Лекция 3 РОЛЬ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ФОРМИРОВАНИИ

Лекция 3. РОЛЬ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ФОРМИРОВАНИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА, ПРИЗНАКОВ И ФЕНОТИПА ОРГАНИЗМА. МУТАЦИИ И МУТАГЕНЕЗ. профессор Мутовин Геннадий Романович 1 1

1. Общая характеристика изменчивости организма. Наследственная информация (геном человека) подвергается воздействиям окружающей среды, которые начинаются со стадии деления-дробления зиготы, продолжаются при образовании соматических клеток, их пролиферации, миграции и дифференцировке, формировании тканей, органов и систем организма, образовании гамет, в ходе старения и апоптоза клеток, а также в ходе других процессов, связанных с жизнеобеспечением и естественной смертью организма. На молекулярном уровне действие факторов среды может затронуть межгеномные (ДНК-овые) взаимодействия (при оплодотворении гамет), межмолекулярные реакции: ДНК-РНК, РНК-белок, белок-ДНК, белок-РНК, белок-белок, белок-субстрат (в зиготе, клетках, тканях, органах и системах организма). Эти реакции являются обязательными звеньями в непрерывной цепи событий молекулярной жизни организма на любом ее этапе в ходе онтогенеза. 2

Согласно механизму гомеореза эти реакции могут прерываться или останавливаться на период болезни (на время действия на организм повреждающих факторов), затем продолжаются снова и прекращаются в момент смерти организма. При этом действие факторов среды может стать пусковой причиной, временным или постоянным стимулятором, модификатором, ускорителем и ослабителем молекулярной жизни клетки и организма, в ходе которой изменяется или не изменяется наследственный материал и контролируемые им признаки и фенотипы. В репродуктивном периоде жизни возникшие в наследственном материале изменения могут передаваться через гаметы потомкам следующих поколений. С биологических позиций изменчивость наследственного материала, признаков и фенотипа организма - это проявление генотипических и фенотипических различий, на 3

основе которых возникает эволюционное разнообразие человека (дифференцированность и гетерогенность его генотипов). В середине ХХ века немецкий зоолог В. Хэкер назвал феногенетикой направление генетики, изучающее разные соотношения между генотипами и фенотипами, т. е. это наука об изменчивости организма в условиях окружающей среды. Выделяют ненаследственную (фенотипическую), или модификационную изменчивость - она не передается другим поколениям и наследственную (генотипическую) изменчивость - она передается другим поколениям. В свою очередь наследственная изменчивость делится на 2 класса: нормальная комбинативная (рекомбинационная) и патологическая мутационная изменчивость. Первый класс изменчивости возникает в результате трех механизмов: 4

первый механизм - случайные встречи гамет при оплодотворении; второй механизм - кроссинговер, или мейотическая рекомбинация (обмен равными участками между гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза); третий механизм - независимое расхождение гомологичных хромосом к полюсам деления при образовании дочерних клеток в ходе митоза и мейоза. Второй класс изменчивости обусловлен мутациями наследственного материала – см. ниже. 2. Изменчивость при оплодотворении гамет и начало функционирования генома организма. Материнский и отцовский геномы не могут функционировать отдельно друг от друга. Только объединившись в зиготе, они ведут к зарождению молекулярной жизни или появлению нового качественного состояния как свойства биологической материи 5 (рис. 1).

яйцеклетка + сперматозоид = (материнский (отцовский геном): 23 молекулы ДНК + 23 молекулы ДНК = (хромосомы) ядра, и одна молекула в том числе одна мт. ДНК либо Х -, либо цитоплазмы Y - хромосома зигота (генотип организма): 46 молекул ДНК (хромосом) ядра и одна молекула мт. ДНК цитоплазмы 6 6

