НАСЛЕДСТВЕННЫЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ

ЗАБОЛЕВАНИЯ

Наследственные метаболические нарушения, хотя и редки по от­дельным нозологическим формам, в целом являются важной причи­ной нарушения здоровья у детей. Они могут проявляться как острые угрожающие жизни заболевания в период новорожденности или ста­новятся явными позднее, в детстве; редко клинические признаки мо­гут проявляться в старшем возрасте. Наследственные метаболичес­кие заболевания связаны с аномалиями экспрессии генов, приводя­щими к нарушениям синтеза белков, обычно ферментов, контроли­рующих ключевые этапы метаболизма. Заболевания могут быть свя­заны либо с отсутствием продукта ферментативной реакции, либо с накоплением субстратов.

В широком смысле термин «наследственные болезни» включает не только хромосомные и генные болезни, вызываемые соответствующими мутациями, но и мультифакториальные болезни, развитие которых связано с взаимодействием нормальных полиморфных генов, формирующих предрасположенность к заболеванию, с факторами внешней среды. Условно к наследственным болезням можно также отнести болезни, связанные с присутствием в организме некоторых редких вариантов белков (обычно ферментов) и развивающиеся в ответ на более или менее специфические внешнесредовые воздействия, например, на прием некоторых лекарственных средств. В узком смысле под термином «наследственные болезни» понимают моногенные заболевания, т. е. обусловленные мутациями отдельных генов. Многие наследственные болезни проявляются как врожденные состояния. Для наследственных болезней характерно также семейное накопление (заболевание встречается у нескольких членов семьи). Термины «наследственные болезни», «семейные болезни» и «врожденные болезни» (с которыми индивид рождается на свет) не являются синонимами. Например, некоторые врожденные пороки развития могут вызываться различным ненаследственными факторами (виpyc краснухи, алкоголь, талидомид, ряд антидиабетических препаратов и т. д.), нарушающими эмбриогенез; семейное накопление встречается при инфекционных заболеваниях, а ряд наследственных болезней, например, хорея Гентингтона, мышечные дистрофии, пигментная дистрофия сетчатки и другие, не являются врожденными, так как проявляются в зрелом возрасте.

