Главная > Книга


Известно пять различных мутаций, приводящих к образованию гемоглобина М. Собственно метгемоглобинемия обусловлена ускоренным окислением двухвалентного железа до трехвалентного (табл. 4.15). В четырех случаях образование гемоглобина М вызвано заменой одного из гистидинов, удерживающих группу гема в ее специфическом «кармане» (рис. 4.34) в глобиновой молекуле и стабилизирующих железо гема в его окисленной форме, на тирозин. Пятая мутация - гемоглобин Milwaukee 1 - пока не может быть достаточно четко объяснена с молекулярной точки зрения. Больные с мутациями в α-цепи, вызывающими образование гемоглобина М, страдают цианозом от рождения. При мутации в β-цепи цианоз развивается только через 6

Таблица 4.15. Гемоглобины М

1) Классический гемоглобин М Horlein и Weber [1130].

4 Действие генов 83

Рис. 4.46. Кривая диссоциации О2 для гемоглобинов с повышенным сродством к кислороду. Обратите внимание, что аномальный Hb Ramer при низких парциальных давлениях кислорода высвобождает меньше кислорода, чем нормальный гемоглобин. Возникает тканевая гипоксия, стимулирующая образование эритропоэтина с последующим эритроцитозом.

месяцев после рождения, когда происходит замена γ-цепи на β-цепь. У больных с гемоглобином М обычно наблюдается слабый гемолиз.

Эритроцитоз, вызванный образованием гемоглобинов с нарушенным сродством к кислороду [31, 992]. Существует около 30 гемоглобинов с повышенным сродством к кислороду. В 11 случаях мутации происходят в месте контакта α1β1-субъединиц в тетрамере. При адсорбции кислорода происходит движение глобиновых субъединиц в месте контакта между цепями. Повышенное сродство к кислороду может быть вызвано стабилизацией «окси»-конформации или дестабилизацией «дезокси»-конформации (рис. 4.46). Большинство других гемоглобинов с высоким сродством к О2 содержат мутации на СООН-конце β-цепи или в сайтах связывания дифосфоглицерата. В норме эти сайты обеспечивают стабильность «дезокси»-конформации.

Повышенное сродство к кислороду приводит к уменьшению количества кислорода, освобождающегося из комплекса с гемом в тканях организма, и вызывает гипоксию (рис. 4.46). Гипоксия ведет к выделению гормона эритропоэтина, стимулирующего образование эритроцитов и собственно эритроцитоз. Больные с эритроцитозом, обусловленным аномалиями гемоглобина, иногда ошибочно диагностируются как больные истинной полицитемией. Однако в отличие от полицитемии при дефектах гемоглобина наблюдается доминантное наследование, а спленомегалия, лейкоцитоз и тромбоцитоз отсутствуют. Известны спорадические случаи подобных дефектов гемоглобина, показано, что они возникли в результате новых мутаций.

Было обнаружено всего три гемоглобина с уменьшенным сродством к кислороду [992]. При таком дефекте количество кислорода, поступающее в ткани, увеличивается, поэтому следует ожидать уменьшения образования эритропоэтина. В двух случаях, как и следовало ожидать, наблюдалась слабовыраженная анемия.

Серповидноклеточные нарушения [31; 1211; 1298]. Образование гемоглобина S вызвано заменой глутаминовой кислоты на валин в 6-м положении β-цепи. В отличие от всех других замен, эта сильно влияет на растворимость и кристаллизацию гемоглобина в условиях гипоксии. Больные серповидноклеточной анемией наследуют мутантный ген от обоих родителей и не имеют гемоглобина А. При сравнительно низком уровне гипоксии гемоглобин S у таких больных полимеризуется с образованием пучков или волокон. Аномальные кристаллы гемоглобина нарушают структуру мембраны эритроцитов и обусловливают их серповидную форму (рис. 4.47). Некоторые из этих клеток остаются необратимо серповидными и преждевременно разрушаются. Серповидные клетки увеличивают вязкость крови и мешают ее нормальной циркуляции в небольших кровеносных сосудах. Вызванная этим гипоксия приводит к образованию еще большего числа серповидных клеток. Возникает порочный круг, для которого характерны стазы (замедление кровотока) и эпизодические кризы с болями в животе и скелетных мышцах.

