Занятие № 6. Аутосомно-рецессивный тип наследования PDF

**Информационно-дидактический блок.** **Занятие № 6. Аутосомно-рецессивный тип наследования** **Вопросы для подготовки к занятию:** 1\) Характеристика аутосомно-рецессивного типа наследования. 2\) Особенности проявлений аутосомно-рецессивных признаков. 3\) Молекулярно-генетические механизмы про...

**Информационно-дидактический блок.** **Занятие № 6. Аутосомно-рецессивный тип наследования** **Вопросы для подготовки к занятию:** 1\) Характеристика аутосомно-рецессивного типа наследования. 2\) Особенности проявлений аутосомно-рецессивных признаков. 3\) Молекулярно-генетические механизмы проявления аутосомно-рецессивных признаков. 4\) Фенилкетанурия 5\) Муковисцидоз 6\) Адреногенитальный синдром **1. Характеристика аутосомно-рецессивного типа наследования. Аутосомно**-**рецессивное** **наследование**  -- свойственный диплоидным эукариотам **тип** **наследования** признака, контролируемого рецессивными аллелями аутосомного гена. Для проявления мутации или болезни с таким **типом** **наследования** мутантный аллель, локализованный в аутосоме, должен быть унаследован от обоих родителей. Во всех случаях аутосомно-рецессивного наследования, если оба родителя несут дефектный ген, то по законам Менделя вероятность того, что дети, как и их родители, будут носителями мутантного гена составляет 50 %, вероятность рождения ребёнка без мутации -- 25 %, вероятность рождения больного ребёнка -- 25 %. При этом генные болезни этого типа наследования с одинаковой частотой встречаются как у мужчин, так и у женщин. В основе многих наследственных заболеваний человека лежит данный тип наследования. ***Аутосомно-рецессивными*** являются, например, большинство метаболических болезней, к которым относятся: Болезнь **метаболическая миопатия, спинальная мышечная атрофия,** **Тея-Сакса, болезнь Гоше, болезнь Ниманна-Пика**, **фенилкетонурия, галактоземия, муковисцидоз, наследственная тугоухость, атаксия Фридрейха, адреногенитальный синдром, врожденный гипотиреоз** и т.д. **2.Особенности проявлений аутосомно-рецессивных признаков.** Рецессивные признаки проявляются только в том случае, когда мутантный аллель присутствует в гомозиготном состоянии. Индивидуумы, гетерозиготные по этим признакам, не имеют фенотипических проявлений болезни, а являются ее носителями. В родословной заболевание прослеживается по горизонтали в одном поколении у сибсов (рис. 1). 11.tif **Рис. 1. Родословная при аутосомно-рецессивном типе наследования** ***[Родственные браки.]*** При аутосомно-рецессивных болезнях нередко можно выявить родственные связи между родителями. Например, при метаболическом заболевании **алкаптонурии** более четверти родителей -- родственники. Однако, при частых аутосомно-рецессивных болезнях (таких, как **муковисцидоз**) частота родственных браков между родителями незначительна. ***[Генетический риск.]*** Возможные комбинации гамет (25 % здоровых гомозигот по нормальному аллелю, 50 % здоровых гетерозигот и 25 % пораженных гомозигот по мутантному аллелю) приводят к вероятности рождения больного ребёнка, равной 25 %. ***[Компаундные гетерозиготы.]*** При моногенных аутосомно-рецессивных болезнях идентифицировано большое число различных мутаций в одном гене. Сочетание двух различных мутаций в одном локусе, но в разных аллелях у индивидуума (компаундной гетерозиготы) носит название аллельной гетерогенности.  **Рис. 2. Вариабельность генотипов при аутосомно-рецессивном типе наследовании.** **3. Молекулярно-генетические механизмы проявления аутосомно-рецессивных (АР) признаков.** [Генные (точковые) мутации по проявлению в генотипе] бывают доминантными и рецессивными. Выделяют следующие виды генных мутаций: замена оснований (транзиция и трансверсия); сдвиг рамки считывания/ *frame-shift* (выпадение или вставка одного или нескольких оснований); миссенс мутация; нонсенс мутация. **[Ген (ДНК)]** **[РНК]** **[Синтез белка]** **[Нарушение структуры клеток Нарушение клеточных ферментов]** **[Нарушение функции клеток]** **Схема 1. Патогенез генных болезней** Таким образом, при генных болезнях наблюдаются два вида изменения белковых продуктов: первая группа болезней обусловлена мутациями [структурных генов] - проявляется качественными изменениями белковых молекул, то есть с наличием у больных аномальных белков; вторая