На этом рисунке приведены результаты взаимодействия двух родительских геномов при оплодотворении гамет. Началом развития зиготы (началом будущего многоклеточного организма) является момент формирования двойного набора молекул ДНК (диплоидного набора хромосом). Именно тогда зарождается жизнь, и начинается цепь межмолекулярных реакций, протекающих на основе экспрессии генов генотипа зиготы, а затем каждой клетки целого организма, когда согласно с генетической программой онтогенеза начинают «включаться» и «выключаться» отдельные группы генов. При этом ведущая роль принадлежит яйцеклетке, имеющей в ядре и цитоплазме все необходимые для зарождения и продолжения жизни структурные и функциональные элементы (биологический матриархат). В свою очередь оплодотворивший яйцеклетку сперматозоид не содержит необходимых цитоплазматических структур, но именно его ядерная ДНК включает в цитоплазме яйцеклетки 7

пусковой механизм молекулярной жизни: межгеномные ДНК– ДНК-овые взаимодействия, с которого начинается стадия деления-дробления зиготы. Строго говоря, это и есть начало функционирования нового генома, представленного примерно равными частями нуклеотидных последовательностей ДНК материнского (чуть больше) и отцовского (чуть меньше) происхождения. Упрощая сказанное, начало молекулярной жизни связано с нарушением постоянства внутренней среды яйцеклетки (ее гомеостаза), а вся последующая жизнь многоклеточного организма есть стремление восстановить (стабилизировать) гомеостаз, или поддержать постоянно нарушающийся под действием факторов среды баланс в каждой клетке и организме в целом. Таковы причинно-следственные связи. Теперь обратим внимание на результаты изменчивости генотипа клетки и организма как продукта эволюции. Рассмотрим вопрос: 8

«Как формируется уникальность генотипа зиготы – клетки родоначальницы всех клеток, тканей и органов организма» ? Известно, что факт оплодотворения двух гамет носит случайный характер, т. к. в норме одну женскую гамету оплодотворяет только одна мужская гамета из 200 -300 млн. сперматозоидов, содержащихся в эякуляте мужчины. Известно также, что каждая яйцеклетка и каждый сперматозоид уникальны по своим геномам, т. к. отличаются друг от друга по многим генотипическим и фенотипическим характеристикам: измененные или неизмененные по составу и комбинациям гены, (разные сиквенсы нуклеотидов ДНК), разные размеры, форма и функциональная активность (подвижность) и зрелость гамет. Именно эти признаки являются результатом действия у каждого человека уникальных для него механизмов комбинативной изменчивости и указывают на уникальность генома каждой его гаметы и, следовательно, на уникальность генотипа зиготы. 9

Уникальность генотипа зиготы – это также уникальность появления на свет любого индивида, обусловленная случайностью (уникальностью) возникновения его жизни, т. е. в определенном смысле - это «дар судьбы» , или (если угодно) «божественный дар» , если вспомнить, что вместо данного индивида с равной вероятностью могли бы родиться его родные братья и сестры (в соотношении: 1 на 200 -300 млн. ) Продолжим наши рассуждения о поддержании баланса между стабильностью и нестабильностью генетического материала в условиях окружающей среды и их взаимосвязях с проявлением признаков и фенотипов организма. Поддержание такого баланса – это, с одной стороны, сохранение постоянства внутренней среды клетки и организма (гомеостаз), детерминированное генотипом, и, с другой стороны, - это сохранение адекватной реакции генотипа в ответ на действие факторов внешней среды. В первом случае поддержание баланса зависит от результатов 10

функционирования генотипа нового организма. Во втором случае оно связано с нормой и диапазоном реакции. 3. Норма и диапазон реакции. Специфический способ реакции организма в ответ на действие факторов окружающей среды - это норма реакции. Именно гены и генотип определяют границы модификаций отдельных признаков и фенотипа организма в условиях среды. Вместе с тем в фенотипе реализуются далеко не все возможности генотипа, т. е. фенотип - это частный случай реализации генотипа в конкретных условиях окружающей среды. Поэтому, например, между монозиготными близнецами, имеющими полностью идентичные генотипы (100% общих генов), выявляются заметные фенотипические различия, если близнецы развиваются в разных условиях среды. Норма реакция может быть узкой или широкой. Узкая норма реакции- это сохранение стабильности признака 11 (фенотипа) при широком спектре колебаний среды.

