 |
Наследование, сцепленное с полом
|
|
|
|
(Х-ХРОМОСОМОЙ): ЦВЕТОВАЯ СЛЕПОТА
Наиболее часто встречающийся пример цветовой слепоты — не-
различение красного и зеленого цветов (синдром, развивающийся в
результате недостатка соответ-
ствующего цвето-поглощаю-
щего пигмента в сетчатке гла-
за). Цветовая слепота встреча-
ется чаще у мужчин, чем у
женщин. При изучении насле-
дования цветовой слепоты
были описаны два типа родос-
ловных: а) мать страдает цве-
товой слепотой, отец — нет,
и все их сыновья (но ни одна
из дочерей!) также имеют это
заболевание (рис. 3.1а), б) отец
страдает цветовой слепотой,
мать и все дети имеют нор-
мальное цветовое зрение, но
один из внуков также цвето-
слепой (рис. 3.16).
Феномен, объясняющий
тип наследования цветовой
слепоты, называется наследо-
Рис. 3.1. Родословные пробандов, стра-
дающих цветовой слепотой (признак
наследуется по поло-сцепленному ме-
ханизму).
В случае а основателем родословной, в которой
цветовая слепота передается по наследству,
является мать; в случае б — отец.
Обозначения те же, что и на рис. 2.1.
ванием, сцепленным с полом, — гены, ответственные за данную анома-
лию, локализованы в половых хромосомах. Поскольку особи разного
пола несут разные половые хромосомы (XX у женщин и XY у муж-
чин), это приводит к определенным отклонениям от менделевских
закономерностей наследования.
Цветовая слепота вызывается рецессивным аллелем с на Х-хро-
мосоме. В результате того, что мужчины получают свою единствен-
ную Х-хромосому от матери, даже одного аллеля, вызывающего цве-
тослепоту, достаточно, чтобы у мужчины, унаследовавшего аллель с
на Х-хромосоме матери, развилось это заболевание. Для женщин же
одной копии аллеля с недостаточно, они должны унаследовать две
|
|
|
Х-хромосомы, несущие гены цветовой слепоты. Именно этим объяс-
няется то, что у мужчин цветовая слепота встречается чаше, чем у
женщин.
У человека существует пара хромосом, которая различается у муж-
чин и женщин. Женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины несут
одну Х- и одну Y-хромосому. Y-хромосома значительно меньше по
размеру, чем любая другая хромосома в геноме человека, и содержит
«мужские гены», а также относительно небольшое количество генов,
отвечающих за другие признаки. Сын и дочь наследуют одну хромосо-
му X от матери; от отца дочери наследуют вторую Х-хромосому, а
сыновья — Y-хромосому. Сыновья не могут унаследовать отцовскую
Х-хромосому (если в зародыше сольются две Х-хромосомы — одна от
матери, другая от отца, то это слияние и определит пол ребенка, т.е.
разовьется женская особь). Дочери наследуют одну Х-хромосому от
своих отцов, но для проявления рецессивных признаков они должны
получить идентичную копию рецессивного аллеля от своих матерей.
Механизмы наследования цветовой слепоты показаны на рис. 3.2.
Если семья состоит из цвето-слепой матери и нормального отца (рис.
3.2а), то это означает, что мать несет два аллеля с (по одному на
каждой из Х-хромосом), а на Х-хромосоме отца располагается нор-
мальный аллель С. Поэтому каждый из сыновей неизбежно унаследует
одну из Х-хромосом матери, несущую с-аллель, и, соответственно,
будет страдать цветовой слепотой. Все дочери тоже унаследуют одну
из Х-хромосом матери, несущую аллель с, однако в результате того,
что они получают Х-хромосому отца с нормальным аллелем С, фено-
типически они будут нормальны, но будут носителями рецессивного
признака (для обозначения фенотипически нормального носителя
патологического аллеля символ этого индивидуума штрихуется напо-
ловину). В случае, когда семья состоит из цвето-слепого отца и здоро-
|
|
|
вой матери, не являющейся носителем рецессивного аллеля, феноти-
пически все дети здоровы (рис. 3.2б, первое поколение), но все доче-
ри окажутся носителями аллеля цветовой слепоты, поскольку
унаследовали отцовскую Х-хромосому, содержащую аллель с. Если же
одна из дочерей образует семью с мужчиной, нормально различаю-
щим цвета, то половина ее сыновей (но ни одна из дочерей!) будут
страдать цветовой слепотой (рис. 3.2б, второе поколение). Половина
дочерей такой женщины будет нести аллель с, который может про-
явиться в следующем поколении.
З. ИМПРИНТИНГ: СИНДРОМЫ ПРАДЕРА-ВИЛЛИ
И ЭНГЕЛЬМАНА
Клиническая картина синдрома Прадера-Вилли (СПВ) включает
широкий спектр поведенческих (например, переедание, несдержан-
ный темперамент, подавленное состояние, депрессия) и физических
(ожирение, низкий рост) признаков. Среди симптомов синдрома Эн-
гельмана (СЭ) называются умственная отсталость, неуклюжая по-
ходка и частый неадекватный смех. Примечательно, что в развитие
этих двух фенотипически разных заболеваний вовлечен один и тот же
участок хромосомы 15; разница состоит в том, от кого эта хромосома
наследуется — от отца или от матери. Такой генетический механизм
называется эффектом запечатления (гаметного/генного запечатления
6-1432 81
или импринтинга) — зависимостью проявления (экспрессии) гена от
того, от кого (отца или матери) наследуется данный ген.
Механизм, по которому метится (запечатлевается) один из алле-
лей, неизвестен. Если мутантная хромосома 15 наследуется от отца, то
ребенок страдает СПВ; если от матери, то у ребенка развивается СЭ.