группа болезней обусловлена мутациями [функциональных генов] - проявляется количественными изменениями содержания нормального белка в клетке (повышенное, пониженное). Из выше изложенного следует, что первичные эффекты мутантных генов могут проявляться в четырех вариантах: отсутствие синтеза полипептида синтез аномального полипептида количественно недостаточный синтез полипептида количественно избыточный синтез полипептида Вещества, накапливающиеся в результате отсутствия или снижения активности ферментов, либо сами оказывают токсическое действие, либо включаются в цепи вторичных обменных процессов, в результате которых образуются токсические продукты. 4. **Феникетанурия - э**то наследственное заболевание также называют болезнью Феллинга и относят к группе ферментопатий, обусловленных нарушением метаболизма аминокислот, преимущественно фенилаланина. В случае несоблюдения низкобелковой диеты больные фенилкетонурией могут страдать от тяжелых поражений ЦНС вследствие накопления в организме фенилаланина и его токсических метаболитов. Фенилкетонурия --- генетическая патология с аутосомно-рецессивным характером наследования. Чаще всего болезнь Феллинга возникает при мутации гена, который кодирует фермент фенилаланин-4-гидроксилазу и расположен на длинном плече хромосомы 12 (локус12q22-q24). Эта мутация является причиной фенилкетонурии I типа, которая встречается в 98 % всех случаев. Существуют также атипичные формы заболевания. Это фенилкетонурия II и III типов. При схожей симптоматике они не поддаются коррекции посредством диетотерапии. **Патогенез фенилкетонурии** В основе классической формы фенилкетонурии лежит недостаточность фермента фенилаланин-4-гидроксилазы, участвующего в конверсии фенилаланина в тирозин в митохондриях гепатоцитов. В свою очередь, производный тирозина -- тирамин является исходным продуктом для синтеза катехоламинов (адреналина и норадреналина), а дийодтирозин -- для образования тироксина. Кроме этого, результатом метаболизма фенилаланина служит образование пигмента меланина. Наследственная недостаточность фермента фенилалаиин-4-гидроксилазы при фенилкетонурии приводит к нарушению окисления фенилаланина, поступающего с пищей, в результате чего его концентрация в крови (фенилаланинемия) и спинномозговой жидкости значительно возрастает, а уровень тирозина соответственно падает. Избыточное содержание фенилаланина устраняется путем повышенной экскреции с мочой его метаболитов - фенилпировиноградной, фенилмолочной и фенилуксусной кислот. Нарушение обмена аминокислот сопровождается нарушением миелинизации нервных волокон, снижением образования нейромедиаторов (дофамина, серотонина и др.), запускающими патогенетические механизмы задержки умственного развития и прогредиентное слабоумие. **Симптомы фенилкетонурии** Новорожденные с фенилкетонурией не имеют клинических признаков заболевания. Обычно манифестация фенилкетонурии у детей происходит в возрасте 2-6 месяцев. С началом кормления в организм ребенка начинает поступать белок грудного молока либо его заменителей, что приводит к развитию первых, неспецифических симптомов -- вялости, иногда -- беспокойства и гипервозбудимости, срыгивания, мышечной дистонии, судорожного синдрома. Одним из ранних патогномоничных признаков фенилкетонурии служит упорная рвота, которая нередко ошибочно расценивается как проявление пилоростеноза. Ко второму полугодию становится заметным отставание ребенка в психомоторном развитии. Ребенок становится менее активным, безучастным, перестает узнавать близких, не пытается садиться и вставать на ножки. Аномальный состав мочи и пота обусловливают характерный «мышиный» запах (запах плесени), исходящий от тела. Часто наблюдается шелушение кожи, дерматиты, экзема, склеродермия. У детей с фенилкетонурией, не получающих лечения, выявляется микроцефалия, прогнатия, позднее (после 1,5 лет) прорезывание зубов, гипоплазия эмали. Отмечается задержка речевого развития, а к 3-4 годам выявляется глубокая олигофрения (идиотия) и практически полное отсутствие речи. Дети с фенилкетонурией имеют диспластическое телосложение, нередко - врожденные пороки сердца, вегетативные дисфункции (потливость, акроцианоз, артериальную гипотонию), страдают запорами. К фенотипическим особенностям детей, страдающих фенилкетонурией, следует отнести светлую кожу, глаза и волосы. Для ребенка с фенилкетонурией характерны специфическая поза «портного» (согнутые в суставах верхние и нижние конечности), тремор рук, шаткая, семенящая походка, гиперкинезы. 