглобина, должны были различаться по исходным триплетам, кодирующим валин в 67-м положении (рис. 4.45) Таким образом, у разных индивидов различные кодоны могут кодировать одну и ту же аминокислоту.
82 4. Действие генов ные ускоренным окислением гемоглобина; 3) эритроцитоз, вызванный нарушением сродства гемоглобина к кислороду и 4) серповидноклеточные нарушения как следствие повреждений клеточных мембран гемоглобином Я. Во всех случаях, кроме серповидноклеточных нарушений, гетерозиготы по аномальным гемоглобинам страдают различными заболеваниями, т.е. мутации ведут себя как аутосомно-доминантные. Неетаби,тьные гемоглобины 1311 1335 — 13571. Описано свыше 100 нестабильных гемоглобинов.
В большинстве случаев мутация затрагивает !3-цепь. У многих нестабильных гемоглобинов в полипептидной цепи обнаруживаются аминокислотные замены или делеции в участках связывания гема. Клинические проявления варьируют от едва заметной нестабильности, практически не имеющей клинических последствий, до выраженной нестабильности, при которой происходит интенсивное разрушение эритроцитов. В некоторых случаях гемолиз усиливается при лечении сопутствующих заболеваний сульфониламндами.
Нестабильность этих гемоглобинов часто обусловлена преждевременной диссоциацией гема и глобиновой цепи. Такие лишенные гема молекулы глобина прешппп.уруют внутри клетки, образуя так называемые тельца Хейнца, нарушающие функционирование клеточных мембран. В селезенке тельца Хейнца могут быль удалены из эритроцитов без их разрушения. В конечном итоге такие эритроциты преждевременно уничтожаются ретикуло-эндотелиальной системой. При некоторых формах нестабильности гемоглобина сильный гемолиз удается смягчить удалением селезенки. Точный диагноз нестабильности гемоглобина может быть затруднен, особенно если не наблюдается изменений электрофоретической подвижности.