Через несколько лет пониженное кровоснабжение часто приводит к некрозу органов, например селезенки, что в свою очередь ведет к их атрофии. У гетерозиготных носителей, которые имеют один нормаль-

84 4. Действие генов

Рис. 4.47 Сканирующая электронная микрофотография оксигенированного (А) и дезоксигенированного (В и С) эритроцитов больного, гомозиготного по гену серповидноклеточной анемии. Обратите внимание на нормальную двояковогнутую форму эритроцита, полностью лишенного гемоглобина А, и ее изменение в условиях гипоксии. Клетки в условиях гипоксии напоминают по форме серп, поэтому их назвали серповидными [31].

ный ген β-глобина НbβА и один мутантный (HbβS), гемоглобин S составляет только 25-40% всего гемоглобина. Клинически такие люди вполне нормальны. Их эритроциты содержат как гемоглобин А, так и гемоглобин S, и по продолжительности жизни не отличаются от нормальных эритроцитов. Серповидноклеточность у таких индивидов сказывается только в условиях сильной гипоксии, например, при нахождении на высоте свыше 3000 м над уровнем моря [1292].

Серповидноклеточность может проявляться слабее, если в организме помимо гемоглобина S имеется другая редкая форма гемоглобина. Присутствие гемоглобина F в эритроцитах больных с серповидноклеточной анемией снижает степень агрегации и кристаллизации гемоглобина S, в результате пациенты, у которых гемоглобин F находится в высокой концентрации, имеют слабовыраженные симптомы серповидноклеточной анемии или не имеют их вовсе. В некоторых случаях присутствие гемоглобина F обусловлено геном, вызывающим постоянный синтез фетального гемоглобина в течение всей жизни (см. ниже). В целом, существует обратная корреляция между количеством гемоглобина F и остротой симптомов серповидноклеточной анемии. Таким образом, любое увеличение количества фетального гемоглобина приводит к ослаблению клинических симптомов серповидноклеточной анемии [970]. Клиническое проявление талассемий будет обсуждаться ниже.

4.3.3. Другие типы мутаций, изменяющих гемоглобин [1188; 1349]

Делецш. Установлено, что гены, детерминирующие синтез глобиновых цепей, могут делетироваться. Делеции генов Нbα приводят к а-талассемии, делеция генов Нbδ и Нbβ вызывает наследственное персистирование фетального гемоглобина или Нbδβ-талассемию (см. ниже).

Делеция, затрагивающая один триплет нуклеотидов, или один кодон, приводит к выпадению в цепи соответствующей аминокислоты. Делеция четырех кодонов (т.е. 12 нуклеотидов) обусловливает выпадение четырех аминокислот. Были обнаружены делеции протяженностью до 15 нуклеотидов, приводящие к утрате 5 аминокислот (табл. 4.16). По всей вероятности, более крупные делеции приводили бы к потере функциональной активности молекулы гемоглобина. Большинство делеционных гемоглобинов либо нестабильны, либо приводят к увеличению сродства к О2, а во многих случаях имеют оба этих свойства (табл. 4.16).

Если число нуклеотидов, утраченных при делеции, не кратно трем, то на участке гена, расположенном за делецией, смысл считываемой генетической информации полностью меняется - в результате возникает совершенно новая аминокислотная последовательность (мутации сдвига рамки считывания). В некоторых случаях образующиеся при этом глобиновые полипептиды удается идентифицировать. Оказалось, что мутация «гемоглобин Wayne» (рис. 4.48) обусловлена делецией одного нуклеотида в 139-м кодоне вблизи конца гена α-глобина, состоящего из 141 триплета. Нуклеотиды терминирующего 142-го кодо-

4. Действие генов 85

Таблица 4.16. Варианты гемоглобина, возникающие в результате делеций

Гемоглобин

Сайт делеций

Делегированные аминокислотные остатки

Свойства

на считываются в другой фазе, и новая рамка считывания продолжается до первого в этой рамке терминирующего кодона (UAG). Таким образом, формируется слегка удлиненная цепь молекулы гемоглобина, содержащая 5 дополнительных аминокислотных остатков, которые кодируются 3'фланкирующей областью гена (рис. 4.38 и 4.48). Поскольку рамка считывания сдвинута, эта аминокислотная последовательность отличается от дополнительной аминокислотной последовательности, возника-