Примерами генов с узкой нормой реакции (непластичные гены), служат гены, кодирующие синтез антигенов групп крови, окраску глаз, курчавость волос и др. Их действие практически одинаково при любых (совместимых с жизнью) условиях среды. Широкая норма реакции - это изменение стабильности признака (фенотипа) в зависимости от параметров воздействия среды. Примерами генов с широкой нормой реакции (пластичные гены) служат гены, контролирующие количество эритроцитов крови, которое отличается у лиц, поднимающихся в гору, и лиц, спускающихся в долину. Другой пример - это изменение окраски кожных покровов (загар) в зависимости от интенсивности и времени воздействия на организм ультрафиолетового облучения. Диапазон реакции - это фенотипические различия, зависящие от «обедненных» или «обогащенных» условий среды, в которых находится генотип организма. 12

Таким образом, норма и диапазон реакции – это пределы генотипической и фенотипической изменчивости организма при изменении условий среды. По определению И. И. Шмальгаузена (1938): «Наследуются не признаки, как таковые, а нормы их реакции на изменения условий существования организмов» . Среди внутренних факторов, оказывающих влияние на фенотипическое проявление генов и генотипа, имеют значение пол и возраст. В целом все внешние и внутренние факторы, определяющие развитие признаков и фенотипов, выделены в 3 группы основных факторов: 1. Гены и генотип. 2. Межгеномные (ДНК-овые) взаимодействия. 3. Окружающая среда. Безусловно, что основой приспособленности организма к условиям среды (основой онтогенеза) являются первые две группы факторов. 13

В частности, индивиды, генотипы которых не обеспечивают подавление действия патологических генов и факторов среды, оставляют меньше потомков, чем те индивиды, у которых нежелательные эффекты подавляются. Считается, что в генотипы более жизнеспособных организмов входят генымодификаторы, подавляющие действие «вредных» генов таким образом, что вместо них доминантным эффектом начинают обладать нормальные аллели. 4. Ненаследственная изменчивость. Очевидно, что «загар» у человека не передается из поколения в поколение, т. е. не наследуется, хотя в его проявлении участвуют пластичные гены. Также не наследуются последствия травм, рубцовых изменений тканей и слизистых оболочек при ожогах, обморожениях, отравлениях и другие признаки. Однако ненаследственные модификации фенотипа являются отражением свойств генотипа в условиях среды. 14

5. Другие механизмы комбинативной изменчивости. Комбинативная изменчивость включает еще 2 механизма: кроссинговер в первом делении мейоза и независимое расхождение гомологичных хромосом к полюсам деления при образовании дочерних клеток в ходе митоза и мейоза. 5. 1. Кроссинговер в первом делении мейоза. Согласно механизму кроссинговера сцепление генов с хромосомой регулярно нарушается в профазе первого деления мейоза в результате перемешивания между собой генов отцовского и материнского происхождения (их обмена). В ходе кроссинговера часть генов одной несестринской хроматиды материнской хромосомы обменивается на такую же часть генов другой несестринской хроматиды отцовской хромосомы и , в результате, каждая женская или мужская гаметы получает и те, и другие родительские гены (рис. 2). 15

Рис. 2. Схема кроссинговера в первом делении мейоза (по В. А. Шевченко и соавт. , 2004). Примечание: a – сестринские хроматиды гомологичных хромосом до начала мейоза; б – они же во время пахитены (видна их спирализация); в – они же во время диплотены (стрелки указывают на места кроссинговера); г – они же во время диакинеза (видны участки обмена). 16

Частота кроссинговера – это процент обменов (хиазм) между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом одной клетки. Она прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме. Единица расстояния – сантиморганида (См), она равна 1%. Подсчитано, что число хиазм на один мужской мейоз равно 39 – 64, а на один женский мейоз - до 100. По частоте кроссинговера и частоте сестринских хроматидных обменов (СХО) судят о мутагенном действии лекарств, канцерогенов, антибиотиков и других соединений. Кроссинговер может происходить не только в одной, но и двух, трех и большем количестве точек (двойной и тройной кроссинговер). 17

