Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
Профессионального образования
«Южно-Уральский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
(ГБОУ ВПО ЮУГМУ Минздрава России)
Кафедра Патологической физиологии
РЕФЕРАТ
Тема: Патогенез наследственных форм патологии
Выполнил: Корыстин Владимир Александрович
Группа № 348
Проверила: к.м.н., доцент Воргова Лариса Викторовна
Челябинск
1. Введение………………………………………………………………..…...3
2. Этиология наследственных патологий……………………………...……4
3. Патогенез наследственных патологий……………………………...…….9
4. Заключение……………………………………………………………..…14
5. Список литературы……………………………………………………….15
Введение
Наследственные болезни являются «гаметическими» и вызваны генными, хромосомными и геномными мутациями в половых клетках родителей. Мутированные гаметические гены родителей передаются потомству, образуя мутантные организмы.В популяции поддерживается достаточно стабильный уровень наследственных аномалий, который впрочем, может повышаться. Особенно этому способствуют «мутационное давление», обусловленное загрязнением среды обитания сильными мутагенами инбридинг (близкородственные браки), увеличивающий вероятность возникновения гомозигот с патологическим рецессивным геном.
Отдельные гены, хромосомы и геном в целом постоянно претерпевают разнообразные изменения. Хотя существуют механизмы репарации (восстановления) ДНК, часть повреждений и ошибок сохраняется. Изменения в последовательности и числе нуклеотидов в ДНК обозначают как мутации. Мутации - инициальное звено патогенеза наследственных заболеваний.
В широком смысле термином «мутация» обозначают любые изменения генетического материала (пара нуклеотидов, ген, аллели, хромосомы, ядерный и митохондриальный геном). В узком значении термин «мутация» соотносят с изменениями на уровне гена, то есть генные мутации. Мутагены - причины мутаций - факторы химической, физической или биологической природы. Мутагенез (мутационный процесс) - изменения, приводящие к возникновению мутаций. Различают генные, хромосомные и геномные мутации.
Мутации обнаруживают как в соматических клетках (фенотипически проявляются только в мутировавшей клетке или её потомстве), так и в половых клетках. Последние потенциально могут быть переданы по наследству и проявляться в фенотипе потомства, в том числе и в виде наследственных заболеваний.
Этиология наследственных патологий
Причинами возникновения наследственных болезней и аномалий развития являются факторы, способные изменить качественную или количественную характеристику генотипа (структуру отдельных генов, хромосом, их число), то есть вызвать мутации. Такого рода факторы называют мутагенами.
Мутагены классифицируют на экзогенные и эндогенные. Экзогенные мутагены могут быть химической, физической и биологической природы. К химическим экзогенным мутагенам относятся многие вещества промышленного производства (бензпирен, альдегиды, кетоны, эпоксид, бензол, асбест, фенол, формалин, ксилол и др.), пестициды.
Выраженной мутагенной активностью обладает алкоголь. В клетках крови алкоголиков число дефектов в генетическом аппарате встречаются в 12-16 раз чаще, чем у непьющих или мало пьющих людей. Намного чаще в семьях алкоголиков рождаются дети с синдромами Дауна, Клайнфельтера, Патау, Эдвардса и другими хромосомными болезнями.
Мутагенные свойства присущи и некоторым лекарственным препаратам (цитостатикам, акрихину, клофелину, соединениям ртути и др.), веществам, применяемым с пищей (сильный мутаген гидразин содержится в больших количествах в съедобных грибах, эстрагон и пиперин в черном перце; множество веществ, обладающих генотоксическими свойствами, образуется при кулинарной обработке жира и т.д.). Значительный генетический риск возникает при длительном употреблении человеком молока и мяса животных, в кормах которых преобладают травы, содержащие много мутагенов (например, люпин).
Группу экзогенных физических мутагенов составляют все виды ионизирующей радиации (α-, β-, γ-, рентгеновские лучи), ультрафиолетовое излучение. Продуцентами биологических экзогенных мутагенов являются вирусы кори, краснухи, гепатита.
Эндогенные мутагены также могут быть химической (Н2О2, перекиси липидов, свободные радикалы) и физической (К40, С14, родон) природы.
Различают также истинные и косвенные мутагены. К числу последних относятся соединения, которые сами в обычном состоянии не оказывают повреждающего действия на генетический аппарат, однако, попав в организм, в процессе метаболизма приобретают мутагенные свойства. Например, некоторые широко распространенные азотсодержащие вещества, (нитраты азотистых удобрений), преобразуются в организме в весьма активные мутагены и канцерогены (нитриты).
Роль дополнительных условий в этиологии наследственных заболеваний в одних случаях весьма существенна (если развитие наследственной болезни, клиническое ее проявление сопряжено с действием определенных «проявляющих» факторов среды), в других менее значима, ограничивается лишь влиянием на экспрессивность болезни, не связанной с действием каких-либо специфических факторов среды.
Мутации бывают трех видов: генные, хромосомные, геномные.
Генные мутации (точечные мутации). Причиной генных мутаций является изменение последовательности нуклеотидов в ДНК, например, добавки, нехватки или перестановки нуклеотидов. Чаще мутирует рецессивный ген, т.к. он неустойчив к неблагоприятным условиям. Такие мутации не проявляются в первом поколении, а накапливаются в генофонде, образуя резерв наследственной изменчивости. Генные мутации подвергаются репарации, т.е. удалению мутации гена и восстановлению поврежденной ДНК. Такие мутации самые частые и изменяют фенотип незначительно.
Хромосомные мутации. Причиной хромосомных мутаций является нарушение структуры хромосомы под действием мутагенных факторов. Различают:
1. нехватки:
1.1. концов хромосом
1.2. середины хромосом (делеции)
2. удвоение (добавки) участков хромосом - дупликации
3. повороты участка хромосомы на 180о - инверсии
4. перемещение участка внутри хромосомы - транспозиции
5. обмен участками между двумя разными хромосомами - транслокации
Такие мутации сильно изменяют фенотип, т.к. изменяется много генов, не накапливаются в генофонде, т.к. у них очень высокая летальность. Хромосомные мутации могут так же быть материалом для естественного отбора и селекции.
Геномные мутации. Причиной геномных мутаций является изменение числа хромосом в клетке. Они вызывают очень сильные изменения в фенотипе, всегда проявляются в первом поколении.
Различают три вида геномных мутаций: полиплоидия, гетероплоидия, гаплоидия.
Полиплоидия - это увеличение числа хромосом в геноме клетки, кратное гаплоидному набору хромосом, например, 3n, 4n, 5n,…,120n. Причиной таких мутаций является разрушение веретена-деления в мейозе гаметогенеза, приводящая к образованию полиплоидных гамет и слиянию их в разных сочетаниях. Есть два вида полиплоидии:
1) четная (4n, 6n, 8n…)
2) нечетная (3n, 7n, 9n…) - не образуют гамет, не размножаются, нет в природе.
Полисомия по половым хромосомам.
Трисомия - Х (синдром Трепло Х) кариотип(47, ХХХ)- известны только у женщин, частота синдрома 1: 700 (0,1%).Нерезкие отклонения в физическом развитии, нарушение функций яичников, преждевременный климакс, снижение интеллекта (у части больных признаки могут не проявляться).
Тетрасомия (48, ХХХХ) - приводит к умственной недостаточности в разной степени.
Пентасомия (49, ХХХХХ) - всегда сопровождается тяжелыми поражениями организма и сознания.
Моносомия - Х (синдром Шершевского-Тернера) кариотип 45, ХО - единственная Моносомия, совместимая с жизнью человека (45, YО-летальны), частота 1:4000, наблюдается только у особей женского пола.
Синдром Клайнфельтера - встречается только у мужчин в двух формах: Полисомия по Х-хромосоме и Полисомия по Y-хромосоме. Больные с кариотипом 47, ХХY-мужчины с женоподобного сложения (развита грудь, женский голос, длинные ноги, евнуховидный тип сложения), недоразвиты семенники, бесплодны, психически нормальны, но болтливы. Больные с кариотипом 47, ХYY-нормальные мужчины, высокие, умственно и психически здоровы, однако асоциальные, склонные к агрессии и неадекватному поведению. Синдром Клайнфельтера страдают только женщины.
Моносомии по всей Х-хромосоме или какой-то её составной части, которая лежит в основе полового недоразвития у женщин. Суммарная частота Х-моносомии составляет 0,7:1000 новорождённых девочек.
Гетероплоидия - это изменение числа отдельных хромосом в геноме клетки, не кратное гаплоидному набору хромосом. Причина - разрушение отдельных нитей веретена-деления, образование гетероплоидных гамет и слияния их в разных сочетаниях. Трисомия-21 (болезнь Дауна) - причина патологии-трисомия по 21 хромосоме.