Рис. 4.48. 3'-конец гена Нbα. При мутации Constant Spring 142-й стоп-кодон UAA заменяется на САА, это приводит к трансляции фланкирующих нуклеотидов, которые обычно не экспрессируются. Приведено 6 кодонов из дополнительной последовательности, содержащей 30 кодонов. Мутация Hb Wayne обусловлена делецией третьего нуклеотида в 139-м кодоне, поэтому U, занимающий первое положение в 140-м кодоне, используется как третий нуклеотид 139-го кодона и возникает новый кодон AAU, кодирующий аспарагин. В результате сдвига рамки считывания образуется ген Hb Wayne. Аминокислотную последовательность этого гемоглобина можно предсказать, если считывать последовательность Hb Constant Spring со сдвигом, как это отмечено скобками над и под последовательностью нуклеотидов Hb Constant Spring. Молекула Hb Wayne всего на пять аминокислот длиннее нормальной, поскольку через пять кодонов имеется стоп-кодон UAG.

86 4 Действие генов

ющей при мутации в стоп-кодоне гена Нbα, например при мутации «гемоглобин Constant Spring» (рис 4 48) В этом случае трансляция происходит без сдвига рамки считывания

Совершенно естественно, что делеция, которая приводит к фенотипу «гемоглобин Wayne», локализуется вблизи конца α-цепи Действительно, любая делеция, вызывающая сдвиг рамки считывания на протяженном участке структурного гена, по всей вероятности, будет приводить к синтезу функционально неактивных полипептидов Фенотипически это проявится как «талассемия», и продукт гена вообще не будет обнаруживаться (как при β°-талассемии)

По-видимому, возникновение делеций является следствием ошибочного спаривания между гомологичными последовательностями во время мейотического или митотического деления развивающихся генеративных клеток При рассмотрении нуклеотидных последовательностей, окружающих области делеций у различных делеционных мутантов, обнаруживаются участки гомологии, которые могут быть причиной неправильного спаривания Если оно произошло, последующие рекомбинационные события приведут к возникновению делеций различной протяженности

Результатом неправильного спаривания может быть и образование комбинированных (или составных) генов Белковые продукты таких генов состоят из N-концевой части одного глобина и С-концевой части другого В качестве примера можно привести гемоглобин Lepore Его синтез контролируется комбинированным геном Нbδ-β

Рис. 4.49 Составные гены δβ и βδ В верхней части рисунка указаны 10 аминокислот, по которым гемоглобины δ и β различаются, в остальном эти молекулы идентичны Обнаружено три различных типа гемоглобина Lepore. В случае Lepore (Голландия) кроссинговер произошел на участке между 22-м и 50-м аминокислотными остатками. Локализовать точку рекомбинации точнее не удается, так как между этими аминокислотами последовательности гемоглобинов δ и β идентичны. В случае гемоглобина Lepore (Балтимор) кроссинговер происходит между 50-й и 86-й аминокислотами, а в случае гемоглобина Lepore (Вашингтон - Бостон) между 87-й и 117-й Подобным образом локализованы участки кроссинговера для ряда гемоглобинов β-δ и анти-Leроге [1082]

4 Действие генов 87

Рис. 4.50. 3'-конец гена β-глобина. Нормальная цепь β-глобина содержит 146 аминокислот. Гемоглобин McKees Rock состоит из 144 аминокислот, так как в результате мутации 145-й тирозиновый кодон UAU превращается в стопкодон UAA. В случае гемоглобина Так дуплицированы два последних нуклеотида 146-го кодона (АС), а в случае гемоглобина Cranston - два последних нуклеотида 144-го кодона (AG). Соответствующие нуклеотиды подчеркнуты одной и двумя линиями. Возникающие в обоих случаях сдвиги рамки считывания приводят к тому, что продукты этих генов идентичны, начиная со 147-го остатка вплоть до стоп-кодона (158-й). Скобки указывают триплетные кодоны, соответствующие нормальной последовательности, которая изображена в верхней части рисунка. Аминокислотные последовательности гемоглобинов Так и Cranston были определены в прямых экспериментах, они в точности соответствуют нуклеотидной последовательности нормального гена β-глобина.