5. 2. Независимое расхождение гомологичных хромосом к полюсам деления при образовании дочерних клеток в ходе митоза и мейоза. Благодаря процессу репликации, предшествующему митозу соматической клетки, общее количество нуклеотидных последовательностей ДНК увеличивается вдвое. Поэтому в ходе митоза формирование одной пары гомологичных хромосом будет происходить из четырех хромосом: двух отцовских и двух материнских. При распределении этих четырех хромосом в две дочерние клетки каждая из клеток получит одну отцовскую и одну материнскую хромосомы (для каждой пары из 23 пар хромосомного набора), однако, какую именно из двух (первую или вторую? ) - не известно. Ответ может быть только один - это случайный характер распределения гомологичных хромосом. 18

Вместе с тем легко подсчитать, что за счет разных комбинаций 23 пар хромосом общее количество дочерних клеток составит 223 или 8 млн. (8 х 106) вариантов комбинаций хромосом и расположенных на них генов. Следовательно, при случайном характере распределения хромосом в дочерние клетки, каждая из них будет иметь свой уникальный кариотип и генотип (соответственно вариант комбинации хромосом и сцепленных с ними генов). Кроме того, следует отметить возможность патологического варианта распределения хромосом в дочерние клетки. Например, попадание в одну из двух дочерних клеток только одной (отцовской или материнской по происхождению) хромосомы ведет к моносомии (например, синдром Шерешевского. Тернера, кариотип 45, ХО), а попадание трех одинаковых хромосом приведет к трисомии – синдромы Дауна (47, ХY, +21), Патау (47, ХХ, +13) и Эдвардса (47, ХУ, +18). 19

Второй патологический вариант – это распределение в одну дочернюю клетку сразу двух отцовских или двух материнских по происхождению хромосом – это однородительская изодисомия по конкретной паре хромосом: синдромы Сильвера-Рассела (две материнские хромосомы 7), Беквитта. Видемана (две отцовские хромосомы 11), Ангельмана (две отцовские хромосомы 15), Прадера-Вилли (две материнские хромосомы 15) и др. В целом объем патологических нарушений распределения хромосом достигает 1% от всех хромосомных нарушений у человека. Эти нарушения имеют большое эволюционное значение, т. к. создают популяционное разнообразие (дифференцированность) кариотипов и генотипов. Причем каждый патологический вариант является уникальным продуктом эволюции. В случае мейоза также можно подсчитать, что после его первого (митотического) деления общее число возможных типов 20

комбинаций хромосом в дочерних клетках снова составит 223 или более 8 млн. генотипов. В результате второго (мейотического) деления образуются 4 дочерние клетки. При этом в каждую из них отойдут по одной либо материнской, либо отцовской хромосоме из всех 23 хромосом. Чтобы избежать возможных ошибок в наших математических расчетах, примем за допустимое условие, что в результате второго деления также образуется 8 млн. вариантов мужских гамет и 8 млн. вариантов женских гамет. Тогда на вопрос: Каков общий объем вариантов комбинаций хромосом и расположенных на них генов можно получить при встрече двух гамет? – мы получим умножение, или ответ: 246 или 64 х 1012, т. е. 64 триллиона комбинаций хромосом и расположенных на них генов. В этом колоссальном объеме заключен смысл гетерогенности и дифференцированности генотипов человека. 21

6. Мутационная изменчивость. Наряду с приведенными вариантами комбинативной изменчивости, огромный вклад в вариабельность генома вносят мутационная изменчивость и генетический полиморфизм – это их условное подразделение. Однако, если гетерогенность и дифференцированность генотипов – это постоянные характеристики вариабельности наследственного материала, то мутационная изменчивость – это, как правило, его патология. 6. 1. Общие вопросы теории мутаций. Мутация - это изменение структуры, количества и/или функции наследственного материала и продуцируемых им белков. Впервые понятие - мутация предложил Хуго де Фриз в работе «Мутационная теория» (1901), где перечислены свойства мутаций, которые: 22

• возникают внезапно; • передаются из поколения в поколение; • наследуются либо по доминантному типу (проявляются у гетерозигот и гомозигот), либо по рецессивному типу (проявляются только у гомозигот); • не имеют направленности: «мутирует» любой локус, вызывая как незначительные изменения, так и затрагивая жизненно важные функции; • одни и те же мутации могут возникнуть повторно; • по фенотипическому проявлению могут быть вредными (большинство мутаций), полезными (крайне редко) или безразличными; • возникают в соматических и половых клетках. 23