Наследственные болезни многочисленны (известно свыше 6000) и разнообразны по проявлениям. Тип наследования лежит в основе классификации моногенных наследственных болезней. Для значительной части наследственных болезней тип наследования установлен — патологические признаки, также как и нормальные, могут наследоваться аутосомно-доминантно, аутосомно-рецессивно и сцепленно с полом (Х-сцепленный доминантный, Х-сцепленный рецессивный и Y-сцепленный типы наследования). Термин «аутосомный» указывает на то, что мутантный ген локализован в аутосоме, «Х-сцепленный» — в половой Х-хромосоме, а «Y-сцепленный» — в половой Y-хромосоме. Выделение доминантного и рецессивного типов наследования существенно с медицинской точки зрения, так как при доминантном типе наследования клиническое проявление болезни обнаруживается у гомо- и гетерозигот, а при рецессивном — только у гомозигот, т. е. значительно реже. Основные методы, с помощью которых устанавливается тот или иной тип наследования, — клинико-генеалогический, базирующийся на анализе родословных, и более точный сегрегационный анализ, объектом которого, как правило, являются так называемые ядерные семьи (т. е. родители и дети).
К наиболее часто встречающимся (частота 0,5—0,1 на 1000 человек) наследственным болезням с аутосомно-доминантным типом наследования относятся нейрофиброматоз, поликистоз почек (взрослый тип), несовершенный дентиногенез, хорея Гентингтона, сфероцитоз, одна из форм детской тугоухости и некоторые другие. При анализе родословных, в которых прослеживается этот тип наследования, выявляется, что один из родителей, как правило, болен; вероятность развития болезни у детей 50 %; оба пола поражаются одинаково часто; наблюдается «вертикальная» передача наследственной болезни в ряду поколений. Примером довольно распространенных (по крайней мере в европейских популяциях) наследственных болезней с аутосомно-рецессивным типом наследования являются муковисцидоз, фенилкетонурия, адреногенитальный синдром, врожденная нейросенсорная тугоухость. При этом типе наследования родители в абсолютном большинстве случаев здоровы, но являются гетерозиготными носителями мутантного гена; вероятность рождения больного ребенка составляет 25 %; оба пола поражаются с одинаковой частотой; родители больных детей часто оказываются кровными родственниками. Рецессивные наследственные болезни, сцепленные с X-хромосомой (например, миопатия Дюшенна, гемофилия  А и В, ихтиоз, как правило, проявляются у мальчиков. Если мать является гетерозиготной носительницей мутантного гена, то вероятность рождения больного мальчика у нее составляет 50%. Девочки практически здоровы, но половина из них являются носителями мутантного гена. Больной отец не передает болезнь сыновьям, но все его дочери — гетерозиготные носительницы мутантного гeнa. Наследственные болезни с доминантным типом наследования, сцепленного с X-хромосомой, весьма редки (например, витамин D-резистентный рахит). Проявление заболевания не зависит от пола, однако более тяжело протекает у мальчиков. Среди детей больного мужчины все сыновья здоровы, все дочери — больны. Больные женщины передают мутантный ген половине сыновей и дочерей.
Для многих наследственных болезней характерна генетическая гетерогенность, т. е. к сходным фенотипическим проявлениям могут приводить различные мутационные изменения генетического материала. Такие изменения могут затрагивать либо разные гены, контролирующие обычно один метаболический путь (как, например, для ряда аутосомно-рецессивных форм мукополисахаридозов, ихтиоза, врожденной катаракты и других наследственных болезней, для которых существуют формы с разными типами наследования), либо разные сайты одного и того же гена (некоторые формы -талассемии, миопатии Дюшенна и Беккера, муковисцидоз и многие другие наследственные болезни). В результате реализации международной программы «Геном человека» тысячи генов наследственных болезней локализованы в определенных участках хромосом, а многие сотни генов выделены и идентифицированы — установлена их точная структура, а также природа мутационных изменений. Исследования молекулярно-генетических механизмов, лежащих в основе возникновения моногенных наследственных болезней, позволили обнаружить различные типы мутаций, ведущих к нарушению работы генов при целом ряде наследственных болезней.
Так как для многих наследственных болезней первичный биохимический дефект еще не известен, их классифицируют по клиническому принципу. Выделяют наследственные болезни нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, наследственные болезни кожи и ее придатков, глаз, скелета, системы крови и т. п. Такая классификация в значительной степени условна, так как при большинстве наследственных болезней в патологический процесс вовлекаются органы, входящие в разные системы организма.

Особым видом помощи при наследственной патологии является скрининг новорожденных с помощью специальных биохимических тестов для своевременного досимптоматического выявления новорожденных с некоторыми наследственными болезнями обмена веществ, такими как фенилкетонурия, гипотиреоз и галактоземия с целью их последующего эффективного лечения. Во многих странах скрининг всех новорожденных для выявления фенилкетонурии был введен более 40 лет назад, а для гипотиреоза — несколько позже. С его помощью были выявлены многие тысячи потенциально больных новорожденных, которые получили соответствующее лечение (специальная диета без фенилаланина при фенилкетонурии, без галактозы при галактоземии и гормонотерапия при гипотиреозе), обеспечивающее их практическое выздоровление. Задачей скрининга новорожденных и других методов генетического скрининга является выявление носителей мутантных генов и последующее предупреждение рождения детей, больных наследственными болезнями.

 

Наследственные метаболические заболевания новорожденных

Клинические симптомы

Клинические симптомы наследственных метаболических заболе­ваний зачастую неспецифичны и включают нарушения роста и разви­тия, нарушения питания, рвоту, гипотонию и судороги. После рожде­ния у таких детей может наблюдаться бессимптомный период, и очень важно дифференцировать начало такого заболевания и нарушения, связанные с приемом молока — галактоземию, гиполактазию. Ненор­мальные запахи кожи, мочи ребенка характерны для некоторых забо­леваний обмена амино– и органических кислот, а неопределенный характер развития гениталий подтверждает наличие адреналовой ги­перплазии. При нарушениях цикла мочевинообразования у детей оп­ределяются неврологические симптомы.

Лабораторные исследования

Лабораторные исследования, выполняемые при наследственной патологии, могут быть нескольких типов. Основные, базовые иссле­дования, такие, как измерение уровня глюкозы и газов крови, вы­полняемые у многих больных детей, могут изменяться и у детей с на­следственной метаболической патологией (табл. 85). Однако такие тесты неспецифичны. Метаболические тесты дают дополнительные доказательства и могут подтверждать ряд состояний, хотя достовер­ная диагностика обычно связана с третьим уровнем исследований — определением специфических метаболитов.

