Геномные мутации, механизмы возникновения. Классификация геномных мутаций. Биологические антимутационные механизмы.

Геномные мутации – тип мутации, где происходит изменение числа хромосом.

Механизм возникновения мутации – полное нерасхождение хромосом в мейозе.

Классификация геномных мутаций:

1. Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору (5n, 4n, 6n). У человека полиплоидия несовместима с жизнью – рождение мозаиков 46хх – 49хх.
2. Гетероплоидия – изменение числа хромосом.

Варианты гетероплоидии:

• Нуллисомия – отсутствие в клетках организма какой-либо пары хромосом, в норме присущей данному виду (погибают все до рождения).
• Моносомия – отсутствие одной хромосомы из пары, мутация летальна.
• Полисомия – появление лишней хромосомы к паре гомологичных хромосом (добавление одной хромосомы)

Синдромы, обусловленные гетероплоидией

Аномалии аутосом

• Синдром Дауна – трисомия по 21 хромосоме; 47хх, 21+; 47ху, 21+ (укороченные конечности, аномалия строения лица, умственная отсталость)
• Синдром Патау – трисомия по 13 хромосоме; 47хх, 13+; 47ху, 13+ (заячья губа и волчья пасть, шестипалость, полидактилия, множественные пороки развития внутренних органов, ранняя смерть)
• Синдром Эдвардса – трисомия по 18 хромосоме; 47хх, 18+; 47ху, 18+ (открытые швы черепа, деформация суставов, пороки развития внутренних органов, в первый год жизни погибают)
• Трисомия по 8 и 9 хромосоме – погибают в первый год жизни

Аномалия половых хромосом

• Синдром Шерешевского-Тернера – моносомия по Х-хромосоме (50-60 % клеток слизистой щеки нет полового хроматина, низкий рост, крыловидная складка шеи, бесплодие, задержка психического развития)
• Синдром трипло-Х – 47ХХХ (две глыбки полового хроматина, внешне не выражено, снижение интеллекта, 2/3 бесплодны, склонность к эпилепсии и шизофрении)
• С увеличением числа Х-хромосомы нарастает степень отклонения от нормы
• Синдром Клайнфельтера – 47 ХХУ (1/700, высокий рост, узкие плечи, широкий таз, жировые отложения по женскому типу, бесплодие, понижен интеллект)
• Полисомия по У-хромосоме, 47ХУУ – дисомия (часто встречается, высокий рост, нормальное развитие половых желез, интеллект почти не снижен, характерны психопатические черты, неустойчивость эмоций, повышенная агрессивность, неадекватное поведение)
• Антимутационные механизмы:

• Диплоидный набор хромосом
• Жизненноважные гены представлены многочисленными копиями
• Репарация ДНК – процесс восстановления поврежденной ДНК

Репарация ДНК: фотореактивация (световая) и темновая.

Световая репарация – восстановление поврежденной ДНК УФ-лучами под действием видимого света, осуществляется специальным ферментом (фотореактивный), активирующимся квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет возникшие в димерах связи и восстанавливает целостность нити ДНК. При световой фазе исправляются повреждения, возникшие только под действием ультрафиолетовых лучей.

Темновая репарация – восстановление поврежденной молекулы ДНК без видимого света ( эксционная, пострепликативная, SOS-репарация).

Темновая репарация осуществляется комплексом из пяти ферментов.

Этапы эксциозной репарации:

1) Узнавание димера и инцизия – надрезание ДНК вблизи димера (эндонуклеаза - узнает химические изменения на участке цепи ДНК)

2) Эксцизия – вырезание поврежденного участка (экзонуклеаза – осуществляет вырезание поврежденного участка)

3) Ресинтез ДНК (ДНК-полимераза – синтезирует новый участок по принципу комплементарности взамен удаленного участка)

4) Сшивание ДНК (лигаза – соединяет концы старой цепи и восстановленного участка)

Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения генетики человека.

 

Основные закономерности наследственности и изменчивости живых организмов были открыты благодаря разработке и применению гибридологического метода генетического анализа (Мендель). Наиболее удобными объектами для анализа потомства стали горох, дрозофила, дрожжи. Отличительной особенностью этих видов является достаточно высокая плодовитость, короткий жизненный цикл и быстрая смена поколений, небольшое число групп сцепления в их геномах и умеренное модифицирование признаков под влиянием окружающей среды.