Мутагенез, или мутационный процесс – это непрерывно идущий процесс образования мутаций под действием факторов среды - мутагенов, повреждающих наследственный материал. Мутации могут появиться спонтанно без видимых внешних причин, но под влиянием внутренних условий в клетке и организме – это спонтанные мутации, или спонтанный мутагенез. Мутации могут быть вызваны искусственно действием внешних факторов физической, химической или биологической природы – это индуцированные мутации, или индуцированный мутагенез. Соответственно выделяют физический, химический и биологический мутагенез. Часто встречающиеся мутации называются мажорными. Например, мутации в генах миодистрофии Дюшенна-Бекера, муковисцидоза, серповидно-клеточной анемии, фенилкетонурии. 24

Вновь возникшие мутации называются мутациями de novo это каждая третья мутация у человека. Например, мутации при ахондроплазии, болезни Альцгеймера, нейрофиброматозе Реклингаузена I типа, хорее Гентингтона. Мутации от нормального состояния гена (признака) к патологическому состоянию называются прямыми. Мутации от патологического состояния гена (признака) к нормальному состоянию называются обратными, или реверсиями. Последующие мутации в гене, подавляющие первичный мутантный фенотип, называются супрессорными мутациями. Мутации в соматических клетках называются соматическими. Они формируют патологические клеточные клоны и в случае одновременного присутствия в организме нормальных и патологических клеток приводят к клеточному 25

мозаицизму. Пример - наследственная остеодистрофия Олбрайта, степень выраженности которой увеличивается с ростом количества патологических клеток. Соматические мутации могут быть семейными и спорадическими (несемейными). Они лежат в основе злокачественных опухолей и преждевременного старения. В последние годы была доказана передача из поколения в поколение генетически детерминированных форм рака (их не менее 10 -15%). Мутации в половых клетках называются герминативными. Они встречаются реже соматических мутаций и лежат в основе наследственных и врожденных болезней, передаваемых из поколения в поколение. Они также могут быть семейными и спорадическими. Доказано, что герминативные мутации могут наследоваться как предрасположенность к раку, например, при ретинобластоме, 26 нефробластоме и синдроме Ли-Фромени.

Наиболее изученной областью общего мутагенеза является радиационный мутагенез. Любые источники ионизирующей радиации пагубны для здоровья человека - это, как правило, мощные мутагенные и канцерогенные факторы. Ионизирующее излучение может индуцировать мутации, приводящие к наследственным, врожденным и онкологическим болезням, а ультрафиолетовое излучение может индуцировать ошибки репликации ДНК. Мутагенный эффект однократной дозы облучения гораздо выше, чем при хроническом облучении. Так, доза облучения в 10 рад удваивает частоту мутаций у человека. Большую опасность представляет химический мутагенез. В мире существует около 7 млн. таких соединений. В народном хозяйстве, на производстве и в быту постоянно применяются 50 -60 тыс. химических веществ и ежегодно внедряются в практику около одной тысячи новых соединений. Из них 10% соединений способны индуцировать мутации. В это число 27

входят гербициды и пестициды (доля мутагенов среди них достигает 50%), а также некоторые лекарственные препараты (гормоны, цитостатики, антибиотики). В свою очередь к биологическим мутагенам относятся: чужеродные ДНК, белки вакцин, сывороток и вирусы (ветряная оспа, простой герпес, коревая краснуха, полиомиелит, СПИД, энцефалит), соединения гистамина и его производных, неполноценное белковое питание (экзогенные факторы), стероидные гормоны (эндогенные факторы), протозойные инфекции (сифилис, лептоспироз). К факторам, усиливающим действие внешних мутагенов, относятся комутагены (токсины при гельминтозах). 6. 2. Классификация мутаций в зависимости от их фенотипического эффекта. Эту классификацию мутаций предложил в 1932 году Г. Меллер. В ее основу положено сравнение эффектов ультрафиолетового 28