(рис. 4.49). Известно несколько таких генов, возникающих при кроссинговере в разных точках. Они различаются по относительной длине последовательностей δ- и β-генов, входящих в их состав (рис. 4.49). Гемоглобин Kenya возникает в результате ошибочного спаривания генов НВАγ и Нbβ и последующего кроссинговера. Его хромосома содержит только ген HbGγ и комбинированный ген НbАγ-β (рис. 4.51).

Дупликации. Дупликации могут охватывать целые гены. Именно так произошло в ходе эволюции различных цепей глобина. На более поздних этапах при внутрихромосомных дупликациях появились два гена а-глобина и два гена у-глобина (Аγ и Gγ). Известны внутригенные дупликации. Например, при мутации «гемоглобин Grady» в а-цепи глобина дуплицированы остатки 116-118 [1136].

Дупликации одного или двух нуклеотидов могут приводить к мутациям со сдвигом рамки считывания. Подобные мутации обнаружены вблизи конца гена β-цепи [31]. Возникновение гемоглобина Так является следствием дупликации нуклеотидов AG после 146-го кодона, а гемоглобина Cranston - дупликации AG сразу после 144-го кодона в β-цепи (рис. 4.50). В положениях 145 и 146 этого гемоглобина находятся аминокислоты, которые не встречаются в соответствующем участке у других вариантов β-глобина. Гемоглобин Tak имеет нормальную аминокислотную последовательность до 146-й аминокислоты включительно. Нормальная β-цепь содержит 146 аминокислот. Сдвиг рамки считывания при дупликации двух нуклеотидов в случае гемоглобинов Tak и Cranston приводит к возникновению идентичных рамок вслед за 146-м кодоном. Оба мутантных гемоглобина имеют на С-конце добавочные аминокислотные последовательности, которые кодируются нуклеотидами, расположенными непосредственно за нормальным стоп-кодоном. Терминация трансляции в этом случае происходит с участием нового нонсенс-кодона (UAA) в положении 158 (рис. 4.50).

Если дупликация одного или двух нуклеотидов происходит внутри гена, а не у

88 4. Действие генов

Рис. 4.51. Образование составных генов гемоглобинов. Ошибочное спаривание между генами НЬδ и Нbβ с последующей рекомбинацией внутри структурного гена приводит к возникновению составного гена δβ (Hb Lepore), при этом возникает и делеция нормальных генов Нbβ и Нbδ. Второй продукт такого негомологичного кроссинговера содержит составной ген βδ, перед которым имеется нормальный ген Нbδ и за которым - ген Нbβ. Такие гены Нb анти-Lepore действительно были обнаружены (Hb Miyada, Hb P, Hb Congo, см. рис. 4.49). Ошибочное спаривание между Нbβ и НbАγ с последующей рекомбинацией приводит к возникновению гибридного гена Аγ-β, известного как Hb Kenya. На схеме показано, каким образом в случае Нb Kenya нормальные гены Нb γ, δ и β утрачиваются, а ген HbGγ сохраняется. Предполагаемый Нb анти-Kenya в настоящее время не обнаружен.

его конца, рамка считывания нарушается на большом протяжении. Маловероятно, что при этом будет синтезироваться функциональная молекула глобина. Дупликации, как и комбинированные гены, должны возникать в результате неравного кроссинговера (рис. 4.49 и 4.51). Действительно, вариант гемоглобина анти-Lepore встречался несколько раз и был описан под названием гемоглобин Hb Miyada, P-Congo или P-Nilotic (рис. 4.49). Предполагаемый вариант анти-Kenya (gγ, Аγ, δ, β-Аγ, δ, β) (рис. 4.51) не был до сих пор обнаружен. Дупликации, так же как и делеции, возникают, по-видимому, вследствие ошибочного спаривания и последующего негомологичного кроссинговера (рис. 4.51).