 

С точки зрения приведенных выше характеристик видов, удобных для применения гибридологического метода генетического анализа, человек как вид обладает рядом особенностей, не позволяющих применять этот метод для изучения его наследственности и изменчивости:

-невозможность направленного скрещивания и малочисленность потомства, компенсируется подбором в популяции семей с интересующим генетика признаком в количестве, достаточном для проведения статистического анализа потомства;

-позднее половое созревание;

-большое число хромосом;

-большинство признаков человека являются полигенными;

-генетический полиморфизм многих признаков;

 

Достоинством человека как объекта генетических исследований является большое число супружеских пар.

Все перечисленные особенности человека делают невозможным применение для изучения его наследственности и изменчивости гибридологического метода генетического анализа. Однако генетиками разработаны методы, позволяющие изучать наследование и изменчивость признаков человека, несмотря не перечисленные ограничения:

-генеалогический

-близнецовый

-цитогенетический

-популяционно-статистический

-биохимический

-дерматоглифика

-молекулярно-генетический

-пренатальная диагностика

Популяционно- статистический метод в генетике человека. Закон Хайди- Вайнберга и его применение для популяции человека.

В медицинской практике нередко появляется необходимость установить количественные соотношения людей с различными генотипами по какому-нибудь аллелю, включающий патологический ген, или частоту встречаемости этого гена среди населения. С этой целью используется популяционно-статистический метод. Расчеты ведутся в соответствии с законом Харди- Вайнберга.

Этот закон справедлив для популяций, отвечающих следующим условиям:

· панмиксия (свободное скрещивание, т.е. отсутствие специального подбора пар по каким-либо отдельным признакам);

· большая численность популяции;

· отсутствие оттока генов или миграции особей за пределы популяции;

· отсутствие притока генов за счет мутаций или миграции особей извне в данную популяцию;

· равная плодовитость гомозигот и гетерозигот;

Такая популяция называется равновесной (идеальной). Считается, что человеческая популяция приближается к идеальной и поэтому для ее анализа применим закон Х-В.

Закон Х-В:

· Определяет генетическую структуру популяций (частоты генов и генотипов)

· Определение полиморфизма популяции.

· Анализа причин изменения генофонда.

В такой популяции сумма частот аллелей одного гена величина постоянная. p+q=1, где p- частота доминантных аллелей А; q- частота рецессивных аллелей а. Сумма частот генотипов по одному аллелю в данной популяции есть величина постоянная. P²AA+2pqAa+q²aa=1

· P² – частота гомозигот по доминантному гену (АА)

· 2pq- частота гетерозигот (Аа)

· q- частота гомозигот по рецессивному гену

Пример1: В какой популяции частота доминантных аллелей равна 0,6; частота рецессивных аллелей 0,4?

P+q=0.6+0.4=1 Подставив эти значения получим p²0.36+2pq0.48+q²0.16 т.е. в данной популяции 36% гомозигот АА, 48% гетерозигот Аа, 16% гомозигот аа. Этот закон можно использовать для расчета частоты гетерозигот в популяции, у которых ген фенотипически не проявляется.

Пример 2: Известна частота гомозигот по патологическому генуq² (аа) = 0,0001, т,к он проявляется фенотипически. Но часть рецессивных аллелей будет находиться в составе гетерозигот. По формуле Х-В находим: q²= 0,0001; q= корень0,0001 =0,01; P+q =1; p=1-q=1-0,01=0.99; 2pq=2*0.99*0.01=0.0198. Частота гетерозигот равна 1,98%- находим для оценки мутагенности среды

 

Генеалогический метод изучения генетики человека. Особенности наследования признаков в родословных с аутосомно – доминантным, аутосомно – рецессивным , Х-сцепленным и Y- сцепленным типах наследования.

Клинико- генеалогический метод (КГМ, метод родословных) представляет собой прослеживание нормального или патологического признака внутри рода или семьи с указанием типа родственных связей. Он является универсальным и должен использоваться врачами всех специальностей.

Основными целями КГМ являются:

· Определение наследственного характера патологии

· Сбор сведений о семье и составление родословной

· Определение типа наследования. Анализ родословной.

Составление родословной начинается с пробанда. Им может быть как больной, так и носитель признака, наследование которого надо изучить. Братья и сестры называются сибсами.

КГМ позволяет:

· установить наследственный характер признака

· определить тип наследования

· определить вероятные генотипы у членов семьи

· определить вероятность рождения детей с данными признаками в следующих поколениях.