Трисомия-12 (синдром Патау) кариотип 17(+13). Частота 1:14 500. Признаки: глухота, аномалии сердца и почек, полидактия и сращение пальцев, умственная отсталость, отсутствие глаз, расщепление неба. Продолжительность жизни таких детей не более года.
Трисомия-18 (синдром Эдвардса) причина патологии-трисомия по 18 хромосоме. Частота 1:4500 - множественные пороки многих органов, умственная отсталость, недоразвитие нижней челюсти, аномалии черепа, кистей, ушей. Смерть наступает до 2-3 месяцев.
Трисомии описаны еще для 8, 9, 14, 22 аутосом (единичные случаи, все они летальны еще при внутриутробном развитии); описаны так же случаи аутосомные тетрасомий и пентасомий, но они тоже летальны.
Гаплоидия - это уменьшение числа хромосом в геноме клетки в 2 раза. Осуществляется при партеногенезе (образование организма из яйцеклетки без оплодотворения ее сперматозоидом). Люди с такой мутацией бесплодны.
Частота мутаций. Самые частые мутации - это генные. Один ген мутирует раз в 40 тысяч лет, но генов миллионы, поэтому 5-10% генов - мутантны.
Факторы, вызывающие геномные и хромосомные заболевания. Решающим фактором в проявлении хромосомного заболевания является возникновение в гаметах или зиготе на первых этапах её дробления хромосомного нарушения.
Фактором, провоцирующим хромосомное нарушение может быть мутагенный фактор физической, химической или биологической природы, действующей в окружающей среде. Иногда мутагенами могут выступать и факторы эндогенного происхождения. Это подтверждают наблюдения за повышенной частотой хромосомных аберраций в организмах при нарушении обмена витамина В12 при некоторых аутоиммунных состояниях. Однако в каждом конкретном случае заболевания выделить мутогенный фактор практически не удаётся и поэтому вернее всего предположить, что такие геномные или хромосомные мутации спонтанны, а не индуцированы.
Возникновение хромосомных болезней зависит от возраста, физического здоровья родителей и других факторов. Учёт этих факторов важен для правильного прогнозирования здоровья потомства. Риск иметь ребёнка с трисомией 13, 18 или 21 для женщин в возрасте 40 лет и старше в несколько раз выше, чем у женщин в возрасте 23-25 лет. Механизм такого влияния возраста не выяснен. Влияние возраста матери может быть и обратным: Х-хромосомия чаще встречается у молодых матерей. На примере болезни Дауна обоснована разная роль женского и мужского организмов в рождении детей с трисомией 21: не расхождение хромосомы 21 в мейозе у женщин встречается в 3 раза чаще, а в первом мейотическом делении в 5 раз чаще, чем у мужчин. Если судить по частоте передачи хромосомно несбалансированных гамет от носителей сбалансированных перестроек, между мужчинами и женщинами также имеется существенная разница. Ещё одним внутренним фактором, влияющим на возникновение хромосомного заболевания, является наследственное предрасположение (семейное предрасположение).
В семьях, имевших ребёнка хромосомной болезнью при кариотипически нормальных родителях, повторный риск рождения ребёнка с хромосомной патологией хоть и незначителен, но повышен. Известно много подобных случаев, но основные причины остаются до сих пор неясными. Поскольку из экспериментальной цитогенетики известно, что стадии мейоза, включая расхождения хромосом, находятся под генетическим контролем, можно предполагать, что предрасположение к повторному возникновению гамет с численным дисбалансом хромосомного набора также является генетическим.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-08
Доминантные мутации. Наследственная патология
Явление отбора имеет место и среди соматических клеток. Мутировавшие соматические клетки, в том числе раковые, устраняются с помощью механизмов иммунного надзора, поэтому применение иммунодепрессантов иногда способствует образованию опухолей.
В старческом возрасте (иммунодефицит) возникает понижение устойчивости организма к мутагенным воздействиям, что обусловливает появление мутаций, способствующих развитию опухолей.
Консерватизм наследственности индивида поддерживается не только механизмами стабилизирующего отбора, но и антимутационными механизмами. Антимутационные механизмы защищают генетический аппарат клетки; на уровне генов действуют обратные мутации, восстанавливающие считывание мутировавших участков, мутировавшиеся участки устраняются с помощью особых ферментов, восстанавливающих исходное состояние по комплементарной нити ДНК, и др.
На клеточном уровне функционируют анти-перекисные и антирадикальные механизмы (каталаза, пероксидаза, система глутатиона, супероксиддисмугаза).
Экспериментально показано, что блокирование каталазы цианистым калием увеличивает частоту мутаций. В организме происходит разрушение мутагенных продуктов, попадающих в него, неспецифическими оксидазами печени; гидроксилируются и окисляются пестициды, алкилирующие соединения и др..
Наследственная патология - это расстройства жизнедеятельности организма, возникающие в результате нарушений генотипа (наследственной информации) и, как правило, передающиеся по наследству. В основе данной патологии лежат генеративные мутации; так как мутации могут приводить к внутриутробной гибели плода (летальные мутации), смерти индивида до полового созревания (сублетальные мутации) или бесплодию (гипогенитальные мутации), не все патологические гены, имеющиеся в генотипе индивида, могут быть переданы в последующие поколения.
Наследственная патология у индивида проявляется в форме наследственных заболеваний и предрасположенности к тем или другим болезням. Поскольку наследственная патология обычно проявляется в относительно ранний период после рождения, с практической точки зрения крайне важно различать наследственную и врожденную патологию.
Наследственная патология как часть общей патологии изучает наиболее существенные закономерности, которые лежат в основе наследственных болезней и их групп. При изучении наследственных болезней общая патология базируется и на данных биологии, генетики и клинической генетики, рассматривая роль наследственных факторов в возникновении, развитии и исходе болезней человека, т. е. в нозологии.
Причины наследственной патологии. Условия возникновения наследственной патологии
Наследственная патология возникает под влиянием мутагенных воздействий (мутагенов), т.е. таких экзогенных и эндогенных факторов, которые вызывают изменения генотипа. Выделяют спонтанные и индуцированные мутации. Спонтанные мутации возникают под влиянием обычных, фоновых, воздействий, а индуцированные мутации появляются при действии патогенных агентов. По своей природе мутагены могут быть физическими, химическими и биологическими.
Физическими мутагенами являются коротковолновые излучения (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи), продукты радиоактивного распада. Наиболее активными химическими мутагенами являются алкилирующие соединения (иприт, формальдегид, противоопухолевые цитостатики), вызывающие "сшивание" нитей ДНК и нерасхождение хромосом при клеточном делении.
Мутагенами являются свободные радикалы, образующиеся под влиянием ионизирующего излучения, ультрафиолета и других воздействий, метаболиты-аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, включающиеся в структуру ДНК или РНК вместо обычных компонентов, например бромурацил и др. Мутагенными свойствами обладают и многие другие химические соединения, такие как нитрозосоединения, полициклические аминоуглероды, яды митотического веретена клетки (типа колхамина), соли тяжелых металлов.
Свойствами биологических мутагенов обладают ДНК- и РНК-содержащие вирусы, которые являются переносчиками онкогенов. При трансфекции онкогенов в соматические клетки возникает их опухолевая трансформация.
Не всякая мутация проявляется в фенотипе; это связано с тремя главными обстоятельствами. Во-первых, большинство мутаций приводят к появлению рецессивного патологического аллеля, который подавляется соответствующим доминантным аллельным геном; во-вторых, существует репа-ративная система, обнаруживающая аномальные гены, устраняющая их из ДНК и восстанавливающая структуру на основе второй ее спирали; в-третьих, имеются обратные мутации, возвращающие мутированные гены в нормальное состояние. Нарушение работы этих механизмов ингибирования и восстановления свойств генов становится важным условием возникновения наследственной патологии.
Среди патогенных условий, способствующих возникновению наследственных болезней, наиболее важное значение имеют следующие. Прежде всего это браки между близкими родственниками; в связи с тем что такие браки значительно увеличивают вероятность появления гомозиготных пар патологических рецессивных аллельных генов, частота рецессивных аутосомных болезней возрастает в несколько десятков раз. Большое значение в возникновении наследственной патологии, связанной с нарушением расхождения хромосом при мейозе (хромосомная патология), имеет возраст родителей. У матерей в возрасте после 35-40 лет частота спонтанных выкидышей и хромосомных болезней детей возрастает.
Определенное значение в увеличении частоты мутаций и их проявлений в дочерних соматических клетках имеет ослабление механизмов антимутационной защиты. Указанные патогенные условия определяют важные пути профилактики наследственных и опухолевых заболеваний.
Механизмы возникновения наследственной патологии. Генные и хромосомные изменения
По характеру и распространенности изменения генетического материала выделяют три формы мутационных изменений - генные (точечные), хромосомные и геномные.
