Литература - Другое (книга по генетике)

методов анализа на самых ранних стадиях развития плода

(см.7.5). Эти же подходы вполне приемлемы для диагностики до

появления каких-либо клинических или биохимических симптомов

болезни (досимптоматическая диагностика), что позволяет вы-

работать и начать рациональную тактику лечения (упреждающая

терапия), а также эффективно выявлять гетерозиготных носите-

лей в семьях высокого риска, что является важным фактором

профилактики наследственных болезней. Решающими преимущест-

вами молекулярной диагностики являются её универсальность,

возможность использовать для анализа любые ДН-содержащие

клетки или ткани, причем анализ может быть произведен на лю-

бых стадиях онтогенеза, начиная со стадии зиготы.

Принципиально различают прямую и непрямую ДНК-диагнос-

тику мононогенных наследственных болезней. В общем случае,

использование прямых методов диагностики возможно лишь для

клонированных генов с известной нуклеотидной последователь-

ностью полноразмерной кДНК, при этом необходимо предвари-

тельное генотипирование мутантных аллелей у родителей. В

случае прямой диагностики обьектом молекулярного анализа яв-

ляется сам ген, точнее мутации этого гена, идентификация ко-

торых и составляет основную задачу исследования. Такой под-

ход особенно эффективен при наличии точной информации о при-

роде, частоте и локализации наиболее распространенных (доми-

нирующих по частоте) мутаций соответствующих генов, а также

о наличии в них особенно легко мутирующих "горячих" точек. К

таковым относятся мутация delF508 и ряд других мутаций при

муковисцидозе, делеционные мутации при миодистрофии Дюшенна,

мутация R408W при фенилкетонурии, инверсионная мутация при

гемофилии А, протяженная делеция при адрено-генитальном

синдроме, экспансии триплетных повторов в случае "динамичес-

ких" мутаций при синдроме ломкой X-хромосомы и при ряде дру-

гих нейродегенеративных заболеваний (см. Главы IV и X). Ме-

тоды, используемые для направленного поиска этих мутаций,

подробно рассмотрены в Главе IV. В ряде случаев (муковисци-

доз, фенилкетонурия, серповидно-клеточная анемия) эти методы

удалось автоматизировать, что позволяет одноверменно тести-

ровать сразу несколько (до 30 и более) различных мутаций.

При этом появляется реальная возможность выявлять свыше

95-98% мутантных хромосом, что делает целесообразным и эко-

номически оправданным скринирование всей популяции отдельных

стран на выявление мутантных особей для последующей органи-

зации эффективных профилактических мероприятий, направленных

на предупреждение рождения больных детей. Подобные программы

по муковисцидозу уже успешно проводятся в ряде стран Запад-

ной Европы (Великобритания, Дания, Франция) и Северной Аме-

рики.

Главное преимущество прямого метода - это высокая, до-

ходящая до 100%, точность диагностики и отсутствие необходи-

мости анализа всей семьи на предмет её информативности

(см.ниже). Последнее обстоятельство особенно важно для про-

ведения пренатальной диагностики тяжелых, зачастую летальных

наследственных болезней (муковисцидоз, миодистрофия Дюшен-

на, гемофилия А и др). Такие семьи нередко обращаются за ме-

дико-генетической помощью уже после того как больной ребенок

умер. Так, по нашим наблюдениям до 80% семей с высоким рис-

ком муковисцидоза обращаются по поводу необходимости дородо-

вой диагностики уже после смерти больного ребенка (Baranov

et al., 1992).

Однако, существует огромное количество наследственных

болезней, для которых мутации не описаны либо не найдено ма-

жорных мутаций в исследуемых популяциях. И даже во всех тех

случаях, когда имеются мажорные мутации, наряду с ними, опи-

саны многочисленные редко встречающиеся (вплоть до единичных

случаев), так называемые минорные мутации. Кроме того, всег-

да сохраняется возможность присутствия у пробанда неизвест-

ных мутаций, а клонирование гена больного человека для целей

прямого секвенирования, даже ограниченного только смысловой

его частью - кДНК, далеко не всегда возможно в силу очевид-

ных финансовых и временных ограничений такого подхода. Эти

трудности успешно преодолеваются благодаря наличию непрямых

(косвенных) методов молекулярной диагностики.