4. ПОЯВЛЕНИЕ НОВЫХ МУТАЦИЙ:
РАКОВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
Рак груди представляет собой одно из самых часто встречающихся
онкологических заболеваний среди женщин, совокупный риск кото-
рого, по современным оценкам, составит к возрасту 85 лет для дево-
чек, родившихся в 1990 г., около 12,6% (иначе говоря, заболеть мо-
жет 1 из 8 девочек). Предположение о существовании гена (генов), от-
ветственного за наследственную предрасположенность к раку груди,
впервые было высказано более 100 лет назад. Когда оно было подтверж-
дено, то оказалось, что примерно 5-10% всех случаев рака груди конт-
|
|
|
ролируются мутациями определенных генов (к настоящему моменту были
картированы два таких гена — по одному на хромосомах 17 и 13).
Мутации, т.е. изменения наследственного аппарата клетки, затра-
гивающие целые хромосомы или их части, — наиболее часто встреча-
ющиеся примеры механизмов неменделевской генетики. Рассмотрим
кратко одну из классификаций мутаций, разделяющую два их типа:
гаметные (генеративные) и соматические. Первые изменяют гены,
находящиеся в половых клетках; вторые — в клетках тела.
Гаметные мутации не влияют на фенотип родителей, поскольку
они происходят во время формирования гаметы, т.е. когда фенотип
родителя уже сформировался. Но с момента возникновения новой
мутации она передается из поколения в поколение по законам Мен-
деля. В результате таких мутаций, возникающих в поколении F0 (поко-
ление родителей), фенотипически не проявляющих признаков болез-
ни, а затем передающихся из поколения F1 в последующие поколения
(F2, F3,...Fn) по законам Менделя, развиваются многие наследствен-
ные заболевания. Если мутация не детальна и не ведет к серьезному
повреждению репродуктивной способности, процесс передачи мути-
ровавшего гена из поколения в поколение приводит к появлению ро-
дословных со многими носителями мутации, начавшейся только в
одном аллеле (на одной из хромосом представителя поколения F0).
Так, одна из мутаций гена на хромосоме 17, приводящая к развитию
раковых заболеваний, вызывает примерно 57% всех наследуемых слу-
чаев рака груди. Механизм возникновения вредоносных мутаций не-
известен. Предполагается, что в большинстве случаев это спонтанные
мутации. Не установлено также, происходят они в одном аллеле (у од-
ного индивидуума) и затем распространяются в популяции или оди-
наковые мутации происходят у нескольких индивидуумов.
До сих пор мы говорили о гаметных мутациях. Однако примерно
90% случаев заболевания рака груди развивается в результате возник-
новения соматических мутаций.
Соматическими мутациями называются мутации в клетках, не
|
|
|
связанных с формированием гамет. Они воздействуют только на само-
го носителя мутации (определяют его фенотип). Наиболее широко
известные соматические мутации связаны с развитием рака. Сомати-
ческие мутации приводят к исчезновению исходных аллелей и замене
их аллелями-мутантами. Если клетка с таким аллелем-мутантом начи-
нает делиться, то во всех ее дочерних клетках появляются аллели-
мутанты. Вот почему у индивида-носителя соматических мутаций со-
существуют разные клеточные популяции — и та, которая развивает-
ся из «нормальных» клеток (неповрежденных влиянием мутагена), и
та, которая развивается из клеток, содержащих аллели-мутанты и яв-
ляющихся причиной заболевания. Таких индивидов-носителей сме-
шанных клеточных популяций называют «мозаиками».
Индуцированные мутации. До сих пор речь шла о спонтанных мута-
циях, т.е. происходящих без какой-либо известной причины. Возник-
новение мутаций — процесс вероятностный, и, соответственно, су-
ществует набор факторов, которые на эти вероятности влияют и из-
меняют их. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами,
а процесс изменения вероятностей появления мутации — индуциро-
ванном. Мутации, возникающие под влиянием мутагенов, называют
индуцированными мутациями.
В современном технологически сложном обществе люди подверга-
ются воздействию самых разных мутагенов, поэтому изучение инду-
цированных мутаций приобретает все большее значение.
К физическим мутагенам относятся все виды ионизирующих из-
лучений (гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и др.),
ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры; к хи-
мическим — многие алкилирующие соединения, аналоги азотистых
оснований нуклеиновых кислот, некоторые биополимеры (например,
чужеродные ДНК и РНК), алкалоиды и многие другие химические аген-
ты. Некоторые мутагены увеличивают частоту мутаций в сотни раз.
К числу наиболее изученных мутагенов относятся радиация высо-
ких энергий и некоторые химические вещества. Радиация вызывает
такие изменения в геноме человека, как хромосомные аберрации и
потерю нуклеотидных оснований (гл. IV). Частота встречаемости мута-
ций половых клеток, индуцированных радиацией, зависит от пола и
стадии развития половых клеток. Незрелые половые клетки мутируют
чаще, чем зрелые; женские половые клетки — реже, чем мужские.
Кроме того, частота мутаций, индуцированных радиацией, зависит
от условий и дозы облучения.
Соматические мутации, возникающие в результате радиации, пред-
ставляют собой основную угрозу населению, поскольку часто появле-
|
|
|
6* 83
ние таких мутаций служит первым шагом на пути образования рако-
вых опухолей. Так, одно из наиболее драматических последствий Чер-
нобыльской аварии связано с возрастанием частоты встречаемости
разных типов онкологических заболеваний. Например, в Гомельской
области было обнаружено резкое увеличение числа детей, больных
раком щитовидной железы. По некоторым данным, частота этого за-
болевания сегодня по сравнению с доаварийной ситуацией увеличи-
лась в 20 раз.
|
|
|