Генные изменения характеризуются трансформацией структуры гена, т.е. молекулярной организации участка ДНК, включающего азотистые основания. Это может быть, например, замена одного основания на другое или изменение их последовательности. Генные мутации могут возникать также вследствие нарастания числа триплетных повторов нуклеотидов до предела, свыше того уровня, который протекает без изменения фенотипа.
Такая экспансия определенных триплетов приводит к нарушению работы генов ("динамические" мутации). Определение подобных молекулярных изменений генов связано с применением специальных методов исследования ДНК (метод молекулярной гибридизации) или же анализом проявлений в форме определения белковых (ферментных, рецепторных) трансформаций.
Наследственные заболевания, связанные с генными мутациями, весьма распространены: например, существует большая группа ферментопатий, обычно наследуемых как аутосомный рецессивный признак.
Хромосомные изменения характеризуются трансформацией структуры хромосом, что нередко обнаруживается при раздельном их морфологическом анализе. Хромосомные аберрации (от лат. aberatio - отклонение) проявляются делецией (отрыв участка хромосомы), инверсией (поворот участка хромосомы), транслокацией (перемещением участка в другое место той же или другой хромосомы), фрагментацией хромосомы и другими явлениями.
Геномные изменения характеризуются отклонением от нормы числа хромосом, что проявляется уменьшением или увеличением их количества. Хромосомные и геномные мутации лежат в основе большой группы наследственных заболеваний, получивших название "хромосомные болезни".
В соответствии с закономерностями передачи информации в клетке (ДНК- РНК - белок) появление мутированного гена может приводить к снижению (утрате) синтеза белка, появлению патологического белка, неспособного выполнять ту или иную функцию, или дерепрессии гена и появлению эмбрионального белка.
Так, при афибриногенемии (аутосомное рецессивное наследование) утрачивается способность гепатоцитов синтезировать фибриноген, а при гемофилии А (рецессивное, сцепленное с полом наследование) - полноценного антигемофильного глобулина (фактор VIII свертывания крови). При серповидно-клеточной анемии (S-гемоглобиноз) в 6-й позиции глобина глутаминовая кислота заменяется на валин, что влечет за собой изменение свойств гемоглобина и эритроцитов (аутосомное рецессивное наследование). В случае талассемии (доминантное или рецессивное аутосомное наследование) образуются эмбриональные гемоглобин и эритроциты; последние приобретают мишеневидную форму и быстро гемолизируются.
Мутированный ген. Доминантные формы патологии
Мутированный ген может находиться в аутосомах или в половых хромосомах, в связи с чем выделяют аутосомную патологию и патологию, сцепленную с половыми хромосомами (или сцепленную с полом). Каждая из них отличается своими особенностями наследования признаков.
По активности гена, т. е. его способности реализоваться в фенотипе, выделяют доминантные и рецессивные мутации. Доминантным является аллельный ген, который проявляется в фенотипе у гомозиготных и гетерозиготных особей по данному признаку, а рецессивным- ген, который проявляется в фенотипе только у гомозиготных. Однако аллели могут проявлять не только крайние свойства. Существуют мутации, приводящие к появлению аллельных генов с полудоминантными и кодоминант-ными свойствами. Полудоминантные аллели проявляются и в гомозиготе, и в гетерозиготе, но экспрессивность признака, его выраженность - наибольшая в гомозиготе. Кодоминантные аллели у гетерозиготных особей определяют появление признаков обоих свойств.
С практической точки зрения важное значение имеет разделение наследственной патологии на три основные группы. К первой группе относятся моногенные заболевания, которые наследуются как аутосомно-доминантные или аутосомно-рецессивные признаки, а также как признаки, сцепленные с половыми хромосомами. Вторую группу составляют хромосомные болезни, определяющиеся нарушением структуры или числа хромосом. К третьей группе относятся полигенные заболевания или болезни с наследственной предрасположенностью.
Моногенные аутосомные заболевания следуют законам (правилам) Менделя. В соответствии с законом единообразия потомков первого поколения, у гомозиготных родителей, один из которых имеет доминантный ген, все потомки одинаковы по доминирующему признаку и похожи на родителя, имеющего этот ген (первый закон Менделя: АА х аа = Аа, где А - доминантный ген). В соответствии с законом расщепления признаков, у гетерозиготных родителей в следующем поколении признаки расщепляются в соотношении 3:1 (второй закон Менделя: Аа х Аа = 1АА + 2Аа + 1аа, где а - рецессивный признак). Хотя законы Менделя имеют определенные ограничения (необходимость учета явления пенетрантности генов, эпистаза и др.), они отражают реальные процессы и служат целям прогнозирования появления в потомстве моногенных аутосомных заболеваний.
При доминантно-аутосомном наследовании, если у одного из больных родителей имеется доминантный ген, вероятность появления больных детей вне зависимости от пола составляет 50 % (Аа х аа = 2Аа + 2аа). Этот тип наследования лежит в основе ряда заболеваний, сопровождающихся нарушением синтеза структурных белков и белков, несущих специфические функции, например гемоглобина. К таким заболеваниям относятся хорея Гентингтона, при которой возникает поражение подкорковых ядер с развитием гиперкинезов, расстройств психики, деменции; нейрофиброматоз, для которого характерны множественные невриномы по ходу периферических нервов с расстройствами чувствительности и движений; метгемоглобиноз, при котором образуется окисленная форма гемоглобина и возникает гемическая гипоксия; множественные дефекты скелета и внутренних органов.
Дефекты развития скелета - ахондроплазия, синфалангия (сращения фаланг пальцев), полидактилия (многопалость), а также некоторые болезни глаз - глаукома (повышение внутриглазного давления), астигматизм (искривление светопроводящих структур хрусталика глаза) передаются по аутосомно-доминантному типу.
Ахондроплазия характеризуется недоразвитием хрящевой части скелета, обусловленным наследственной ферментопатией. При этом наблюдаются низкий рост, искривление нижних конечностей, деформация лица и др. Заболевание весьма редкое, и большая часть случаев возникает вследствие мутаций половых клеток здоровых родителей. Еще одним примером аутосомно-доминантной патологии может быть синдром Холта - Орама (синдром сердца и руки I), проявляющийся незаращением межпредсердной и/или межжелудочковой перегородки и разного вида дефектами развития костей руки и кисти.
Аутосомно-рецессивная форма патологии. Сцепленные с полом формы патологии
При аутосомно-рецессивном наследовании мутированный ген проявляется фенотипическими признаками только в гомозиготе; у гетерозиготных родителей такой ген не проявляется, но они становятся носителями мутированного гена. В подобном случае у ближайших потомков вероятность появления патологического признака (болезни) составляет 25 % (второй закон Менделя) вне зависимости от их пола. Частота аутосомно-рецессивных заболеваний особенно высока среди жителей-изолянтов, где существуют браки между близкими родственниками.
Аутосомно-рецессивные болезни являются наиболее распространенными среди всей наследственной патологии и включают большую группу ферментопатий, приводящих к болезням обмена веществ, крови, в том числе гемостаза, иммунной системы, почек (тубулопатии) и др. Широко распространены наследственные дефекты аминокислотного обмена. Во многих странах проводят массовое обследование новорожденных на предмет выявления в моче оксифенилуксусной кислоты, являющейся продуктом нарушенного обмена аминокислоты фенилаланина, вызванного дефектом одного фермента - фенилаланингидроксилазы. При этом возникает блок превращения фенилаланина в тирозин; концентрация фенилаланина в тканях повышается.
В результате нарушается работа нервных клеток с развитием у ребенка умственной отсталости - "фенилпировиноградного слабоумия". При мутационном дефекте фермента тирозиназы нарушается синтез пигмента меланина из аминокислоты тирозина - возникает альбинизм, проявляющийся в обесцвечивании кожи, волос, радужки глаза. К наследственным ферментопатиям относятся также болезни обмена веществ, называемые болезнями накопления: гликогенозы и липидозы.
Данные заболевания имеют особенности наследования признаков патологии в связи с тем, что мутированный ген обычно находится в Х-хромосоме и является чаще всего рецессивным, т.е. проявляется в фенотипе только в гомозиготном состоянии. Таким образом, женщина (XX) может быть либо гомозиготной, т.е. больной, либо гетерозиготной, т.е. носителем мутированного гена.
Напротив, мужчина (XY) при наличии патологического гена в Х-хромосоме будет больным, так как он гемизиготен (нет аллеля гена из-за отсутствия второй Х-хромосомы). Часты ситуации, когда женщина является носителем (Х"Х), а мужчина здоров (XY); в браке вероятность рождения больного мальчика составляет 50 %, но все девочки должны быть здоровы, хотя половина из них является носителем мутированного гена (ХnХ х XY = ХnХ + ХnY + XY).