Этот исторически более ранний подход основан на исполь-

зовании сцепленных с геном полиморфных маркеров, с помощью

которых проводится идентификации мутантных хромосом (точнее

хромосом, несущих мутантный ген) в семьях высокого риска, то

есть у родителей больного и его ближайших родственников. В

настоящее время косвенные методы молекулярной диагностики

принципиально возможны практически для всех моногенных забо-

леваний с известной локализацией контролирующего гена, для

каждого из которых уже разработана удобная система вне- и

внутригенных полиморфных индексных маркеров (см.Главу III).

Более того, косвенные методы молекулярной диагностики

пригодны даже для тех болезней, гены которых еще не иденти-

фицированы и мутации не известны. Единственным и непременным

условием этого является наличие полиморфных сайтов рестрик-

ции либо коротких тандемных повторов типа STR, находящихся в

непосредственной близости от мутантного гена или, что еще

лучше, внутри него (чаще всего в интронах). При помощи этих

полморфных сайтов удается маркировать мутантные аллели гена

и проследить их передачу потомству (см. Главу 111). Ранние

иследования непрямым методом проводились почти исключительно

с использованием полиморфных сайтов рестрикции - двухаллель-

ной системы, информативная емкость которой не превышает 50%,

а реальное число гетерозигот по данному признаку в популя-

ции, зачастую, оказывается существенно ниже 0.5. Следова-

тельно, в лучшем случае только половина гетерозиготных носи-

телей наследственного заболевания, вызванного рецессивной

мутацией какого-нибудь гена, может быть доступна непрямой

молекулярной диагностике с использованием одного полиморфно-

го сайта рестрикции. Повышение информативности в случае

ПДРФ-анализа могло быть достигнуто только путем увеличения

числа полиморфных сайтов. Как првило, для диагностики необ-

ходим не один, а 3-4 полиморфных сайта, что далеко не во

всех случаях возможно. Многие из полиморфных сайтов локали-

зованы вне генов на расстояниях, при которых кроссинговер

может в заметном проценте случаев исказить результаты диаг-

ностики. Кроме того, практическое использование рестрикцион-

ных сайтов зачастую затруднено из-за отсутствия или большой

стоимостью соответствующих эндонуклеазных рестриктаз.

Все эти недостатки могут быть устранены при использова-

нии в качестве молекулярных маркеров высокополиморфных тан-

демно повторяющихся коротких три- и тетрамерных повторов

(STR) (см. Главу III). Для многих генов найдены уникальные

паттерны полиморфных аллелей, отличающихся по числу "коро-

вых" едининц повторяющихся последовательностей нуклеотидов.

Такие "количественные" полиморфизмы , как уже упоминалось

(см.Главу III), очень широко распространены по всему геному

и присутствуют в интронных и фланкирующих областях многих

генов. Появление в конце 1994г 0.7-сантиморганной карты ге-

нома человека, построенной на базе высокополиморфных динук-

леотидных (C-A)n повторов, сделало реальным маркирование,

практически, любого картированного гена. Особенную диагнос-

тическую ценность представляют внутригенные маркеры, для ко-

торых резко снижена вероятность кроссинговера с мутантными

аллелями гена, а следовательно, особенно высока точность ди-

агностики. Кроме того, как оказалось, многие внутригенные

полиморфные короткие тандемные повторы обнаруживают сильное

неравновесие по сцеплению с определенными мутантными аллеля-

ми гена, что значительно облегчает их идентификацию в отяго-

щенных семьях. Индекс гетерозиготности таких полиаллельных

мини- и микросателитных систем нередко превышает 0.8. Их

применение позволяет маркировать, то есть сделать информа-

тивными (см. 7.4) для ДНК-диагностики практически все семьи

высокого риска при условии наличия больного ребенка или дос-

тупности для молекулярного анализа его патанатомического ма-

териала .

Изучение полиморфных маркеров у больного пробанда и его

родителей и выяснение аллельной природы молекулярного марке-

ра, так называемое "определение фазы сцепления" (см.раздел

7.4), составляет основу для дальнейшей диагностики косвенны-

ми методами (Евграфов, Макаров,1987). Применение косвенных

методов молекулярной диагностики предусматривает также в ка-

честве обязательного предварительного этапа исследование

частоты аллелей соответствующих полиморфных сайтов в анали-

зируемых популяциях, среди больных и гетерозиготных носите-

лей мутаций, а также определение вероятности рекомбинации и

неравновесности по сцеплению между маркерными сайтами и му-

тантными аллелями гена. Такие исследования проводятся с по-

мощью методов блот-гибридизации по Саузерну, либо ПЦР

(см.разделы 1.3.; 1.7; 2,5). В первом случае в распоряжении

исследователя должны быть соответствующие ДНК-зонды, во вто-

ром - должны быть известны нуклеотидные последовательности

районов ДНК, включающие соответствующие полиморфные сайты,

для выбора олигопраймеров (см. Главы II,1V).