облучения у плодовой мушки-дрозофилы на основе анализа ее фенотипов, связанных с действием аллелей дикого типа и мутантных аллелей. Автор выделил 5 классов мутаций: аморфные, антиморфные, гиперморфные, гипоморфные и неоморфные. Непреходящее значение этой классификации было подтверждено спустя 60 лет. э В 1992 году В. Маккьюсик разделил эффекты точковых мутаций на разные классы в зависимости от оказываемого ими действия на структуру белкового продукта гена и/или уровень его экспрессии – см. ниже. 6. 3. Классификация мутаций в зависимости от уровня организации наследственного материала. Это наиболее распространенная классификация мутаций. Она включает 3 класса: • точковые мутации хромосом, или нарушения структуры гена в разных его точках. Это изменения нуклеотидов одного 29

гена (как правило, замены оснований), ведущие к изменению количества и качества синтезируемых ими белков. Среди замен оснований: вставки, перемещения или выпадения, обусловленные мутациями в регуляторных областях генов (промотор, сайт полиаденилирования), а также в кодирующих и некодирующих областях генов (экзоны, интроны, сайты сплайсинга). Замены оснований ведут к появлению трех типов мутантных кодонов: миссенс-мутации, нейтральные мутации и нонсенсмутации. Точковые мутации наследуются как простые менделевские признаки. Они встречаются либо часто (1 : 200 – 1500 -2000 рождений) – примеры: первичный гемохроматоз, неполипозный рак толстой кишки, синдром Мартина-Белл и муковисцидоз. Либо точковые мутации встречаются крайне редко (1: 1500000) Пример - тяжелый комбинированный иммунодефицит (ТКИД) в результате недостаточности фермента - аденозиндезаминазы. 30 30

Иногда точковые мутации формируются не в результате действия мутагенов, а как ошибки репликации ДНК. Их частота не превышает 1: 105 – 1: 1010, т. к. на 99% они исправляются с помощью репарационных систем клетки; Несмотря на наличие общих закономерностей, структура и спектр мутационных повреждений каждого гена уникальны. Принципиально отметить, что точковые мутации каждого гена по своей локализации диаллельны и поэтому они встречаются в двух вариантах в зависимости от отцовского или материнского происхождения. Точковые мутации могут затронуть любое звено на всем пути прохождения информации от молекулы ДНК к молекуле белка; • структурные мутации (аберрации) хромосом. Они нарушают структуру хромосом и приводят к формированию новых групп сцепления генов. Это делеции, дупликации, инверсии, инсерции и транслокации. 31

Такие мутации характерны для соматических клеток (включая стволовые клетки). Их частота - 1 : 1700 клеточных делений. Примеры: синдром «кошачьего крика» (кариотип: 46, ХХ, 5 р-), синдром Вольфа-Хиршхорна (46, ХХ, 4 р-), транслокационная форма синдрома Дауна (кариотип: 47, ХY, t (14; 21). Другой пример – лейкемии. При них нарушается экспрессия генов в результате так называемого разделения (транслокация) между структурной частью гена и его промоторной областью. , что ведет к нарушению синтеза белка; • геномные (численные) мутации хромосом - это нарушения числа хромосом или их частей. Они ведут к появлению новых геномов или их частей путем добавления или утраты целых хромосом или их частей. Природа этих мутаций связана с нерасхождением хромосом в митозе или мейозе. В первом случае развиваются анеуплоиды, тетраплоиды с неразделенной цитоплазмой и полиплоиды с 6, 8, 10 и свыше пар хромосом. 32

Во втором случае происходит неразделение парных хромосом, участвующих в формировании гамет (моносомии, трисомии) или наблюдается оплодотворение одной яйцеклетки двумя сперматозоидами (диспермия, триплоидный зародыш). Примеры: синдромы Шерешевского - Тернера (45, ХО) и Клайнфельтера (47, ХХУ), а также регулярная трисомия при синдроме Дауна (47, ХХ, +21). Геномные мутации встречаются наиболее часто, особенно синдром Дауна, частота которого составляет 1: 550 -650 человек. 6. 4. Современная классификация точковых мутаций. В 1992 году В. Маккьюсик выделил точковые мутации, изменяющие последовательность аминокислот в белке и не затрагивающие экспрессию генов. Они отвечают за проявление 50 -60% всех случаев моногенных болезней, в симптоматике которых проявляется изменение аминокислотного состава белков. 33