Характерным для данной формы патологии является то, что носителями мутированного гена обычно являются женщины, а страдают соответствующими заболеваниями мужчины.
Формы сцепленной с полом патологии. Хромосомные формы патологии
Доминантные формы патологии, сцепленные с Х-хромосомой, очень редки, хотя принципиально существуют, например фосфат-диабет. В этом случае ген проявляется в фенотипе при любом сочетании половых хромосом (XX, XY, X0, XXY и др.), и у отца, больного данным заболеванием, все мальчики будут здоровыми, а девочки - больными. Наличие патологии, сцепленной с Y-хромосомой, - также крайне редкое явление.
Наследственные заболевания, сцепленные с Х-хромосомой, имеют широкое распространение; таким образом наследуется цветовая слепота (дальтонизм), гемофилии А и В (дефицит VIII и ЕХ факторов свертывания крови), некоторые формы агаммаглобулинемий, мышечная дистрофия Дюшенна, некоторые формы подагры (синдром Леша - Найхмана), гаргоилизм (от франц. gargoilla - человек с отталкивающим лицом) и др. При гаргоилизме (форма болезней Гунтера) обнаруживаются макроцефалия, горб, карликовый рост, глухота и умственная отсталость.
Существуют заболевания, не сцепленные с полом, но зависимые от пола. Зависимые от пола признаки кодируются генами, локализованными в ауто-сомах, однако их проявление связано с полом. Так, например, ген, определяющий признак плешивости, является доминантным только у особей мужского пола, в то время как в женском организме для облысения необходима гомозиготность по этой доминантной аллели, в связи с тем что женские половые гормоны (эстрогены) препятствуют проявлению этого гена, а мужской половой гормон (тестостерон) способствует его проявлению.
Хромосомные формы патологии
Хромосомные болезни возникают вследствие нарушения структуры или числа хромосом и имеют особенности возникновения, механизмов развития и проявлений. Хромосомные болезни обычно возникают у детей здоровых родителей и не передаются по наследству. Они развиваются в результате хромосомных мутаций половых клеток и нарушения их мейоза, т.е. редукционного деления хромосом при образовании гамет (зрелых половых клеток). В возникновении таких аномалий имеют важное значение мутагены разной природы и возраст матери.
Нерасхождение хромосом в мейозе. Частичные трисомии и моносомии
Хромосомная патология может возникать вследствие нарушения расхождения всего набора хромосом в мейозе. Образуются гаметы с нередуцированным числом хромосом, которые имеют не по одному набору хромосом, а по два. При оплодотворении такой яйцеклетки гаметами с гаплоидным или диплоидным набором хромосом образуются полиплоидные зиготы.
Полиплоидные организмы обычно имеют грубые пороки развития и погибают в раннем эмбриональном периоде. Возможно нарушение расхождения отдельных хромосом в наборе; образуются гаметы, в которых отсутствует или имеется лишняя хромосома. Поэтому возникающая при оплодотворении зигота характеризуется моно-, три- или тетрасомией. Чаще всего такие расстройства несовместимы с жизнью организма и приводят к спонтанным выкидышам.
Нарушения структуры или числа хромосом в половых клетках могут касаться аутосом или половых хромосом.
Из всех синдромов, возникающих вследствие нерасхождения аутосом, наиболее распространенной патологией является болезнь Дауна (95 % от числа всех трисомий по аутосомам). При болезни Дауна наблюдается трисомия 21-й хромосомы. Клиническими признаками болезни являются низкий рост, широкое круглое лицо, близко расположенные глаза с узкими глазными щелями, полуоткрытый рот.
Для болезни характерны также идиотия и дефекты сердечно-сосудистой системы (пороки сердца и крупных сосудов). При синдроме Эдвардса, характеризующемся трисомией по 18-й хромосоме, имеются множественные физические пороки развития: общая гипотрофия новорожденного, задержка психомоторного развития, крипторхизм, порок сердца, грыжи и многие другие. Синдром Патау, трисомия по 13-й хромосоме, характеризуется микроцефалией, полидактилией, наличием расщелины верхней губы и неба.
Частичные трисомии и частичные моносомии выявляются при анализе причин врожденных дефектов развития новорожденных детей. Несбалансированность по генам каждой из хромосом проявляется у новорожденных в виде специфических признаков. Так, например, частичная моносомия короткого плеча 5-й хромосомы дает патологию, описанную как синдром "кошачьего крика" при котором имеются аномалии развития нижней челюсти и гортани, что сопровождается характерным изменением голоса, а также микроцефалия, пороки сердца, четырехпалость и др.
При нерасхождении половых хромосом формируется группа синдромов, для которых с клинической точки зрения наиболее характерны интеллектуальное и половое недоразвитие наряду с физическими дефектами. Так, при синдроме Тернера - Шерешевского у пациента женского пола (генотип ОХ) обнаруживаются отставание в развитии (низкий рост), половой инфантилизм, бесплодие, иногда умственная отсталость, пороки сердца и др.
У женщины при трисомий X (генотип XXX) имеются умственная отсталость и нарушения физического развития. При синдроме Клайнфелтера (генотип XXY) или сверх Клайнфелтера - (XXXY) наблюдается высокий рост с непропорционально длинными конечностями, гипоплазия яичек, недоразвитие вторичных половых признаков, бесплодие, склонность к асоциальному поведению.
Причиной нерасхождения одной из пар хромосом (аутосом или половых хромосом) при образовании гамет могут быть дистрофические процессы, возникающие с возрастом. Имеются данные, что суммарный риск иметь ребенка с трисомией по 13-й, 18-й, 21-й хромосоме для женщин после 45 лет увеличивается в 60 раз. В хромосомной патологии выделяют синдромы, связанные с несбалансированными хромосомными перестройками, т.е. с избытком или недостатком генетического материала одной из парных хромосом (Н.П.Бочков).
Появление несбалансированных хромосомных перестроек генотипа потомков возникает у фенотипически нормальных родителей, имеющих сбалансированные хромосомные нарушения (например, транслокацию участка одной хромосомы на другую непарную ей хромосому). При оплодотворении яйцеклетки гаметами, содержащими транслоцированные участки, после образования диплоидного набора хромосом дополнительный, транслоцированный, участок дает эффект частичной трисомии по содержащимся в нем генам. Вместе с тем в одной из мужских гамет возникает дефицит соответствующего участка хромосомы, и при образовании зиготы возникает эффект частичной моносомии по этому участку хромосомы у потомка.
Наследование предрасположенности к болезням. Наследственность и реактивность
Существует большое число заболеваний, в возникновении которых существенное значение имеют не только патогенные факторы окружающей среды, но и генетическая предрасположенность. Предрасположенность к заболеванию является сложной формой взаимодействия организма с окружающей средой, и эта предрасположенность наследуется полигенно. В системе генов, влияющих на наследование признака, выделяют основные гены и гены модификаторы, усиливающие или ослабляющие действие основных генов, что отражается на степени их проявления в фенотипе - экспрессивности.
В связи с тем что предрасположенность зависит от системы генов и действие основных генов регулируется влиянием генов-модификаторов, соответствия законам Менделя в передаче признаков потомству в этих случаях не наблюдается. Предрасположенность может носить градуальный характер, определяя степень чувствительности организма к болезнетворным факторам окружающей среды. Особенностью подобных заболеваний является большое количество факторов, влияющих на их возникновение и развитие. Поэтому такие заболевания называют мультифакториальными.
К таким заболеваниям с наследственной предрасположенностью относятся многие аллергические болезни, атеросклероз, язвенная болезнь, ишемическая болезнь сердца, различные кожные заболевания (псориаз и др.), эндогенные психозы. Роль наследственных факторов в этиологии таких болезней доказывается их семейным характером и высокой степенью конкордантности (совпадения) у однояйцевых близнецов.
Наследственность и реактивность. Реактивность организма формируется под влиянием генотипа и внешней среды, поэтому реакции организма на внешние воздействия, в том числе лекарственные, в значительной степени являются наследственно обусловленными. Некоторые виды изменений реактивности организма могут способствовать развитию тяжелых заболеваний, формируя преморбидные состояния.
Так, генетически обусловленные нарушения способности к репарации ДНК, связанные с низкой активностью соответствующих ферментов (эндонуклеазы, ДНК-полимеразы), резко повышают частоту точечных мутаций и хромосомных аберраций. Увеличивается риск возникновения злокачественных опухолей и лейкозов. Все такие состояния, предшествующие болезням, передаются по аутосомно-рецессивному типу и называются болезнями репарации ДНК.
К ним относятся пигментная ксеродерма, миелодиспластический синдром и др. При пигментной ксеродерме наблюдаются повышенная чувствительность к ультрафиолетовым лучам, нарушения кожной пигментации, поражения роговицы, атрофические и рубцовые изменения кожи, вызванные облучением. На измененных слизистых оболочках и коже часто развиваются опухоли; риск развития кожного рака увеличен в 1000 раз. Миелодиспластический синдром в 40-50 % случаев переходит в острый лейкоз.
