Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Классификация генных мутаций. Молекулярные болезни

Существует несколько классификаций мутаций:

1. по локализации повреждения – а) генные, б) хромосомные.

2. Генные мутации по механизму развития – а) точковые – транзиция (замена одного пурина на другой или одного пиримидина на другой) и трансверзия (замена пурина на пиримидин или наоборот); б) инверсия – перестановка нуклеотидов; в) делеция – выпадение одного или нескольких нуклеотидов; г) вставка – включение одного или нескольких нуклеотидов.

3. По физиологическому проявлению генные мутации можно подразделить на а) молчащие – замена основания не меняет смысла кодона, т.к. код вырожден, например, УУУ кодирует фен и УУЦ также кодирует фен; б) нейтральные – замена аминокислоты на другую, близкую по строению, например, лей на иле и т.п. При этом биологическая активность белка сохраняется; в) патогенные – нарушение аминокислотного состава белка и его биологической активности. Это приводит к молекулярным болезням или к гибели. Г) полезные – происходит синтез белков с новыми свойствами (эти мутации приводят к появлению нового вида).

Роль мутаций. 1) эволюционная – в результате мутаций возникают организмы лучше приспособленные к условиям внешней среды. 2) мутации обуславливают появление гетерогенных молекул, т.е. белков с небольшими различиями в первичной структуре, благодаря чему эти белки способны выполнять одну и ту же функцию в разных условиях. Например, наличие гетерогенных форм гемоглобина помогает плоду приспосабливаться к разному парциальному давлению кислорода в отдельные периоды внутриутробного развития. 3) возникновение патологических мутаций приводит к развитию генетических болезней. Генетические болезни можно разделить на 3 группы – 1) хромосомные болезни; 2) моногенные болезни; 3) мультифакториальные болезни.

Хромосомные болезни развиваются в результате недостатка или избытка хромосом, выпадения части хромосомы или транслокации (например, синдром Дауна и т.п.). Моногенные, или молекулярные болезни развиваются вследствие поражения одного гена. Они бывают аутосомно-доминантные, аутосомно-рецессивные и Х-сцепленные. Кроме этого моногенные болезни делятся на а) ферментные; б) неферментные.

Ферментные молекулярные болезни Связаны с нарушением синтеза или изменением функции какого-либо фермента. В организме нарушается нормальное течение определенных реакций обмена веществ. Например, при гликогенозах отсутствуют ферменты, катализирующие распад гликогена.

Фенилкетонурия – врожденное заболевание, связанное с отсутствием ферментов, ускоряющих образование тир из фен. При этом в крови накапливается фен (в норме этой аминокислоты 0,006мМ/л, при ФКУ уровень достигает 0,02мМ/л и выше). большое количество фен оказывает токсическое действие на нервную ткань, вызывая демиелинизацию волокон.

Галактоземия развивается при отсутствии ферментов, ускоряющих превращение галактозы в организме, приводит к непереносимости молока и молочных продуктов.

Акаталаземия характерна для жителей Японии и связана с накоплением перекиси водорода, который в норме разрушается каталазой. Это заболевание сопровождается снижением сопротивляемости организма, развитием язв на слизистых и коже, раком кожи.

Неферментные молекулярные болезни Связаны с нарушением структур белковых молекул, чаще первичной структуры, что ведет к неспособности белков выполнять характерные для них функции. Например, серповидно-клеточная анемия возникает в результате точковой мутации в бета-цепи гемоглобина, в которой вал заменяется на глу. При этом изменяются физико-химические свойства гемоглобина – он хуже растворяется в воде, в эритроцитах он располагается в виде полумесяца (серпа), эритроциты более подвержены гемолизу.

Лечение молекулярных болезней: 1) исключение из пищи веществ, которые в результате мутации не усваиваются организмом, например, при галактоземии исключают молоко и молочные продукты; при фенилкетонурии исключают продукты, содержащие фенилаланин; 2) диетическое восполнение этих веществ; 3) нейтрализация токсических продуктов, образующихся при мутации; 4) генная терапия (см. таблицу ниже).

Таблица Принципы генной терапии врожденных болезней

* Галактоземию в первую очередь лечат путем назначения диеты с низким содержанием лактозы, если болезнь выявлена на ранней стадии

Генная терапия включает в себя замещение гена, его исправление и увеличение (амплификация). В настоящее время возможна генная терапия только на уровне соматических клеток.