Например, при метгемоглобинемии и серповидно-клеточной анемии точковые мутации не затрагивают экспрессию бетаглобинового гена. Остальные моногенные болезни (40 -50%) приходятся на долю точковых мутаций, затрагивающих экспрессию генов. Такие мутации ведут к изменению количества генного продукта и проявляются фенотипами, связанными с недостаточностью того или иного белка. Например, при гемолитической анемии речь идет о точковых мутациях в генах, локализованных на аутосомах (9 q 34. 3 – дефицит аденилаткиназы; 12 p 13. 1 – дефицит триозофосфатизомеразы; 21 q 22. 2 – дефицит фосфофруктокиназы). Согласно классификации В. Маккьюсика точковые мутации делятся на 2 типа. Первый тип - это мутации транскрипции. Среди них: 34

• мутации в области промотора. Примеры: мутации двух генов синдрома Мартина-Белл: гены Fra. XA и Fra. XE) и мутация фактора IX (положение 20 старта транскрипции) при гемофилии В; • мутации сплайсинга м. РНК в 5, -донорском и 3, - акцепторном сайтах интронов, а также мутации, приводящие к появлению новых сайтов сплайсинга (из-за неправильного вырезания интрона или экзона). Пример такой мутации - мутация при муковисцидозе (621 GT). Кроме того, к первому типу мутаций относятся: мутации полиаденилирования, мутации КЭП-сайта и мутации (делеции) энхансеров. Второй тип - это мутации трансляции. Среди них: • мутации кодона инициации транскрипции, или индикаторного кодона АУГ, а также мутации вблизи него; 35

• мутации в терминирующих кодонах (ТАА, ТАГ и ТГА), которые приводят к синтезу длинных белков; • мутации сдвига рамки считывания, или фреймшифтмутации. Они приводят к делеции или инсерции участка ДНК, размеры которого не кратны трем нуклеотидам. В результате такой мутации нарушается нормальный отсчет кодирующих триплетов, возникают преждевременные стоп-кодоны (ПСК) и наблюдается синтез неполноценных белков. Эти мутации встречаются при муковисцидозе (3905 ins. T) и лежат в основе ряда нервно-мышечных заболеваний. Например, протяженные делеции, охватывающие весь ген или значительную его область, обнаружены при Х-сцепленной рецессивной миодистрофии Дюшенна-Бекера и аутосомно-рецессивных спинальных мышечных атрофиях; • миссенс-мутации или замены одного аминокислотного остатка на другой в молекуле белка. Они ведут к новой структуре 36 белка, которая может стать нестабильной.

Например, миссенс - мутация в кодоне 553 гена FAC ведет к замене лейцина на пролин, что делает продуцируемый геном белок неспособным компенсировать функциональный дефект в клетках больных с анемией Фанкони; • нонсенс-мутации или замены, приводящие к замене значимого кодона на стоп-кодон и остановке синтеза белка или образованию укороченного белка. Эти мутации обладают значительным повреждающим действием из-за преждевременного окончания трансляции, они не способны к модификации, часто не защищены от действия протеолитических ферментов и быстро деградируют. Эти мутации обусловливают развитие примерно одной трети моногенных заболеваний. Примером служит нонсенс-мутация в третьем экзоне гена бетаглобина, которая не вызывает процесс NMD в связи с отсутствием ниже следующего экзон-экзонного соединения и ведет к синтезу укороченного бета-глобина (он не может нормально связываться с альфа-глобином), что обусловливает37

аутосомно-доминантную форму талассемии. • молчащая (нейтральная) мутация. Она не сопровождается фенотипически регистрируемым изменением признака и фенотипа. Например, не всякая замена аминокислоты отражается на функциональной активности белка, т. е. она может стать нейтральной мутацией; • регуляторная мутация. Нарушает экспрессию гена, затрагивая его регуляторные последовательности. 38