5. **Муковисцидоз или кистозный фиброз поджелудочной железы** встречается в среднем с частотой 1:6000 новорожденных. Ген картирован в длинном плече 7 хромосомы (7q31.2) и содержит 24 экзона. Основной тип мутаций -- короткие делеции и однонуклеотидные замены. Большинство мутаций (50- 70 %) представлено делецией трех нуклеотидов в 10-ом экзоне гене (del F508), приводящей к отсутствию аминокислоты фенилаланина в 508 положении полипептидной цепи. Общее количество мутаций превышает 800. Большинство больных имеют разные мутантные аллели (компаунды по двум различным рецессивным мутациям одного гена). Ген контролирует синтез белка, называемого «муковисцидозный трансмембранный регулятор проводимости» (МТРП), который содержит 1480 аминокислот. Ген проявляет свое действие в экзокринных железах и обеспечивает транспорт ионов хлора и натрия через клеточную мембрану. Мутантный ген (белок) повышает вязкость секрета, выделяемого слизеобразующими железами бронхов, кишечника, поджелудочной железы, семенников и придаточных пазух носа, вызывает затруднение его выведения с последующей закупоркой просвета желез. Присоединение вторичной инфекции приводит к воспалению и отеку желез с увеличением продукции вязкого секрета, в конечном итоге -- развитию хронической патологии. В патогенезе заболевания важную роль играет нарушение водно-электролитного компонента панкреатического сока, приводящего к его сгущению и затрудненному выделению в просвет кишечника. В результате этого нарушается формирование каловых масс, развивается кишечная непроходимость и кистозно-фиброзное изменение ткани поджелудочной железы. Выделяют три основные клинические формы муковисцидоза: 1) легочная (15-20 % случаев); 2) кишечная (10 %); 3) смешанная (75-80 %). В 1-4 % случаях отмечается абортивное и стертое течение болезни. Заболевание развивается в первые месяцы жизни и проявляется симптомами поражения дыхательной и пищеварительной системы (в зависимости от формы болезни). Больные дети отстают в росте, развитии мышечной массы. Диагностика заболевания основывается на выявлении симптомов поражения бронхолегочной системы, кишечных расстройств, дисфункции поджелудочной железы, увеличении концентрации хлоридов в поте больных выше 60 ммоль/л, и ДНК- анализе мутантного гена. ДНК-диагностика выявляет шесть основных типов мутаций, встречающихся примерно у 80 % всех больных. Прямая ДНК-диагностика выявляет делеции и инсерции в гене методом ПЦР с последующим анализом длины полученных фрагментов в полиакриламидном гене или анализом гетеродуплексов. Все мутации, создающие сайт рестрикции или приводящие к его исчезновению, выявляют с помощью амплификации области мутации, рестрикции продукта ПЦР соответствующей эндонуклеазой, и последущим анализом электрофоретически разделенных фрагментов. Косвенная ДНК-диагностика проводится с использованием девяти полиморфных локусов МТРП, при этом возникает необходимость обследования больного ребенка для определения маркерного аллеля каждого из родителей, с которым сцеплен мутантный ген. **6. Адреногенитальный синдром.** Адреногенитальный синдром (АГС) также известен как врожденная дисфункция коры надпочечников (ВДКН) или врожденная гиперплазия коры надпочечников (ВГКН). Синдром объединяет заболевания с аутосомно-рецессивным типом наследования, в основе которых лежит дефект одного из ферментов метаболического пути синтеза стероидов. Заболевание вызвано наследственным дефицитом ферментов, которые локализованы в коре надпочечников. Гормоны коры надпочечников включают минералокортикоиды (альдостерон), глюкокортикоиды (кортизол) и половые стероиды (тестостерон и эстроген). Синдром возникает, когда дефицит фермента приводит к снижению надпочечникового синтеза глюкокортикоидов. Происходит снижение ингибирующего влияния гормонов коры надпочечников на гипофиз, поэтому синтез и секреция адренокортикотропного гормона (АКТГ) увеличивается по механизму отрицательной обратной связи. АКТГ стимулирует увеличение размеров надпочечников и выработку ими промежуточных субстратов. Включаясь в другие пути синтеза, метаболиты вызывают повышение уровней других гормонов коры надпочечников --- минералокортикоидов или андрогенов. Измененные уровни минералокортикоидов и половых гормонов приводят к аномалиям электролитного соотношения, проблемам с дифференциацией пола и другим признакам, и симптомам, в зависимости от дефицита фермента и его степени. Частота встречаемости заболевания от 1:5000 до 1:67000. **95% всех случаев ВДКН связаны с дефектом фермента 21-гидроксилазы.