Наследование синтеза ферментов. Врожденная патология
Синтез ферментов определяется соответствующими генами, но эти гены активируются субстратами обменной реакции и подавляются продуктами распада образующихся белков. С индукцией микросомальных белков - ферментов печени, разрушающих токсические и лекарственные препараты, связано повышение толерантности к некоторым веществам, применяемым при лечении (барбитураты, кофеин, этанол, бутадион и др.), и возрастание терапевтических доз при длительном применении лекарственных препаратов.
При наследственных дефектах ферментных систем, вызванных мутациями соответствующих генов или обусловленных полигенно изменениями реактивности, метаболизм лекарственных препаратов и других веществ нарушается, может прекращаться их обезвреживание и выведение. Изменения реакции на препарат проявляются различными симптомами непереносимости или передозировки. Некоторые лица не переносят самые обычные пищевые продукты: молоко (мальтозу), изделия из злаков, содержащие белок плотен, из-за отсутствия или дефицита тех или иных ферментов желудка и кишечника.
Известно также, что алкоголь обостряет течение заболевания при наследственных нарушениях пуринового обмена (подагре), а применение салицилатов может спровоцировать кровотечение при гемофилиях. Некоторые северные народности подвержены действию алкоголя в большей степени, чем жители средней полосы. К развитию инфекционных заболеваний и опухолей предрасполагают наследственные иммунодефициты. Необычная реакция на лекарства, профессиональные вредности, вещества, загрязняющие среду обитания, может быть связана с единичными мутациями или наследоваться полигенно.
Врожденная патология
Врожденная патология - это расстройства жизнедеятельности, возникающие в результате воздействия патогенных факторов внутриутробно на плод или при прохождении ребенка через родовые пути и выявляемые к моменту рождения. Особенно важное значение среди них имеют фенокопии - врожденные формы патологии, сходные по клинической картине с наследственными формами патологии.
Так, известен наследственный гипотиреоз, являющийся аутосомным рецессивным заболеванием, и врожденный гипотиреоз (врожденная микседема, спорадический кретинизм), обнаруживаемый у новорожденных от матерей, подвергнутых облучению во время беременности, получавших в этот период тиреостатические препараты или имевших в пище дефицит йода. Проявления синдрома Марфана (порок сердца, смещение глазного яблока, арахнодактилия и др.) могут быть следствием аутосомного доминантного наследственного заболевания или инфицирования плода во время беременности вирусом краснухи.
Среди врожденных форм патологии часто встречаются уродства, или тератогенные расстройства (от греч. teras - урод), и нарушения формирования пола, которые возникают вследствие изменения морфогенеза тканей и органов в процессе внутриутробного развития. Тератогенные нарушения развиваются под влиянием многих факторов, например при действии на организм ребенка во время беременности алкоголя, дефицита йода и витаминов, ионизирующего излучения, ряда вирусов (кори, краснухи и др.), лекарственных препаратов при неправильном использовании.
Морфогенез. Эмбриогенез и его генетика
Морфогенез - развитие тканей и органов из соответствующей закладки, представляет собой реализацию генетической программы, заложенной в геноме оплодотворенной яйцеклетки. Эта поэтапная реализация определяется взаимодействием генов с цитоплазмой яйцеклетки, а впоследствии с окружающими тканями и материнским организмом. Влияние внутренней среды на морфогенез называется эмбриональной индукцией.
Стойкая репрессия и активация генов в процессе эмбриональной индукции осуществляется с помощью индукторов (эвокаторов), в качестве которых могут выступать белки, нуклеопротеиды, гормоны. В экспериментальных условиях, если ткани-мишени отделить от тканей-индукторов (окружающих тканевые закладки) непроницаемым для макромолекул экраном, то дифференцировка экранированных тканей приостанавливается. Индукторы воздействуют на гены через регуляторные элементы - эксхансеры и промоторы.
В эмбриогенезе существуют периоды, в течение которых происходит наиболее интенсивное развитие органов и систем. Эти периоды являются критическими для формирования соответствующих структур, так как в это время повышается чувствительность тканей к тератогенным факторам среды (радиации, лекарственным препаратам, вирусам и др.). Наибольший риск тератогенных эффектов наблюдается в конце 1-й недели беременности (I критический период), 3-8-й недели (II критический период), 18-22-й недели (III критический период).
Кроме того, во время интенсивного развития половой системы (12-14-я неделя) повышается риск возникновения аномалий половых органов.
Вследствие локального нарушения морфогенеза могут формироваться тератомы, состоящие из дистопически расположенных закладок зародышевых тканей. Эти ткани могут образовывать опухоли, включающие производные разных эмбриональных тканей (волосы, зубы, мышцы и др.), так называемые миксомы.
В процессе онтогенеза происходит развитие половых различий - половая дифференцировка. Половая дифференцировка определяется генотипом, т.е. наследуемыми факторами, и онтогенетически - путем воздействия индукторов на формирование репродуктивной системы. Нарушения в этих сферах детерминации пола могут приводить к стерильности и интерсексуальности. Согласно концепции формирования пола, первичная его детерминация осуществляется геном короткого плеча Y-хромосомы, под влиянием которого индифферентная гонада превращается в семенник.
При отсутствии Y-хромосомы действие овариальных генов Х-хромосомы приводит к образованию яичника, который выделяет эстрогены и определяет образование женских половых органов из клеток мюллерова канала. Если происходит детерминация по мужского типу, гормоны семенника блокируют развитие производных мюллерова канала (клетки Сертоли семенника выделяют антимюллеровский фактор), а тестостерон, продуцируемый клетками Лейдига, и дегидротестостерон, образующийся из него, формируют мужской фенотип особи. Таким образом можно выделить первичные (хромосомные) и вторичные, индуцированные во внутриутробном периоде, механизмы формирования пола. Часть патологии детерминации пола (синдромы Клайнфелтера, Тернера-Шерешевского, трисомии X) связана с нерасхождением Х-хромосом при гаметогенезе и рассмотрена выше.
В случаях клеточного мозаицизма разные участки тела могут содержать неодинаковые наборы половых хромосом (XY/XO, XY/XX). Такие сочетания возникают в результате оплодотворения одной яйцеклетки с двумя ядрами двумя сперматозоидами, содержащими Х- или Y-хромосому, либо утраты Y-хромосомы клетками в раннем эмбриональном периоде. Индивиды обладают одновременно мужскими и женскими гонадами или одной, содержащей 2 вида тканей. Такое явление называется истинным гермафродитизмом. У больных наблюдаются иногда не полностью сформированные органы репродуктивной системы обоих полов, что, однако, поддается хирургической коррекции.
Хотите читать всё самое интересное о красоте и здоровье, подпишитесь на рассылку !
Наследственность – свойство клеток и организмов передавать свои анатомо-физиологические признаки (особенности) потомкам. Процесс передачи этих признаков – наследование. Передача осуществляется с помощью генов – материальных единиц наследственности. От родителей потомкам передаются не признаки в готовом виде, и информация (код) о синтезе белка (фермента), детерминирующего этот признак. Гены – участки молекулы ДНК. Они состоят из кодонов. Каждый кодон представляет собой группу из 3 нуклеидов и, ≥, явл-ся нуклеотидным триплетом. Каждый кодон кодирует инфор-ию о стр-ре аминокислот и местоположение ее в белковой молекуле. Гены собираются в блоки, а последние в ДНК-нити, которые образуют хромосому . Общее число хромосом у человека в соматической кл-ке 46, в гамете – 23.
Причины наследственных болезней : Стартовое звено патогенеза наследственных заболеваний - мутации - нарушения структуры генов, хромосом или изменение их числа. В зависимости от уровня организации генетического материала (ген, хромосома, геном) говорят о мутациях генных, хромосомных и геномных.
Причинами мутаций могут быть различные факторы. Их обозначают как мутагены, а изменения, приводящие к возникновению мутаций, называют мутационным процессом. В результате мутационного процесса возникают разные виды мутаций. Изменения генетического материала разнообразны (делеции, вставки и т.д.), что позволяет подразделить мутации по механизму дефекта генетического материала (типы мутаций).
Мутагены (равно и вызываемые ими мутации) классифицируют по происхождению (источнику) на эндогенные и экзогенные , а по природе на физические, химические и биологические .
1)Экзогенные мутагены. Их большинство, к ним относятся различные и многочисленные факторы внешней среды (радиационное излучение, алкилирующие агенты, окислители, многие вирусы).
2)Эндогенные мутагены образуются в процессе жизнедеятельности организма (мутации могут возникать под влиянием свободных радикалов, продуктов липопероксидации).
1)Физические мутагены - ионизирующее излучение и температурный фактор.
