Митохондриальная наследственность. Митохондриальные болезни человека.

Митохондриальные заболевания — неоднородная группа наследственных заболеваний, которые вызваны структурными, генетическими или биохимическими дефектами митохондрий, приводящих к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотических организмов. У человека при митохондриальных заболеваниях в первую очередь поражается мышечная и нервная система.

Митохондриальные заболевания как отдельный тип патологий выделены в конце ХХ века после выявления мутации генов, которые ответственны за синтез митохондриальных белков. Открытые в 1960-х годах мутации митохондриальной ДНК и вызванные этими мутациями болезни более изучены, чем заболевания, вызванные нарушениями ядерно-митохондриальных взаимодействий. Распространенность этих заболеваний составляет 1:5000.

Митохондриальная ДНК представляет собой кольцевую хромосому длиной 16 569 пар нуклеотидов, кодирующую 2 рибосомальные РНК, 22 транспортные РНК и 13 субъединиц ферментных комплексов дыхательной цепи (другие 66 субъединиц кодируются в ядре). мтДНК копируется гораздо чаще ядерной ДНК (яДНК) и не защищена гистонами и ДНК-связывающими белками, в связи с чем она более восприимчива к повреждению активными формами кислорода и чаще подвергается мутациям, чем яДНК.

Особенностью митохондриальных заболеваний, обусловленных мутациями мтДНК, является материнский тип наследования (в норме митохондрии передаются только через яйцеклетку). Стоит отметить, однако, что митохондриальное наследование на первый взгляд можно спутать с X-сцепленным рецессивным наследованием — в обоих случаях болеют дети больной женщины. Разница же заключается в соотношении полов больного потомства: при митохондриальном наследовании все дети имеют равный шанс заболеть, в то время как при X-сцепленном рецессивном наследовании мутация клинически проявляется лишь у потомков мужского пола.

Геномный импринтинг. Механизмы геномного импринтинга. Однородительская дисомия (ОРД). Болезни импринтинга.

Геномный импринтинг — эпигенетический процесс, при котором экспрессия определённых генов осуществляется в зависимости от того, от какого родителя поступили аллели. Наследование признаков, определяемых импринтируемыми генами, происходит не по Менделю. Импринтинг осуществляется посредством метилирования ДНК в промоторах, в результате чего транскрипция гена блокируется.

Механизм геномного импритинга. Диплоидные клетки, содержащие по две родительские копии всех генов, будут экспрессировать только одну родительскую копию импринтированного гена и сайленсировать другую родительскую копию. Напротив, неимпринтированные гены будут экспрессироваться в диплоидной клетке обеими родительскими копиями.

Для понимания концепции импринтированных генов важно различать импринтированные гены и гены, демонстрирующие кажущуюся специфичную в отношении родителя экспрессию из-за неравного родительского генетического вклада в зародыш.

Однородительская дисомия, то есть наследование обеих копий целой хромосомы или ее части от одного родителя (при отсутствии соответствующего генетического материала от другого родителя), является исключением из менделевских принципов наследования. Она встречается редко и вызывает, например, синдром Прадера-Вилли и синдром Ангельмана.

Возможный механизм дисомии - элиминация лишней хромосомы у плода с трисомией на ранних стадиях эмбриогенеза. Болезнь проявляется в том случае, если элиминируется лишняя хромосома, происходящая из нормальной гаметы.

Однородительская дисомия была описана при муковисцидозе, когда оба мутантных аллеля наследовались от одного родителя.

К настоящему времени идентифицировано несколько механизмов возникновения БГИ.

1. Однородительская дисомия (ОРД) — наличие у больного двух хромосом с импринтинговыми участками, полученными от одного из родителей. В

этом случае человек имеет нормальный кариотип (46 хромосом), однако, обе хромосомы одной из пар получены им от одного из родителей. Причин возникновения ОРД несколько, но наиболее вероятны из них четыре:

а) нерасхождение хромосом во втором мейотическом делении с образованием идентичных хроматид;

б) нерасхождение хромосом в первом делении мейоза с возникновением негомологичных хромосом;

в) исправление возникшей при делении клеток трисомии или моносомии по хромосомам, содержащим импринтированные гены;

г) соматическая рекомбинация хромосом, т.е

2. Хромосомные перестройки в импринтинговых участках, содержащих экспрессирующиеся гены. Наиболее распространены микроделеции, а также транслокации и инверсии определенного хромосомного региона.

3.Танковые мутации в генах имприктинговых регионов.

4. Делеции в области импринтинговых центров, контролирующих процессы метилирования хромосом. Наиболее часто эффект геномного импринтинга выступает в качестве этиологического фактора при мутациях в хромосоме.