мутации). Наибольшим повреждающим действием обладают мута-
ции, приводящие либо к образованию бессмысленного белка, ли-
бо к преждевременному окончанию его синтеза, то есть делеции
или инсерции, не кратные трем нуклеотидам и потому вызываю-
щие сдвиг рамки считывания, а также нонсенс мутации - замены
нуклеотидов, при которых образуются терминирующие стоп-кодо-
ны. Проявление таких мутаций зависит от их внутригенной ло-
кализации. Чем ближе мутации к 5' концу гена, то есть к на-
чалу транскрипции, тем короче их белковые продукты. Такие
абортивные (truncated) белки неспособны к модификациям и
быстро деградируют.
Фенотипическое проявление замен нуклеотидов в кодо-
нах, так нназываемых миссенс мутаций, зависит от природы
соответствующих аминокислотных замен в белке и от функцио-
нальной значимости того домена, в котором это произошло.
Так, замены аминокислот в активных центрах белков могут соп-
ровождаться полной потерей его функциональной активности,
тогда как даже значительно более серьезные нарушения в дру-
гих частях белка часто оказывают существенно меньшее влияние
на фенотип. Мутации на стыке экзонов и интронов (так называ-
емые сплайсинговые мутации) часто нарушают процессинг пер-
вичного РНК-транскрипта, в результате чего происходит либо
неправильное вырезание соответствующей интронной области и
трансляция бессмысленного удлиненного белка, не защищенного
от протеолитического действия внутриклеточных ферментов, ли-
бо вырезание экзонов и образование делетированного белка. В
обоих случаях сплайсинговые мутации, как правило , обуслав-
ливают тяжелое течение болезни. Нарушения в регуляторных об-
ластях генов сопровождаются количественными изменениями
соответствующего продукта и не затрагивают структуры и функ-
циональной активности белка. Проявление таких мутаций опре-
деляется, в конечном счете, пороговым уровнем концентрации
белка, при котором его функция еще сохраняется. Как правило,
регуляторные мутации менее серьезны и обладают более выра-
женным плейотропным (множественым) эффектом по сравнению с
мутациями структурных генов.
Относительно недавно выявлен новый класс так называемых
динамических мутаций, или мутаций экспансии, связанных с
нестабильностью числа тринуклеотидных повторов в функцио-
нально значимых частях генов. Многие тринуклеотидные повто-
ры, локализованные в транскрибируемых или регуляторных об-
ластях генов, характеризуются высоким уровнем популяционной
изменчивости, в пределах которого не наблюдается фенотипи-
ческих нарушений (Willems,1994). Болезнь развивается лишь
тогда, когда число повторов в этих сайтах превосходит опре-
деленный критический уровень. Наследование таких мутаций,
как правило, отличается от классического Менделевского ти-
па. Для них характерны: различная пенетрантность в сочетании
с неполным доминированием; геномный импринтинг (различия фе-
нотипических проявлений в зависимости от того, получена му-
тация от матери или от отца) и феномен антиципации - на-
растание тяжести проявления заболевания в последующих поко-
лениях (Willems,1994).
Классическим примером мутаций экспансии является синд-
ром ломкой Х-хромосомы (FraXA), обусловленный присутствием
удлиненных CCG повторов в 5'-нетранслируемой регуляторной
области FMR1-гена (Xq27.3). Аналогичные нестабильные повторы
обнаружены еще в трех ломких сайтах, причем два из них
(FraXE и FraXF) расположены на очень небольшом расстоянии
дистальнее FraXA. Во всех четырех случаях CCG-повторы лока-
лизованы вблизи от CpG островков, при этом увеличение числа
копий триплетов выше определенного порогового уровня сопро-
вождается гиперметилированием всей регуляторной GC-богатой
области, вследствие чего и происходит резкое снижение и
полное выключение транскрипционной активности - мутации по
типу " утраты функции" (loss-of-functions). Таким образом,
область CCG-повторов в этих локусах можно рассматривать, как
своеобразный cis-действующий элемент транскрипции (Willems,
1994, Mandel,1994).
Другой тип динамических мутаций описан для 6-ти раз-
личных тяжелых аутосомно-доминантных нейродегенеративных
расстройств (см. Главу X). Для всех этих заболеваний обнару-
жено присутствие удлиненных CAG-повторов в открытой рамке
считывания (ORF). Эти повторы транслируются в протяженные
полиглютаминовые треки, предположительно локализованные в
ДНК- связывающих доменах соответствующих белковых продуктов.
В результате белковые молекулы приобретают новые свойства,
нарушающие нормальные метаболические связи. Таким образом,
нестабильные CAG-повторы можно рассматривать, как
gain-of-function - мутации. Интенсивно обсуждается также
возможность участия амплификации CAG-повторов в формировании
предрасположенности к таким частым расстройствам центральной
нервной системы, как шизофрения и маниакально-депрессивный
психоз. Примером третьей группы болезней экспансии служит
миотоническая дистрофия. При этом заболевании огромные CTG
(или CAG) повторы локализованы в 3'-нетранслируемой области
гена. Они также рассматриваются, как факторы, нарушающие
нуклеосомную организацию гена и подавляющие его транскрипцию
Более подробно болезни экспансии рассмотрены в Главе X.
Раздел 4.2. Генетическая гетерогенность наследственных
заболеваний.