В настоящее время возможно определение активности фермен­тов, ответственных за врожденные метаболические нарушения, хотя при этом иногда необходимы тканевые культуры клеток, приготовлен­ные из соответствующих биоптатов.

Современные технологии также позволяют охарактеризовать структурные аномалии, вызывающие наследственные метаболичес­кие заболевания.

Наследственные метаболические заболевания у старших детей

Клинические симптомы наследственных заболеваний у старших детей могут проявляться в виде острого заболевания, подобного та­ковому у новорожденных. Часто эти состояния провоцируются стрес­совой ситуацией — тяжелым инфекционным заболеванием или опе­ративным “вмешательством. Другие симптомы заболеваний могут включать задержку умственного развития, нарушения сна, отклоне­ния, связанные с нарушениями метаболизма.

 

 

Исследования при предполагаемых наследственных метаболических заболеваниях у новорожденных

 

 

Нарушения обмена аминокислот

 

Фенилкетонурия

Заболевание вызывается отсутствием или дефицитом фенилала–нингидроксилазы и является одним из самых частых нарушений об­мена аминокислот.

Фенилаланин в организм в основном поступает с пищей и ката–болизируется в тирозин в печени ферментом фенилаланингидрокси–лазой, содержащей в качестве кофактора тетрагидробиоптерин. Этот фермент также присутствует в лейкоцитах. Описано много мутаций, вызывающих дефицит фенилаланингидроксилазы. При дефиците фермента возрастает концентрация фенилаланина в крови, активи­руются альтернативные метаболические пути, в ходе которых обра­зуются фениллактат, фенилацетат и многие другие метаболиты, в норме определяемые в очень небольших количествах.

При фенилкетонурии альтернативные метаболиты экскретируются в мочу, где фениллактат обусловливает характерный запах («запах мышей»), определяемый у нелеченых пациентов. Стойкая постнаталь–ная гиперфенилаланинемия вызывает необратимые поражения моз­га в результате сложных механизмов, включающих нарушение обме­на аминокислот и угнетение синтеза нейромедиаторов. Фенилаланин является конкурентным ингибитором тирозиназы — ключевого фер­мента синтеза меланина.

Дефицит указанных ферментов вызывает наследственные метаболические заболевания.

Клинические проявления

Дети с фенилкетонурией нормальны при рождении, так как фенил–аланин быстро переносится через плаценту. При классической фенил–кетонурии накопление фенилкетонов и нарушение умственного разви­тия проявляются к 6 месяцам после рождения. У некоторых детей по­являются судороги, агрессивное поведение, может наблюдаться мик­роцефалия. Для больных фенилкетонурией характерна тенденция к гипопигментации (вследствие угнетения фенилаланином тирозиназы), что проявляется наличием у детей светлых волос и голубых глаз.

Диагностика

Диагноз должен быть поставлен, а лечение начато в первый ме­сяц после рождения для предотвращения задержки в умственном развитии. Разработаны скрининговые программы для новорожден­ных, в частности основанные на применении теста Гатри. Это мик­робиологический тест, при котором диск фильтровальной бумаги, содержащий кровь из пятки, помещают на чашку с посеянными мик­роорганизмами, нуждающимися для своего роста в фенилаланине, источником которого является образец крови. Рост микроорганизмов определяется как положительный тест, ука­зывающий на необходимость определения концентраций фенил­аланина в крови.

Лечение

Лечение состоит в специальной диете, при которой белок заме­щается смесью аминокислот с низким содержанием фенилаланина. Лечение должно продолжаться в течение многих лет, так как повы­шенные уровни фенилаланина между 4 и 8 годами приводят к задер­жке умственного развития. Ранее полагали, что пищевой контроль (безфенилаланиновая диета) необходим только в течение первых 10 лет жизни, однако современные данные говорят о необходимости пожизненного придерживания этой диеты.

В некоторых случаях даже раннее начало лечения не может пре­дотвратить умственные нарушения, но в этих случаях тяжесть их су­щественно меньшая, чем в отсутствие лечения.