Раздел 7.2. ДНК-диагностика при различных типах насле-

дования.

Напомним, что значительное число моногенных заболеваний

наследуется по рецессивному типу. Это значит, что при ауто-

сомной локализации соответствующего гена болеют только гомо-

зиготные носители мутаций. Гетерозиготы клинически здоровы,

но с равной вероятностью передают своим детям мутантный или

нормальный варианты гена. Таким образом, на протяжении дли-

тельного времени мутация в скрытом виде может передаваться

из поколения в поколение. При аутосомно-рецессивном типе

наследования в родословных тяжелых больных, которые либо не

доживают до репродуктивного возраста, либо имеют резко сни-

женные потенции к размножению, редко удается выявить больных

родственников, особенно, по восходящей линии. Исключение

составляют семьи с повышенным уровнем инбридинга, который

возникает либо за счет высокой частоты близкородственных

браков, либо за счет вступления в брак людей из одинаковых

изолированных популяций ограниченной численности. Больные

дети с вероятностью 25 % рождаются в тех семьях, где оба ро-

дителя являются гетерозиготными носителями мутаций одного и

того же гена. Возможно также рождение больного ребенка в та-

кой семье, где только один из супругов несет мутацию, а вто-

рая мутация возникла в гамете его партнера в момент, пред-

шествующий оплодотворению. Доля таких семей в общей группе

риска относительно невелика, а риск повторного рождения в

них больного ребенка не превышает общей частоты спонтанного

возникновения мутаций в данном гене. Для болезней, сцеплен-

ных с полом, то есть контролируемых генами, локализоваными в

Х-хромосоме, характерно то, что болеют преимущественно маль-

чики, тогда как носителями являются девочки.

Y-хромосома содержит очень мало генов, большинство из

которых (около 10) картировано в так называемой псевдоауто-

сомной области короткого плеча, гомологичной таковой на ко-

ротком плече X-хромосомы. Важнейшим истинным геном Y-хромо-

сомы, то есть геном, представленным только на этой хромосо-

ме, является ген SRY (Yp21.1), детерминирующий развитие пола

по мужскому типу. Мутации этого регуляторного гена приводят

к нарушениям половой дифференцировки (XY-женщины), а его пе-

ренос вследствие ошибок рекомбинации псевдоаутосомных райо-

нов на короткое плечо X-хромосомы обусловливает синдром ре-

версии пола- Sex reverse (XX-мужчины) (McElreavey et al.,

1993). Практически важно, что присутствие даже небольшого

околоцентромерного фрагмента длинного плеча Y-хромосомы при

кариотипе XX является безусловным показанием для удаления

зачатков гонад у таких индивидуумов в связи с высокой веро-

ятностью экспрессии гена Gba, ведущего к их злокачественному

перерождению - гонадобластоме (Giquel et al., 1992). В отли-

чие от Y-хромосомы, большая по размеру X-хромосома человека

несет до 5% всех структурных генов, многие из которых уже

идентифицированы (см. Главу III).

Все рецессивные аллели Х-хромосомы у мальчиков проявляют-

ся, так как находятся в гемизиготном состоянии. Девочки мо-

гут болеть в том случае, если они гомозиготны по мутации.

Такая возможность может осуществиться в семье, где болен их

отец, а мать является носительницей мутации и передала доче-

ри свой мутантный аллель. Если отец больной девочки здоров,

можно предполагать, что мутация возникла в той его гамете,

которая участвовала в оплодотворении. Х-сцепленные заболева-

ния у девочек (миодистрофия Дюшенна, гемофилия А) могут быть

следствием сочетанного проявления мутации этих генов у одно-

го из родителей и делеции соответствующих фрагментов хромо-

сом у другого. В этих редких случаях у девочек, как и у

мальчиков, мутации Х-сцепленных генов будут находиться в ге-

мизиготном состоянии

При доминантном наследовании для развития болезни дос-

таточно одного мутантного аллеля. Такие больные с вероят-

ностью 50% рождаются в семьях, где один из родителей болен.