** Остальные формы заболевания обусловлены недостаточностью ферментов: 17α-гидроксилазы (P450c17) с недостаточностью 17,20-лиазы или без нее (синдром Биглиери); 11β-гидроксилазы (P450c11): классическая и неклассическая форма; **Дефект 21-гидроксилазы: классификация и клинические проявления** Ген CYP21, кодирующий фермент 21-гидроксилазу, локализован на коротком плече 6-й хромосомы. Описано более пятидесяти мутаций этого гена, приводящих к синтезу фермента со степенью активности от 0 до 60 %. Патогенетической сущностью синдрома является нарушение процесса перехода 17-гидроксипрогестерона и 11-дезоксикортикостерона в 11-дезоксикортизол (рис 1). Развивается гормональная дисфункция, которая сводится к снижению синтеза кортизола альдостерона и избыточному накоплению предшественников кортизола. Избыток прегненолона, прогестерона, 17-гидроксипрогестерона конвертируется в надпочечениковые андрогены. Рис.1. Недостаточность 21-гидроксилазы. Штриховкой выделены стероиды, синтез которых заблокирован. Так происходит угнетение выработки одних кортикостероидов при одновременном увеличении выработки других, вследствие дефицита того или иного фермента, обеспечивающего один из этапов стероидогенеза. **Существуют 3 варианта дефицита 21-гидроксилазы:** дефицит 21-гидроксилазы с сольтеряющим синдромом; простая вирильная форма (неполный дефицит 21-гидроксилазы); неклассическая форма (постпубертатная). В зависимости от типа нарушения гена 21-гидроксилазы (положение мутации, количество мутации, зиготность), наблюдаются потери активности фермента разной степени. Отсюда разнообразие клинических картин при ВДКН. Формы заболевания можно разделить по тяжести течения: сольтеряющая --- тяжелая, простая вирильная --- средняя, неклассическая --- легкая. **Симптомы недостаточности 21-гидроксилазы** При классической вирильной форме адреногенитального синдрома, наружные половые органы у девочек сформированы по гетеросексуальному типу --- гипертрофирован клитор, большие половые губы напоминают мошонку, вагина и уретра представлены урогенитальным синусом. У новорождённых мальчиков явных нарушений выявить не удаётся. С 2--4 лет у детей обоего пола появляются другие симптомы адреногенитального синдрома, то есть андрогенизации: формируется подмышечное и лобковое оволосение, развивается скелетная мускулатура, грубеет голос, маскулинизируется фигура, появляются юношеские угри на лице и туловище. В пубертатном периоде у девочек не растут молочные железы, не появляются менструации. При этом ускоряется дифференцировка скелета, и зоны роста закрываются преждевременно, это обусловливает низкорослость. При сольтеряющей форме 21-гидроксилазной недостаточности, помимо вышеописанных симптомов, у детей с первых дней жизни отмечают признаки надпочечниковой недостаточности. Появляются вначале срыгивания, затем рвоты, возможен жидкий стул. Ребёнок быстро теряет массу тела, развиваются симптомы дегидратации, нарушения микроциркуляции, снижается артериальное давление, начинается тахикардия, возможна остановка сердца вследствие гиперкалиемии. Неклассическая форма адреногенитального синдрома характеризуется ранним появлением вторичного оволосения, ускорением роста и дифференцировки скелета. У девочек пубертатного возраста возможны умеренные признаки гирсутизма, нарушения менструального цикла (первый цикл может запаздывать или начаться раньше времени). В позднем возрасте при небольших дефектах гена на адреногенитальный синдром может указывать наличие бесплодия в анамнезе. Менструальный цикл может быть нерегулярным и иметь тенденцию к задержке. Невынашивание беременности при адреногенитальном синдроме встречается у четверти женщин с дефектным геном. Для диагностики необходимо выполнить генетический анализ. Генетическое исследование гена 21 гидроксилазы и поиск основных мутаций в нем часто применяется в качестве метода подтверждающей диагностики, когда есть клинические проявления заболевания и врач предполагает ВДКН.