Пациенты с фенилкетонурией должны воздерживаться от употреб­ления каких–либо продуктов, содержащих метиловый эфир М–аспар–тилфенилаланина (аспартам) — очень распространенный искусствен­ный заменитель сахара. Эта пищевая добавка расщепляется в ЖКТ до фенилаланина. Особенно важным является то, что все пищевые продукты, в том числе сладкие напитки, должны иметь указание на этикетке о содержании этого искусственного сахара.

Другие причины фенилкетонурии

Кроме фенилкетонурии и дефицита тетрагидробиоптерина (при­водящих к тяжелым клиническим проявлениям), частичный дефицит фенилаланингидроксилазы может вызывать умеренную или атипич­ную фенилкетонурию.

 

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ТИРОЗИНА

Тирозин является предшественником ДОФА (3,4-дигидроксифе–нилаланина), который превращается в дофамин и катехоламины (рис. 187). Дофамин выполняет роль нейротрансмиттера в ядрах мозга. Его снижение в хвостатом ядре и скорлупе наблюдается при болезни Паркинсона. Тирозин является предшественником мелани­на, синтезируемого в ходе сложного комплекса реакций, иницииру­емого тирезиназой. Активность тирозиназы конкурентно ингибируется фенилаланином. Одной из причин альбинизма является дефи­цит тирозиназы.

Алкаптонурия вызывается дефицитом оксидазы гомогентизино–вой кислоты. При этом гомогентизиновая кислота, метаболит фени–лаланина и тирозина, не подвергается дальнейшим превращениям, накапливается и экскретируется в мочу. Гомогентизиновая кислота откладывается в соединительной ткани и превращается в темный пиг­мент, накапливающийся в склере и ушных хрящах, вызывая охроноз. Также развиваются дегенеративные изменения в суставах, приводя щие к артритам. Моча таких пациентов приобретает темно–коричне­вую окраску при стоянии на воздухе.

Тиреоидные гормоны синтезируются из тирозина в ходе ряда ре­акций, инициируемыхтиреоидпероксидазой. При этом процессе не­органический йод окисляется в присутствии перекиси водорода, и затем йодид замещает атом водорода в тирозине. Дефицит тирео–идной пероксидазы — одна из причин зоба и гипотиреоидизма.

Тирозинемии I и II типа представляют собой наследственные ме­таболические заболевания, вызываемые дефицитом ферментов ка–таболических путей превращения тирозина в фумарат и ацетоацетат. Тирозинемия II типа (дефицит тирозинтрансаминазы) проявляется аномалиями роговицы и кожи, задержкой умственного развития; кли­нические симптомы определяются накоплением тирозина. Тирозине­мия I типа (дефицит фумарилацетатгидроксилазы) проявляется не­достаточностью функций печени, нарушением канальцевых процес­сов в почках, что приводит к накоплению токсических метаболитов.

Болезнь «кленового сиропа»

Болезнь «кленового сиропа» вызывается дефицитом фермента, декарбоксилирующего оксикислоты, которые образуются при мета­болизме аминокислот с разветвленным скелетом — лейцина, изолейцина и валина. Накопление этих оксикислот вызывает появление спе­цифического запаха мочи, напоминающего запах кленового сиропа. Клинические симптомы включают потерю темпов роста, нарушения питания, сонное состояние и неврологические отклонения. Прогрес­сирующее нарушение функций организма при отсутствии лечения приводит к смерти в раннем детстве.

При исследовании часто выявляется метаболический ацидоз и гипогликемия; диагностический тест заключается в резком увеличе­нии концентрации в плазме разветвленных аминокислот.

Лечение состоит в диете, дефицитной по содержанию разветв­ленных аминокислот.

Органические ацидемии

Органические ацидемии представляют группу наследственных метаболических нарушений, характеризующихся накоплением низ­комолекулярных карбоновых кислот. Органические кислоты синтезируются при метаболизме аминокислот, углеводов и жиров. Описано большое число нарушений обмена органических кислот, наиболее частыми из которых являются дефекты обмена разветвленных ами­нокислот, пропионил–КоА, нарушения метаболизма жирных кислот. Хотя отдельные нозологические формы данного вида нарушений ред­ки, вместе они составляют такое же число случаев, как и нарушения обмена аминокислот.

При органических ацидемиях наблюдается снижение темпов ро­ста, рвота, тяжелые метаболические нарушения, синдром внезапной смерти новорожденных. Метаболические аномалии включают гипо­гликемию, кетоз, лактоацидоз и гипераммониемию.