При замещении мутантный ген удаляется и заменяется на нормальный. При исправлении только мутантная зона поврежденного гена исправляется. Эти методы пока малодоступны. Замещение и исправление генов можно отнести к методам генной хирургии.

Увеличение гена включает введение чужого генетического материала в клетку, чтобы компенсировать уровень недостающего продукта мутантного гена. Это единственный метод генной терапии, доступный в настоящее время. Чужеродный материал может быть введен в пораженные клетки разными методами: 1) на культуре клеток (in vitro) — а) внутриядерная инъекция; б) трансфекция (например, с фосфатом кальция); в) электрофорез. 2 ) в организм больного (in vivo) с помощью – а) специально созданных ретровирусов; б) аденовирусов (используются для введения гена, пораженного при фиброзе поджелудочной железы, при этом аденовирусы вводятся интраназально); в) плазмидно-липосомных комплексов. 3) в эксперименте изучается сайт-направленная рекомбинация.

Генная инженерия — это направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит использование технологии рекомбинантных ДНК. При этом важное значение имеет использование особых ферментов — рестрикционных эндонуклеаз (рестриктаз).

Рестрикционные эндонуклеазы – ферменты, способные вступать в реакцию с определенными участками в ДНК (сайтами узнавания). Эти участки в клетках защищены метильными группами, поэтому рестриктазы присутствуют только в таких клетках, которые содержат специфические метилазы. Метилазы метилируют хозяйскую ДНК и, таким образом, защищают ее от действия рестриктаз. Первая рестриктаза открыта в 60-х годах ХХ-ого века Смитом. После действия фермента одна из цепей ДНК становится длиннее на несколько нуклеотидов. Эти нуклеотиды могут свободно спариваться с другими. Благодаря этому ДНК из различных источников может объединяться, образуя рекомбинантные молекулы.

Гены, контролирующие образование функционально активных белков, теперь можно вводить в бактерии и размножать (амплифицировать). Эта процедура называется клонированием генов. Понятие «клон» определяется как большая популяция идентичных молекул, бактерий или клеток – потомков одного предка. Благодаря клонированию появилась возможность вырабатывать в больших количествах белки, которые раньше удавалось получить ничтожно мало. Это возможно путем технологии рекомбинантных ДНК – бактерии содержат помимо своих ДНК плазмиды – маленькие кольцевые ДНК. Плазмиды реплицируются автономно и сами могут содержать гены, определяющие устойчивость бактерий к антибиотикам или контролирующие синтез веществ, например, колицинов, убивающие другие бактерии. Плазмиду можно выделить и расщепить с помощью рестриктазы в одном сайте, превратив ее в ДНК с «липкими концами». Фрагменты любой чужеродной ДНК с такими же «липкими концами» (полученными после разрезания аналогичной рестриктазой) можно сшить с плазмидой бактерии с помощью лигазы. Полученную таким образом рекомбинантную ДНК вводят в бактерию, где она реплицируется. Источник чужеродной ДНК не имеет значения. Такая ДНК может быть получена, например, из клеток человека, но можно сшивать и искусственно синтезированные гены. Кроме бактериальных плазмид в качестве носителей (векторов) используют ДНК фагов и космиды.

Благодаря использованию клонированных фрагментов установлена хромосомная локализация многих генетических нарушений, для которых не удавалось выявить недостаточности по каким-либо специфическим белкам. К таким заболеваниях относится хорея Гентингтона (хромосома 4); муковисцедоз (хромосома 7); поликистозная нефропатия взрослых (хромосома 16); мышечная дистрофия Дюшена (хромосома 10). Если область ДНК, в которой локализован дефект, имеет характерную структуру гена, то можно синтезировать этот ген, ввести в соответствующий вектор (плазмиду, например), добиться экспрессии и изучить функцию.

Использование генно-инженерных продуктов в медицине. Путем технологии рекомбинантных ДНК получены: 1) активатор тканевого плазминогена (АТП) – используется для рассасывания тромбов. 2) VIII фактор свертывания – используется при гемофилии. 3) ростовые факторы иммунной системы – для стимуляции лейкоцитарной активности при иммунодефицитах. 4) эритропоэтин – используется для лечения анемии при почечной недостаточности. 5) гормон роста (СТГ) – применяют для лечения карликовости. 6) инсулин – применяют для лечения СД. 7) интерферон – для профилактики вирусных инфекций. моноклональные антитела – используются в диагностических целях, для адресной доставки лекарств, радиоактивных изотопов при лечении рака. 9) вакцины – первой была получена вакцина против гепатита В.