2)Химические мутагены - самая многочисленная группа мутагенов. К химическим мутагенам относятся: сильные окислители или восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода); алкилирующие агенты (йодацетамид); пестициды (гербициды, фунгициды); некоторые пищевые добавки (ароматические углеводороды, цикламаты); продукты переработки нефти; органические растворители; JIC (цитостатики, содержащие ртуть средства, иммунодеп-рессанты); другие химические соединения.
3)Биологические мутагены: вирусы (например, кори, краснухи, гриппа); Аг некоторых микроорганизмов.
В результате мутаций образуется аномальный ген с измененным кодом. Реализация действия аномального гена – завершающее звено патогенеза наследственных болезней. Различают несколько путей реализации аномального гена, образовавшегося вследствие мутаций:
1-й путь реализации действия аномального гена: аномальный ген, утративший код нормальной программы синтеза структурного или функционально важного белка > прекращение синтеза иРНК > прекращение синтеза белка > нарушение ж/д > наследственная болезнь (гипоальбуминемия, гемофилия А);
2-й путь реализации действия аномального гена: аномальный ген, утративший код нормальной программы синтеза фермента > прекращение синтеза иРНК > прекращение синтеза белка-фермента > нарушение ж/д > наследственная болезнь (энзимопатическая метгемоглобинемия, гипотиреоз, альбинизм, алкаптонурия);
3-й путь реализации действия аномального гена: аномальный ген с патологическим кодом > синтез патологической иРНК > синтез патологического белка > нарушение ж/д > наследственная болезнь (серповидно - клеточная анемия).
В настоящее время общепризнанно, что причиной болезней наследственного генеза является действие факторов, способных изменить, причем необратимо, генетический код наследственной информации, т.е. вызвать мутации. Мутацию можно определить как изменение наследственного аппарата, приводящее к появлению нового признака, закрепляющегося в генотипе и способного передаваться в последующие поколения. Особенностью мутации является точное воспроизведение в длительном ряду клеточных поколений, практически независимо от условий среды, в которых происходит онтогенез.
Мутации постоянно обнаруживаются в природе с определенной частотой относительно близкой у различных видов живых организмов. Примерно каждый десятый индивид является носителем новой мутации. Правда, большинство этих мутаций находится в рецессивном состоянии, увеличивая лишь скрытую, потенциальную изменчивость, характерную для организмов любого вида. В живой природе именно наследственная, в основном мутационная изменчивость определяет процесс эволюции организмов, дает огромный простор для действия естественного отбора - главнейшего фактора эволюции.
Мутагенной активностью в зависимости от силы и продолжительности действия обладают очень многие факторы окружающей среды. К числу наиболее активных мутагенов относятся:
1. Физические факторы - ионизирующая радиация, УФЛ, хроническая гипоксия, перегревание.
2. Химические - перекись водорода, альдегиды и кетоны, азотная кислота и ее соли, соли тяжелых металлов и алкилирующие соединения, пищевые красители, инсектициды, гербициды, алкоголь и никотин, цитостатики, ингибиторы синтеза ДНК, лекарства: антибиотики, циклофосфамид, митомицин С и т.д.
3. Биологические - вирусы.
4. Некоторые нарушения в самом организме: нарушения обмена витамина В 12 , аутоиммунные заболевания, ошибки репликации.
Из всех мутагенов наиболее серьезны именно химические, поскольку они действуют направленно на один и тот же ген, зачастую приводя к профпатологии, например, выхлопные газы транспортных средств, нитросоединения (супермутагены, способные встраиваться в молекулу ДНК).
По данным В.Д. Москаленко этанол не нарушает прямо генетический аппарат, но повышает его чувствительность к другим, до этого даже безобидным веществам. У женщин-алкоголичек во время беременности в тканях зародыша активно разрушается фолиевая кислота - нарушается равновесие ЦНС. Ферменты плода, разрушающие алкоголь в 10 раз менее активны, чем у взрослого и токсический эффект этанола выражается угнетением белково-синтетических процессов с последующим развитием «алкогольного синдрома плода» (больные дети более похожи друг на друга, чем на родителей). Алкоголизм - болезнь с наследственной предрасположенностью (у монозигот конкордантность 60%, у дизигот - 30%).
Все еще продолжающееся загрязнение окружающей среды (биосферы) является общемедицинской и общебиологической проблемой. Загрязнение биосферы способствует возникновению различных соматических заболеваний и вызывает изменения в генетическом аппарате, в результате чего в человеческой популяции возрастает число наследственных заболеваний. Этот факт вызывает озабоченность ученых всего мира, общественности и правительств. Отечественный генетик Н.П.Дубинин (1977) подчеркивал, что в современных условиях теория мутации приобретает жизненно важное значение: отрицательные эффекты от загрязнения начинают проявляться уже и сейчас и характер взаимоотношений человека с окружающей средой все менее допускает нерегулируемые воздействия.
Установлен факт генетической адаптации. Вероятность ее тем больше, чем многочисленнее популяция, чем более выражена способность к размножению. Примером генетической адаптации может служить возникновение устойчивых форм микробов к действию бактериостатических препаратов, появление устойчивых к ядохимикатам насекомых и т.д. Для человека фактор генетической адаптации большого значения не имеет ввиду низкой потенции к размножению и значительного срока до полового созревания, что увеличивает вероятность компенсации отрицательной мутации в герменативных клетках положительными мутациями. В целом увеличение мутагенности среды отрицательно сказывается на человеческой популяции. По мнению Н.П.Дубинина, существенным буфером в этом отношении, задерживающим рост наследственных заболеваний у людей, является постоянное смешение различных их групп. Вероятно также, что определенную роль играет и возрастание культурно-гигиенических навыков.
Очень большую опасность представляет повышение уровня радиационного фона планеты. По мнению многих ученых это повышение может увеличить число мутаций и соответственно наследственных заболеваний. Загрязнение атмосферы в сочетании с курением привело в последнее время к увеличению заболеваемости раком легких, что тесно связано с содержанием в табачном дыме канцерогенов, в основном бензпирена. Особую тревогу вызывает возросшее число курящих женщин в связи с отрицательным действием на половые клетки плода и проявлением отрицательного результата в третьем поколении. Передача в потомство мутагенных и канцерогенных влияний от матери трансплацетарно и через молоко имеет место и при употреблении в пищу больших количеств копченостей, приготовленных традиционными способами, жареных продуктов, а также при контакте матерей с другими бытовыми и производственными факторами.
Патогенез наследственных заболеваний.
Проявление генов опосредуется через процессы регуляции белковосинтетических процессов. В цепи ген-признак протекают сложные процессы, зависящие от многих факторов. Одни только структурные гены, непосредственно отвечающие за синтез белка, не в состоянии обеспечить детерминацию развития. В процессе обмена веществ одновременно имеет место активация синтеза не одним, целой группой ферментов, обеспечивающих последовательность определенной цепи реакций, поскольку каждый фермент связан со своим геном структурно-функциональной организации.
Согласно процессу генетической регуляции синтеза белка деятельность структурного гена находится под контролем гена-оператора, активность которого, в свою очередь, определяется геном-регулятором, продуктом длительности которого является белок-репрессор, способный связываться с тем или иным веществом, образовавшимся в клетке в процессе обмена. При этом, в зависимости от характера вещества, с которым связывается репрессор, возможно двоякое его действие на оперон: с одной стороны - тормозящее, с другой, если подавляющее влияние репрессора устраняется (связь с веществом) - начинается деятельность соответствующего оперона - активация синтеза.
Можно предполагать, что определенные изменения контролирующих генов наряду с мутациями структурных ответственны за возникновение генетически обусловленных болезней. Кроме того, в ряде случаев средовые факторы нарушают реализацию действия нормального гена, т.е. наследственную информацию. Отсюда появляется основание для утверждения, что в ряде случаев заболевания являются связанными не столько с патологией регуляции наследственной информации, сколько с патологией ее реализации.
В условиях эксперимента есть возможность заблокировать рецепторное поле клетки - мишень для действия стероидных гормонов с помощью, например, анилиновых красителей. В связи с этим происходит снятие регулирующего влияния гормонов и нарушение синтеза белка - нарушается реализация действия нормального гена.
Указанный механизм демонстративен при тестикулярной феминизации - заболевании, при котором формируется псевдогермафродит с наружными гениталиями по женскому типу (внутренние половые органы отсутствуют). При генетическом обследовании выявляется мужской набор половых хромосом, половой хроматин в клетках слизистой отсутствует. Патогенез страдания связан с первичной андрогеноустойчивостью органов-мишеней.