Диагностика включает определение концентрации специфических органических кислот в моче и анализ ферментативной активности.

Гипераммониемия

Гипераммониемия может развиваться как результат наследствен­ных метаболических нарушений и как сопутствующий симптом дру­гих заболеваний (табл.).

Причины гипераммониемии

 

Аммиак продуцируется микроорганизмами в кишечнике, а так­же образуется при катаболизме аминокислот, азотистых основа­ний, биогенных аминов в тканях организма. Аммиак обезврежива­ется превращением в мочевину в печени в ходе цикла мочевино­образования.

Гипераммониемия вызывается дефицитом одного из ферментов цикла мочевинообразования и проявляется неврологическими нару­шениями.’Кроме того, гипераммониемия наблюдается при органи­ческих ацидемиях, вызывается тяжелыми состояниями периода но­ворожденное™, такими, как сепсис, наблюдается при синдроме Рея.

Повышенные уровни аммиака могут также наблюдаться при паренте­ральном питании, лечении вальпроатом натрия.

Синдром Рея

Синдром Рея — это острое заболевание, наблюдаемое у детей до 15 лет и характеризующееся рвотой, симптомами поражения пече­ни, центральной нервной системы и гипогликемией. Причины забо­левания неизвестны, хотя в качестве возможных причин рассматри­вают вирусную инфекцию и применение салицилатов. Состояние обычно развивается после респираторной инфекции верхних дыха­тельных путей, когда развивается рвота, судороги и кома, Несмотря на то, что одним из симптомов заболевания является жировая вакуо­лизация печени, желтуха развивается редко. Повышение в сыворот­ке активности трансаминаэ и аммиака — основные лабораторные кри­терии, наблюдаемые вместе с метаболическим ацидозом, увеличен­ным протромбиновым временем и гипогликемией.

 

Муковисцидоз

Муковисцидоз представляет собой мультисистемное наслед­ственное метаболическое заболевание, встречающееся у 1 из 2500 лиц кавказской национальности. Это наиболее частое наследствен­ное метаболическое нарушение, наблюдаемое у детей. Заболевание вызывается дефектом регулятора трансмембранной проводимости.

Молекулярные основы заболевания

Регулятор трансмембранной проводимости представляет собой хлорный канал клеточных мембран. В большинстве случаев наслед­ственных метаболических нарушений сначала определяли дефектный белок, а затем устанавливали соответствующий ген, кодирующий дан­ный белок. В случае муковисцидоза ген, ответственный за развитие заболевания, был идентифицирован ранее, чем соответствующий белковый продукт. Ген был клонирован, структура его расшифрова­на, на основании чего была определена структура белка, кодируемо­го геном. Хотя идентифицировано более 200 мутаций гена, свыше 70% таких мутаций вызываются делецией одной аминокислоты (фенил–аланина), что приводит к функциональным изменениям белка и, со­ответственно, к нарушению транспорта хлоридов.

Аномальный ионный транспорт эпителиальных поверхностей, за­ключающийся в непроницаемости для хлоридов–ионов, приводит к дисбалансу электролитов в секретах. Такие секреты характеризуют­ся пониженным содержанием воды и вследствие этого повышенной густотой. Нарушения нормального ионного и водного состава секре­тов препятствует осуществлению нормальной функции белками, сек–ретируемыми эпителием. Эти белки обладают переваривающими, смазочными и защитными свойствами. Густые секреты, кроме того, вызывают обструкцию протоков различных желез.

Клинические симптомы

У большинства пациентов симптомы проявляются в детстве, хотя у некоторых симптомы могут проявляться и во взрослом возрасте. По­ражаются многие органы (табл.), но в основном клинические сим­птомы связаны с нарушениями функций респираторного тракта и под­желудочной железы.

 

Клинические проявления муковисцидоза

 

Почти у всех пациентов развиваются прогрессирующие легочные заболевания, которые, чаще всего и становятся причиной смерти. Об­струкция мелких воздухоносных путей и присоединяющиеся инфекции составляют основные патологические изменения, прогрессирование которых приводит к бронхоэктазам. Поражения поджелудочной желе­зы часто наблюдаются с рождения. Обструкция протоков густым сек­ретом приводит к последующей деструкции железистой ткани. Остро­вки Лангерганса при этом сохраняются интактными продолжительное время до усиления патологических процессов, поэтому сахарный диа­бет относится к более поздним проявлениям болезни.