4.3.4. Талассемии [31; 972; 138; 1253; 222; 97а]

Генетически детерминированное снижение или полное подавление синтеза той или иной цепи гемоглобина обусловливает ряд разнообразных патологических состояний, известных под общим названием «талассемии». Это слово происходит от греческого «Таласса» - Средиземное море, первоначально оно отражало средиземноморское происхождение большинства индивидов - носителей генов, ответственных за талассемию. Хотя с точки зрения географии или этнографии этот термин нельзя считать правильным, он используется достаточно широко. Все случаи талассемии можно под-

Таблица4.17. Мутации, приводящие к β-талассемии [972; 1253]

Локализация

Изменение в последовательности

Тип талассемии

Этническая группа

1. Мутации, нарушающие транскрипцию

а) удаленные регуляторные элементы

–87

C–G

β+

Жители Средиземноморья

–88

С–Т

β+

Негры США

б) ТАТА-последовательность

–28

А–С

β+

Курды

–28

A–G

β+

Китайцы

–29

A–G

β+

Негры США

2. Нарушения расщепления РНК на 1000 т. п. н. дальше экзона 3

Т–С

β+

Негры США

3. Неактивная РНК

а) нарушения терминации

кодон 17

А–Т

β°

Китайцы

кодон 39

С–T

β°

Жители Средиземноморья

кодон 15

G–A

β°

Индийцы

б) мутации сдвига рамки

кодон 8

–2

β °

Турки

кодон 16

–1

β °

Индийцы

кодон 44

–1

β °

Курды

кодон 8/9

+1

β °

Индийцы

кодон 41/42

–4

β °

Индийцы

кодон 6

–1

β °

Жители Средиземноморья

кодон 71/72

+ 1

β °

Китайцы

4. Мутации, затрагивающие процессинг РНК

а) границы сплайсинга

донорные участки

IVS-1, поз. 1

G–A

β °

Жители Средиземноморья

IVS-1, поз. 1

G–T

β °

Индийцы

IVS-2, поз. 1

G–A

β °

Жители Средиземноморья

IVS-1, поз. 5

G–C

β +

Индийцы

IVS-1, поз. 6

Т–С

β +

Жители Средиземноморья

акцепторные участки

1VS-1

деления 25 п. н.

β °

Индийцы

IVS-1

A–G

β °

Негры США

б) образование новых сайтов сплайсинга

новый донорный сайт

IVS-1,

С–T

β°

Китайцы

IVS-2, поз. 705

T–G

β+

Жители Средиземноморья

IVS-1, поз. 745

C–G

β+

»

1VS-1, поз. 116

T–G

β+

»

новый акцепторный сайт

IVS-1, поз. 110

G–A

β+

»

в) усиление криптических сайтов

кодон 24

Т–A

β+

Негры США

кодон 26

G–A

βЕ

Жители Азии

кодон 27

G–T

βKnossos

Жители Средиземноморья



Скачать документ

Похожие документы:

  1. БИБЛИОГРАФИЯ = Фогель Ф Мотульски А Генетика человека В 3-х т Т 3 Пер с англ – М Мир 1990 – 366 с Фогель Ф Мотульски А Генетика человека В 3-х т Т 3 Пер с англ – М Мир 1990 – 366 с

    Книга
    ... 294 336 378 420 ... Мира, 93. ЭЛЕКТРОННОЕ ОГЛАВЛЕНИЕ БИБЛИОГРАФИЯ = Фогель Ф., Мотульски А. Генетикачеловека: В 3-х т. Т. 3: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 366 с. 1 Фогель Ф., Мотульски А. Генетикачеловека: В 3-х т. Т. 3: Пер. с англ. – М.: Мир, 1990 ...
  2. «ОПАСНОЕ ЗНАНИЕ» В «ОБЩЕСТВЕ РИСКА» (век генетики и биотехнологии)

    Документ
    ... Альтерпрес,2002. 284 с. Фогель Ф., Мотульски А. Генетикачеловека: В 3-х М.: Мир, 1990. –378 с. Форрестер Дж. Мировая динамика Пер. с англ. Под ред. Д.М.Гвишиани ... будущего: роль этики 373 КРАТКАЯ БИБЛИОГРАФИЯ 389 1 Кальниш В.В., Ена А.И. ...
  3. Проект ingsat

    Документ
    ... Генетикачеловека. В 3-х т. Т. 1. Пер. с англ. М., Мир, 1989. 312 с.djvu Фогель Ф., Мотульски А. Генетикачеловека. В 3-х т. Т. 2. Пер. с англ. М., Мир, 1990. 378 с.djvu Фогель Ф., Мотульски А. Генетикачеловека. В 3-х т. Т. 3. Пер. с англ. М., Мир ...

Другие похожие документы..