Один и тот же мутантный ген у разных организмов может проявить свой эффект различным образом. Фенотипическое проявление гена может варьировать по степени выраженности признака. Это явление связано с экспрессивностью гена - степенью выраженности действия в фенотипическом отношении. Один и тот же признак может проявляться у одних и не проявляется у других особей родственной группы - это явление называется пенетрантностью проявления гена - % особей в популяции, имеющих мутантный фенотип (отношение числа носителей патологического признака к числу носителей мутантного гена). Экспрессивность и пенетрантность характеризуют фенотипические проявления гена, что обусловлено взаимодействием генов в генотипе и различной реакцией генотипа на средовые факторы. Пенетрантность отражает гетерогенность популяции не по основному гену, определяющему конкретный признак, а по модификаторам, создающим генотипическую среду для проявления гена. К модификаторам относят простагландины, активные метаболиты, биоактивные вещества различного происхождения.
По характеру изменений генома выделяют следующие мутации:
1. Генные - связанные с одной парой нуклеотидов в полипептидной цепи ДНК (цитологически невидимые изменения).
2. Хромосомные - на уровне отдельной хромосомы (делеция - фрагментация хромосом, приводящая к утрате ее части; дупликация - удвоение участка, перестройки хромосом, обусловленные изменением групп сцепленных генов внутри хромосом - инверсия; перемещение участков - инсерция и др).
3. Геномные - а) полиплоидия - изменение числа хромосом, кратное гаплоидному набору; б) анэуплоидия (гетероплоидия) - некратное гаплоидному набору.
По проявлению в гетерозиготе:
1. Доминантные мутации.
2. Рецессивные мутации.
По уклонению от нормы:
1. Прямые мутации.
2. Реверсии (часть из них – обратные, супрессорные).
В зависимости от причин, вызвавших мутации:
1. Спонтанные
2. Индуцированные
По локализации в клетке:
1. Ядерные
2. Цитоплазматические
По отношению к особенностям наследования:
1. Генеративные, происходящие в половых клетках
2. Соматические
По фенотипу (летальные, морфологические, биохимические, поведенческие, чувствительности к повреждающим агентам и др.).
Мутации могут изменить поведение, касаться любых физиологических особенностей организма, вызывать изменение какого-либо фермента и, конечно, затрагивать строение особи. По влиянию на жизнеспособность мутации могут быть летальными и полулетальными, снижающими в большей или меньшей степени жизнеспособность организма. Могут быть практически нейтральными в данных условиях, прямо не влияющими на жизнеспособность и, наконец, хотя и редко, мутации, которые уже при возникновении оказываются полезными.
Итак, в связи с этим, согласно фенотипической классификации выделяют:
1. Морфологические мутации, при которых отмечается преимущественно изменение роста и формирования органов.
2. Физиологические мутации - повышающие или понижающие жизнедеятельность организма, полностью или частично тормозящие развитие (полу- и летальные мутации). Существует понятие о летальных генах. Такие гены (обычно в гомозиготном состоянии) или ведут к летальному исходу, или увеличивают его вероятность в раннем эмбриогенезе, или в раннем постнатальном периоде. В большинстве случаев конкретная патология пока не выявлена.
3. Биохимические мутации - мутации, тормозящие или изменяющие синтез определенных химических веществ в организме.
Приведенные принципы классификации дают возможность систематизировать наследственные болезни по характеристике генетического дефекта.
Классификация форм наследственной патологии .
Наследственность и среда играют роль этиологических факторов при любом заболевании, хотя и с разной долей участия. В связи с этим выделяют следующие группы наследственных болезней:
1) собственно наследственные болезни, в которых этиологическую роль играет изменение наследственных структур, роль среды заключается лишь в модификации проявлений заболевания. В эту группу входят моногеннно обусловленные болезни (фенилкетонурия, гемофилия, ахондроплазия), а также хромоомные болезни.
2) экогенетические заболевания, которые также являются наследственными, обусловленными патологическими мутациями, однако для их проявления необходимо специфическое воздействие среды. Например, серповидноклеточная анемия у гетерозиготных носителей при пониженном парциальном давлении кислорода; острая гемолитическая анемия у лиц с мутацией в локусе глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы под влиянием сульфаниламидов.
3) в этой группе многие распространенные заболевания, особенно у пожилых – гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь желудка. Этиологическим фактором в их возникновении является средовое воздействие, однако его реализация зависит от индивидуальной генетически детерминируемой предрасположенности организма, в связи с чем эти болезни называют мультифакториальными или болезнями с наследственным предрасположением.
С генетической точки зрения наследственные болезни делят на генные и хромосомные. Генные болезни связаны с генными мутациями и далее по количеству затронутых генов выделяют моногенные и полигенные болезни. Выделение моногенных болезней основывается на их сегрегации в поколениях по закону Менделя. Полигенные – болезни с наследственным предрасположением, поскольку предрасположенность является многофакторной.
Хромосомные болезни – большая группа патологических состояний, основные проявления которых составляют множественные пороки развития и которые определяются отклонениями в содержании хромосомного материала.
Деление наследственных болезней на эти группы не формально. Генные болезни передаются из поколения в поколение без изменений, в то время как большинство хромосомных болезней вообще не передаются, структурные перестройки передаются с дополнительными перекомбинациями.
Генные болезни.
Ген может мутировать, приводя к изменению или полному отсутствию белка. В связи с этим выделяют отдельные формы генных болезней. Так, нарушение синтеза структурного белка ведет к возникновению пороков развития (синдактилия, полидактилия, брахидактилия, ахондроплазия, микроцефалия и т.д.), нарушение со стороны транспортного белка приводит к функциональным болезням (болезни зрения, слуха и др.), ферментопатии - с нарушением белков – ферментов.
По аутосомно-доминантному типу наследуется около 900 болезней: полидактилия, синдактилия и брахидактилия, астигматизм, гемералопия, анонихия, арахнодактилия и ахондроплазия.
При аутосомно-рецессивном типе наследования признак проявляется только у особей гомозиготных по данному гену, т.е. когда рецессивный ген получен от каждого родителя. По этому типу наследуется более 800 заболеваний, основная группа – ферментопатии (фенилкетонурия, алкаптонурия, амавротическая идиотия, галактоземия, мукополисахаридозы), различные виды глухоты и немоты.
Выделено также и неполное доминирование. Такой тип наследования показан для эссенциальной гиперхолестеринемии: соответствующий ген в гетерозиготном состоянии определяет лишь предрасположенность к гиперхолестеринемии, в гомозиготном же состоянии он приводит к наследственной форме патологии холестеринового обмена – ксантоматозу.
Наследование в связи с полом имеет ряд особенностей. Х и Y –хромосомы имеют общие (гомологичные) участки, в которых локализованы гены, наследуемые одинаково как у мужчин, так и у женщин. Например, пигментная ксеродерма, спастическая параплегия, эпидермальный буллез. Негомологичный участок Y-хромосомы (голандрическое наследование) содержит гены перепонок между пальцами и волосатых ушей с передачей только сыновьям.
Негомологичный участок Х-хромосомы (рецессивные для женщин и доминантные для мужчин в силу гемизиготности) содержит гены гемофилии, агаммаглобулинемии, несахарного диабета, дальтонизма, ихтиоза. К числу доминантных, полностью сцепленных с полом по Х-хромосоме (с ее негомологичным участком) относятся гипофосфатемический рахит, отсутствие резцов в челюстях. Выявлена также возможность передачи наследственных признаков через цитоплазму яйцеклетки (плазмогены) только через мать – слепота в результате атрофии зрительных нервов (синдром Лебера).
Хромосомные болезни отличаются от других наследственных заболеваний тем, что они за редким исключением ограничиваются распространением в пределах одного поколения в связи с полным отсутствием плодовитости у носителей. Тем не менее, хромосомные болезни относятся к группе наследственных, так как они обусловлены мутацией наследственного вещества в половых клетках одного или обоих родителей на хромосомном или геномном уровне. Клинически эти заболевания проявляются тяжелыми нарушениями психики в сочетании с рядом дефектов соматического развития. Хромосомные болезни встречаются в среднем с частотой 1: 250 новорожденных. У 90% эмбрионов с аномалиями хромосом происходит нарушение хромосомного баланса и большая часть прекращает свое развитие на ранних стадиях.
Факторы, ведущие к хромосомным аномалиям, по-видимому, общие:
1. Возраст матери. По сравнению со средним возрастом (19-24) у женщин после 35 лет вероятность рождения детей с хромосомными аномалиями возрастает в 10 раз, после 45 лет - в 60 раз. В отношении возраста отцов данных почти нет. Влияние возраста может быть и обратным, например, синдром Шерешевского-Тернера чаще появляется у детей молодых матерей.
2. Ионизирующая радиация - поскольку все виды ионизирующего излучения вызывают хромосомные аберрации в зародышевых и соматических клетках.
3. Вирусные инфекции - корь, краснуха, ветряная оспа, опоясывающий лишай, желтая лихорадка, вирусный гепатит, токсоплазмоз.