Дефицит панкреатических ферментов приводит к нарушениям пе­реваривания пищи, в частности жиров и белков. Частым симптомом за­болевания является стеаторея, дефицит жирорастворимых витаминов, белковый дефицит. Недостаточность секреции панкреатических фер­ментов и переваривания кишечного содержимого приводит к меконие–вой непроходимости кишечника в период новорожденное™ и развитию обструкции тонкого кишечника у взрослых. Изменения в мочеполовом тракте определяются более чем у 95% пациентов–мужчин — обструкция протоков приводит к атрофии структур вольфианова протока. У женщин, больных муковисцидозом, часто наблюдается бесплодие.

Диагностика

Диагноз муковисцидоза ставится на основании характерных кли­нических симптомов, определении в потовой жидкости концентрации хлоридов, превышающей 60 ммоль/л. Этот тест включает сбор пота (потоотделение стимулируется ионофорезом пилокарпина) и после­дующее определение его химического состава. Для скрининга забо­левания используются и многие другие тесты, в частности определе­ние содержания альбумина мекония и иммунореактивного трипсина в крови, которые повышаются вскоре после рождения. В настоящее время для пренатальной диагностики и выявления гетерозиготных пациентов применяется анализ ДНК.

Лечение

В настоящее время применяемое лечение позволяет облегчить течение заболевания и повысить уровень выживания у больных муко–висцидозом. Свыше половины пациентов сейчас доживают до 20-лет­него возраста, а некоторые до возраста, превышающего 50 лет. За­дачи лечения состоят в контроле инфекционных процессов, стимуля­ции клиренса секретов и усиленном питании. Дренаж грудной клетки является необходимым мероприятием для таких пациентов, а симп­томы развития инфекционного поражения требуют раннего приме­нения антибиотиков. Одним из направлений лечебных мероприятий является обеспечение больных панкреатическими ферментами и вы­сококалорийной диетой.

Сейчас проводятся исследования по возможности замещения дефектного гена внедрением его в липосомы (липидные везикулы) и введением их ингаляционным путем.

 

 

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ДЕФЕКТЫ ПРИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

Экспрессия генов

Геном человека содержит порядка 50 000—100 000 генов, связан­ных с белками в хромосомах, которые образуют хроматин. Генети­ческий код представляет последовательность пуриновых(аденин, гу­анин) и пиримидиновых (цитозин, тимин) оснований, содержащихся в ДНК. Эти азотистые основания связаны с молекулой дезоксирибо–зы, к которой, в свою очередь, присоединены фосфатные группы. Фосфатные связи между 3″ и 5″ гидроксильными группами связывают между собой молекулы дезоксирибозы соседних нуклеотидов. Один конец молекулы ДНК содержит свободную 5′-гидроксильную группу дезоксирибозы, другой — свободную З‘-группу. Две цепи ДНК анти–параллельно скручены одна вокруг другой так, что 5′-конец одной спи­рали связан с З‘-концом другой.

Триплет оснований (кодон) кодирует одну аминокислоту. Ген представляет собой фрагмент ДНК, содержащий кодировку амино­кислотной последовательности полипептидной цепи. Количество нук­леотидов большинства генов превышает необходимое для кодиров­ки полипептидной цепи число нуклеотидов, так как кодирующие ре­гионы (экзоны) отделены друг от друга некодирующими участками (интроны). Синтез белка начинается с копирования (транскрипции) последовательности нуклеотидов ДНК (экзонов и интронов). Фермент РНК–полцмераза копирует последовательность нуклеотидов одной из цепей ДНК (несмысловой), являющейся матрицей для синтеза РНК. Копирование осуществляется в направлении 5′-»3′. При этом обра­зуется последовательность нуклеотидов, идентичная «смысловой» цепи ДНК. Образовавшаяся прематричная РНК далее подвергается процессингу, в ходе которого удаляются интроны и «склеиваются» эк–зоны. Этот процесс происходит в ядре. Продукт транскрипции — мат­ричная или информационная РНК — поступает в цитоплазму клетки. В цитоплазме матричная РНК связывается с рибосомами, образуя матрицу для синтеза белка. Аминокислоты в клетках присоединяют­ся к специфическим транспортным РНК, содержащим последователь­ность из трех нуклеотидов, комплементарных мРНК. Поэтому амино­кислоты встраиваются в полипептидную цепь в порядке, определен­ном последовательностью нуклеотидов в ДНК.