Очень редко больные дети с доминантным типом наследования

могут родиться и у здоровых родителей в результате мутирова-

ния одной из гамет. Однако, вероятность повторного рождения

больного ребенка в такой семье такая же, как и для популяции

в целом. Пренатальная диагностика доминантных болезней про-

водится достаточно редко по ряду причин. Во-первых, такие

болезни составляют относительно небольшой процент среди всех

моногенных заболеваний. Во-вторых, тяжелые болезни, сопро-

вождающиеся летальным исходом в раннем возрасте или приводя-

щие к бесплодию, не передаются по наследству, а появляются

каждый раз заново вследствие мутации при созревании гамет.

Необходимость же предотвращения рождения больных, которые не

только доживают до репродуктивного возраста, но и способны

оставить потомство, является вопросом дискуссионным. Прове-

дение пренатальной диагностики таких заболеваний принимается

с учетом многих конкретных обстоятельств. Актуальность этой

проблемы стала особенно очевидной в последние годы, когда

была открыта многочисленная группа доминантных нейродегене-

ративных заболеваний (см. Главу IV), которые проявляются

сравнительно поздно, нередко уже в репродуктивном возрасте,

тяжело протекают и, по-сути, не имеют сколько-нибудь реаль-

ной терапии. Для таких заболеваний первостепенное значение

приобретают методы досимптоматической диагностики с исполь-

зованием методов ДНК-анализа (см.Главу X).

Значительно больше распространены моногенные болезни с

частичным доминированием и неполной пенетрантностью. Для по-

добных заболеваний риск рождения больного ребенка в отяго-

щенной семье зависит от конкретных значений этих параметров,

которые, в свою очередь, определяются молекулярными механиз-

мами, лежащими в основе формирования такого рода отклонений

от Менделевского типа наследования.

Разработка молекулярных методов диагностики болезней,

вызванных мутациями в митохондриальных генах, как показывают

исследования последних лет (McKusick, 1994), приобретает

особое значение. Как правило, в основе различных митохондри-

альных болезней лежат нарушения в системе окислительного

фосфорилирования. Поскольку некоторые ткани обладают повы-

шенной чувствительностью к подобным нарушениям, сходная кли-

ническая картина заболеваний может наблюдаться вследствие

мутаций разных митохондриальных генов. Наследование таких

болезней значительно отличается от Менделевского типа, в

превую очередь, из-за материнского характера наследований

митохондрий, наличия в зиготе и соответственно во всех клет-

ках организма большого числа копий митохондриальных хромо-

сом, из-за особенностей сегрегации этих хромосом при делении

клеток и, наконец, из-за тех количественных и качественных

изменений в митохондриальной ДНК, которые соровождают про-

цессы онтогенетической дифференцировки клеток и старения ор-

ганизма.

Для всех "митохондриальных болезней" характерен мате-

ринский тип наследования и присутствие мутантных аллелей

только в части хромосом (так называемая гетероплазмия), доля

которых может варьировать в разных тканях. Как правило, су-

ществует определенное пороговое значение доли мутантных хро-

мосом, превышение которого ведет к появлению и прогрессиро-

ванию заболевания. Сокращение числа митохондрий, происходя-

щее в норме при старении, может способствовать увеличению

доли мутантных хромосом в определнных тканях и тем самым

быть причиной болезни. Неслучайно поэтому, что для многих

"митохондриальных болезней", характерно позднее начало. В

силу функциональных особенностей митохондриальных генов час-

то наблюдается кумулятивный эффект двух и более мутаций, ло-

кализованных в разных генах. Важным представляется также то

обстоятельство, что в митохондриальных генах OXPHOS-комплек-

са частота возникновения мутаций выше, чем в ядерных генах,

кодирующих субьединицы окислительного фосфорилирования

(McKusick, 1994).

Раздел 7.3. Группы риска, поиск гетерозиготных носите-

лей мутаций.

Как следует из вышеизложенного, точная диагностика в

сочетании с детальным анализом типа наследования того или

иного заболевания имеет определяющее значение для формирова-

ния групп риска, то есть отбора семей, в которых вероятность

рождения больных детей повышена. Прежде всего, это те семьи,

где уже есть или был ребенок, страдающий каким-либо моноген-

ным наследственным заболеванием. Для аутосомно-рецессивных

болезней с большой долей вероятности можно считать, что оба

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35