Хромосомные болезни в своей основе могут иметь либо структурные, либо числовые нарушения как со стороны аутосом, так и хромосом половых клеток.
1. Структурные нарушения аутосом: 5р - утрата короткого плеча (делеция) - синдром «кошачьего крика» - название обусловлено сходством плача ребенка с кошачьем мяуканьем. Это связано с нарушениями ЦНС и с нарушением гортани. Для синдрома характерны также микрогнатия, синдактилия. Отмечается понижение сопротивляемости к инфекциям, поэтому больные погибают рано. Выявляются различные пороки развития (аномалии сердца, почек, грыжи). Встречаются и другие хромосомные аберрации типа делеций: синдромы 4р, 13р, 18р и 18q, 21р, 22q. Транслокации могут быть несбалансированными, что приводит к патологическим состояниям их носителей и сбалансированными - фенотипически не проявляющимися. Структурные нарушения со стороны половых хромосом описаны при синдроме Шерешевского-Тернера со стороны единственной Х-хромосомы (р, q, r, изохромосомы р и q).
2. Числовые нарушения. Аномалии крупных хромосом 1-12 пары обычно летальны. Достаточная жизнеспособность имеет место при трисомии по 21 паре, аномальных половых хромосом и частичных аномалиях. Нуллисомия - отсутствие пары - нежизнеспособность. Моносомия - жизнеспособность только при синдроме ХО. Полиплоидии обычно летальны. Трисомия по 13 паре - синдром Патау - характеризуется множественными пороками головного мозга, сердца, почек, (дети погибают обычно на 3-4 месяце жизни). Трисомия по 18 паре - синдром Эдвардса - множественные дефекты жизненноважных органов, до 1 года обычно доживают не более 7% больных. Транслокационная форма болезни Дауна выражается переносом лишней хромосомы с 22, 4, 15 на 21 пару. Числовые нарушения по половым хромосомам встречаются в виде синдрома Клейнфельтера - ХХУ и его вариантах (ХХХУ, ХХХХУ), характеризуется снижением интеллекта и гипогонадизмом. Известны синдромы ХХХ и варианты, а также ХУУ - в этом случае добавочная У-хромосома влияет больше на поведение, чем на интеллект. Больные агрессивны, отличаются неправильным, даже криминальным поведением.
Явление мозаичности связано с разными видами соотношения нормальных и аномальных клеток. В этом случае - промежуточное положение между здоровыми и больными (стертые в клиническом отношении формы).
Важным методом предупреждения хромосомных болезней является планирование семьи. Так, в частности, идеальным условием считается зачатие в день овуляции. Также, за 1 месяц до зачатия не должно быть воздействия мутагенов (химических – их основной источник производство; физических – рентгеновское облучение в диагностических или лечебных целях). Особенно опасны вирусные инфекции и соответственно рекомендуется зачатие только спустя 6 месяцев после инфекции. Важно также повышенное введение витаминов – А, С, Е, фолиевой кислоты, микроэлементов – Са, Мg, Zn.
Важна также пренатальная диагностика: проводятся скриннинговые обследования с 16 недели оценка a-фетопротеина, при показаниях также амниоцентез, кариограмма, хориондиагностика.
ОБЩИЙ ПАТОГЕНЕЗ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | ОБЩИЙ ПАТОГЕНЕЗ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ |
| Рубрика (тематическая категория) | Медицина |
В 1909 году А. Гарод на примере алкаптонурии разработал классическую концепцию метаболического блока, как основы патогенеза наследственных нарушений обмена веществ. В 1941-1944 годах американские ученые Дж. У. Бидл и Э. Л. Тейтам сформулировали свой знаменитый принцип, перекинувший мостик между классической и биохимической генетикой - с одной стороны, и клиникой наследственных болезней, с другой.
В исходном варианте принцип Бидла-Тейтама звучит, как ʼʼодин ген - один фермент - один признак (симптом)ʼʼ.
Согласно концепции метаболического блока, при наследственном заболевании имеется дефицит белка-фермента. Это ведет к нарушению определенной биохимической реакции. Создается избыток вовлеченного в эту реакцию субстрата. Часть его может выделяться из организма или откладываться в тканях ʼʼболезни накопленияʼʼ или тезаурисмозы) . Избыток субстрата может вовлекаться в альтернативные превращения, давая такие продукты, которые отсутствуют или имеются лишь в виде следов в норме. Помимо избытка субстрата и действия альтернативных продуктов (которые бывают токсическими), часть симптомов наследственных болезней порождается нехваткой конечных продуктов блокированной реакции и подавлением реакций, следующих в цепи превращений за блокированным этапом.
Классическая концепция обменного блока хорошо объясняет симптомы многих наследственных болезней. К примеру, большинство случаев фенилкетонурии сопровождается дефицитом печеночного фермента фенилаланин-4-гидроксилазы. Это ведет к резкому увеличению концентрации фенилаланина в крови. Недостаток превращения фенилаланина в тирозин и подавление избытком фенилаланина активности тирозиназы поведет, в конечном итоге, к дефициту тирозиновых и триптофановых производных, включая пигмент меланин (что делает кожу, глаза и волосы больных светлыми), а также катехоламины (что проявляется гипотензией) и серотонин (что имеет отношение к развитию эпилептиморфных ʼʼсалаамовых судорогʼʼ. Избыток фенилаланина метаболизируется обходными путями, повышается концентрация его альтернативных продуктов метаболизма, избыток которых выводится с мочой (фенил-пировиноградная и фенилмолочная кислоты, фенилацетилглутамин). При этом образуются метаболиты, практически отсутствующие в норме (фенилэтиламин, ортофенилуксусная кислота). Эти соединения рассматриваются, как нейротоксины и способны нарушать метаболизм липидов в мозге. В сочетании с дефицитом некоторых нейромедиаторов данный механизм считают ответственным за прогрессирующее снижение интеллекта у больных фенилкетонурией.
Современная трактовка принципа Бидла-Тейтама и положений Гарода о метаболическом блоке сильно изменилась по сравнению с оригинальной, поскольку появилось много новых данных, не укладывающихся в классическую схему.
1. Не все гены кодируют белки. Некоторые из них кодируют транспортные и рибосомальные РНК. Теоретически, мутации этих генов должны вызывать генетические болезни без первичного нарушения в структуре белков - за счёт аномалий в структуре транспортных РНК и рибосом..
2. Не все белки, кодируемые генами - ферменты. Множество наследственных болезней не связано с дефектом какого бы то ни было фермента͵ так как при них поражаются гены, кодирующие неэнзиматические белки. Метаболический блок не обязательно развивается как блок ферментативный (каталитический). Это должна быть и результат блока информационного (когда дефектный белок не распознает или не распознается
3. Один белок кодируется чаще всего не одним геном, а несколькими, причем каждый ответственен за структуру одного полипептида в составе белка. Это создает основу для неаллельной гетерогенности наследственных болезней, когда мутации в различных генных локусах ведут к разным дефектам одного и того же белка. К примеру, синдром Леша-Нихена , характеризующийся у мальчиков умственной отсталостью, центральными спастическими параличами, хореоатетозом, гиперурикемией, артритом и уролитиазом, а также мазохистским поведением (больные кусают сами себя), вызван рецессивными сцепленными с Х-хромосомой дефектами гипоксантин:гуанин-фосфорибозилтрансферазы. Снижение активности этого фермента наблюдается и при семейной подагре. Но клиническая картина подагры сильно отличается от синдрома Леша-Нихена, несмотря на наличие общих симптомов (артрит, уролитиаз). Так, умственная активность у подагриков, напротив - повышена.
В функциональном отношении, в составе белков-ферментов выделяют каталитический участок, аллостерический участок и якорный участок, имеющие разные функции и кодируемые разными генами. У распознающих белков (к примеру, иммуноглобулинов) имеется вариабельная и константная часть. Патогенез наследственных болезней различается как при поражении генов, кодирующих функционально различные белки, так и при дефектах генов, шифрующих их функционально разные участки.
4. Гены в генотипах взаимодействуют, и, в силу этого, существует явление плейотропии - множественного действия гена. Стоит сказать, что для наследственной патологии это означает, что нельзя отождествлять одну нарушенную биохимическую реакцию с одним признаком болезни. Метаболические связи данной реакции могут привести к тому, что ее нарушение проявится в обмене веществ сразу многими эффектами.
Рассмотрим классификацию патогенетических вариантов наследственных нарушений метаболизма (по Е. Л. Розенфельду, 1980).
Наследственные болезни, поражающих белки-ферменты могут затрагивать каталитический участок фермента͵ якорный или аллостерический.
ОБЩИЙ ПАТОГЕНЕЗ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ - понятие и виды. Классификация и особенности категории "ОБЩИЙ ПАТОГЕНЕЗ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ" 2017, 2018.