Одним из важных обобщающих итогов молекулярно-генети-
ческих исследований моногенных болезней явилось доказа-
тельство их генетической гетерогенности. Последняя может
быть вызвана разными причинами. Прежде всего, оказалось, что
один и тот же биохимический эффект (фенотип) может быть
обусловлен мутациями в разных генах. С другой стороны, мута-
ции одного и того же гена, как установлено, могут приводить
к совершенно разным клиническим проявлениям. Например, мута-
ции гена адренорецептора, сцепленого с Х-хромосомой, могут
быть причиной нейродегенеративного заболевания - болезни
Кеннеди, если они захватывают область тринуклеотидных повто-
ров (Глава X), и в то же время приводить к синдрому тестику-
лярной феминизации, то есть нарушениям половой дифференци-
ровки, если они затрагивают другие последовательности этого
же гена. Крайним выражением такой гетерогенности может слу-
жить пример с геном рецептора тирозинкиназы -RET, различные
мутации которого могут приводить к 4-м совершенно различным
наследственным синдромам, таким как семейная медуллярная
карцинома щитовидной железы, болезнь Гиршпрунга, множествен-
ная эндокринная неоплазия тип 2А (МЭН-2А) и тип 2B (МЭН-2B)
(Hayningen,1994). Подобные фенотипические разнообразия про-
явлений мутаций одного и того же гена получили название ал-
лельных серий. Термин используется уже около 20 лет для
описания групп из нескольких моногенных наследственных забо-
леваний, клинические проявления которых позволяют предпола-
гать их связь с разными генами, в то время как биохимические
и/или генетические исследования доказывают их аллельную при-
роду, то есть в основе их патогенеза лежат разные мутации
одного и того же гена.
В настоящее время известно более 100 таких болезней
(Romeo, McKusick, 1994). Для каждого заболевания из подобной
серии аллелизм мутаций уже доказан на молекулярном уровне.
Причины подобного фенотипического разнообразия могут быть
различными: (1) локализация мутантных аллелей в функциональ-
но разных доменах белка; (2) принципиально разный механизм
действия мутаций (loss-of-function, gain-of-function); (3)
присутствие в том же гене модифицирующего мутантного аллеля
или полиморфизма и (4) влияние генетического окружения на
проявление мутантного аллеля, то есть его взаимодействие с
определенными аллелями гена-модификатора или даже нескольки-
ми такими генами. Углубленный молекулярно-генетический ана-
лиз практически каждого наследственного заболевания указыва-
ет на его значительную генетическую гетерогенность, связан-
ную с различными мутациями гена. Некоторые примеры аллельных
серий и генетической гетерогенности заболеваний будут
рассмотрены более подробно в Главе X.
Раздел 4.3 Номенклатура мутаций.
Для практических целей и, главным образом, для чтения
научной литературы, важно знать, как записываются мутации.
До недавнего времени единой номенклатуры записи мутаций не
существовало. В 1992 г. двумя американскими учеными Артуром
Боде и Лап-Чи Тсуи была предложена универсальная стандартная
система для обозначения разных мутаций (Beudet, Lap-Сhee
Tsui, 1993). Она рассчитана как на запись аминокислотных за-
мен в белках, так и на нуклеотидные замены и перестановки в
ДНК. В первом случае, каждой аминокислоте соответствует од-
нобуквенный символ (Табл.4.1), слева записывается нормальный
вариант аминокислоты, справа - мутантный, а расположенный в
центре номер соответствует месту замены в цепочке первичного
продукта трансляции. Например, запись D44G означает замену
аспарагина на глицин в 44-м положении полипептидной цепи, а
A655E - аланина на глутамин в пложении 655 белкового продук-
та. Так записываются различные варианты аминокислотных замен
при миссенс мутациях. Буквой Х обозначается место остановки
синтеза полипептидной цепи при нонсенс мутациях. Например,
Q39X означает замену глицина на стоп сигнал в 39-м кодоне, а
W1282X - триптофан-триплета на стоп-кодон в положении 1282.
Отсутвие одной или нескольких аминокислот обозначают значком
^-дельта. Так, наиболее частая мутация, приводящая к муко-
висцидозу- ^F508 - означает отсутствие фенилаланина в 508
положении трансмембранного регуляторного белка муковисцидо-
за. Полиморфизмы, связанные с равноценной по функциональной
значимости заменой аминокислот, записывают через черточку.
Например, M/V470 - метионин или валин в положении 470.
Таблица 4.1. Символы аминокмслот.
------------------------T-----------------T--------------¬
¦ Аминокислоты 1¦ 0 Трехбуквенный 1¦ 0
Однобуквенный 1¦
¦ 1¦ 0 символ 1¦ 0 символ 1
¦
+-----------------------+-----------------+--------------+
¦ Аланин 1¦ 0 Ala 1¦ 0 A 1
¦
¦ Аргинин 1¦ 0 Arg 1¦ 0 R 1
¦
¦ Аспарагин 1¦ 0 Asn 1¦ 0 N 1
¦
¦ Аспарагиновая кислота 1¦ 0 Asp 1¦ 0 D 1
¦
¦ Asn и/или Asp 1¦ 0 Asx 1¦ 0 B 1
¦
¦ Цистеин 1¦ 0 Cys 1¦ 0 C 1
¦
¦ Глутамин 1¦ 0 Gln 1¦ 0 Q 1
¦
¦ Глутаминовая кислота 1¦ 0 Glu 1¦ 0 E 1
¦
¦ Gln и/или Glu 1¦ 0 Glx 1¦ 0 Z 1
¦
¦ Глицин 1¦ 0 Gly 1¦ 0 G 1
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, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57
|