Геном не идентичен у разных людей, он в среднем отличается на 200 пар оснований. Если в кодирующем регионе происходит из­менение, это может привести к синтезу измененного белка с де­фектной функцией. Изменения в некодирующих регионах обычно нейтральны, но они могут использоваться как маркеры в методах молекулярной генетики.

Регуляция экспрессии генов

Полный набор генов находится во всех ядросодержащих клетках, несмотря на то, что они значительно отличаются по своим функциям. В определенный период времени экспрессируется только незначи­тельная часть ДНК. Активность генетического материала находит от­ражение в изменениях структуры хроматина и степени метилирова­ния генов. Активно экспрессируемые гены слабо метилированы. В настоящее время нет достаточных сведений о связи конфигурацион­ных изменений с транскрипцией генов.

Определенные участки нитей ДНК обладают регуляторными функ­циями. Промоутерная последовательность обнаружена в 5′-регионе ДНК, эта последовательность обеспечивает регуляторные сигналы для РНК–полимеразы.

В цепи ДНК также идентифицированы энхансерные (усилитель­ные) последовательности нуклеотидов. Специфические транскрип–торные белки связываются с регуляторными регионами гена, иници­ализируя транскрипцию; комбинация определенных мест связывания в гене и наличие или отсутствие факторов транскрипции обусловли­вают, какие гены транскрибируются в определенных клетках. Гены активируются и репрессируются наружными сигналами, действующи­ми тремя путями:

•    Эндокринная сигнализация. При этом гормон или ростовой фактор действуют на дистантные клетки–мишени.

•    Паракринная сигнализация. Сигнализирующие клетки влия­ют на рядом расположенные клетки.

•    Аутокринная сигнализация. Клетки отвечают на вещества, вы­рабатываемые этими же клетками.

 

Генетические болезни

Существует три основные категории генетических заболеваний.

1.Хромосомные аномалии. Хромосомные нарушения вызыва­ются утратой, избытком или нарушениями в строении хромо­сом. Примером аутосомного хромосомного нарушения являет­ся синдром Дауна (трисомия по 21^ой хромосоме). Синдром Клайнфельтера (47, XXV) — пример заболевания, связанного с половыми хромосомами.

2.Полигенные нарушения. Полигенные нарушения вызываются взаимодействием многих генов с факторами внешней среды. Ге­нетические факторы важны при многих распространенных забо­леваниях, в том числе ИБС, гипертензии и сахарном диабете.

Например, гетерогенной является этиология ИБС. В то вре­мя, как небольшое число случаев заболевания вызывается про­стым генным дефектом (например семейная гиперхолестерине–мия), у большинства пациентов заболевание полиэтиологично. Факторы, приводящие к заболеванию, взаимодействуют между собой. Каждый фактор в отдельности малоинтенсивен, но куму­лятивное их действие может приводить к заболеванию.

Примером мультифакторного состояния может быть поли­генная гиперхолестеринемия, при которой изменения в белках, регулирующих метаболизм липопротеинов (включая аполипо–протеины апоВ и апоЕ), ферментах и рецепторах приводят к по­вышению уровней холестерина.

3. Моногенные нарушения. Моногенные нарушения вызываются дефектом одиночного гена и развиваются по простой картине наследования (Менделя). Многие наследственные метаболичес­кие заболевания, являющиеся результатом одиночного генного дефекта, имеют метаболическую основу и до 8% детей, находя­ щихся в клиниках, страдают одним из таких нарушений.

ДНК–ДИАГНОСТИКА

Молекулярная генетика — это отрасль, методы которой нашли широкое применение во многих дисциплинах. Предметом молекуляр­ной генетики является изучение экспрессии и наследования генов на молекулярном уровне. В клинической биохимии это заключается в изучении различий в последовательности основных пар в ДНК. Ана­лиз ДНК пациентов и генов, которые в них содержатся, может давать важную диагностическую информацию.

Мутации в одиночных генах могут вызывать наследственные за­болевания, такие как муковисцидоз, серповидноклеточную анемию, семейную‘ гиперхолестеринемию и мышечную дистрофию Дюшена. Сложные нарушения, затрагивающие несколько генов, могут лежать в основе таких частых заболеваний, как ИБС, сахарный диабет, рак.