|
теоретически ожидаемые частоты гамет четырех типов равны
произведению частот входящих в эти гаметы аллелей, то есть
Pnm=Pn*Rm. В этом случае произведение частот двух типов га-
мет (A1B1 и A2B2), находящихся в состоянии "притяжения",
равно произведению частот гамет в состоянии "отталкивания"
(A1B2 и A2B1), то есть P11*P22 = P1*P2 *R1*R2 = P12*P21. Од-
нако, если сочетания аллелей в гаметах неслучайны, то эти
произведения различны. Их разность служит мерой неравно-
весности по сцеплению - d. Итак d = ¦P11*P22 - P12*P21¦ При
отсутствии неравновесности по сцеплению d = 0. Верхняя гра-
ница d = 0.25. Максимальная неравновесность по сцеплению
достигается при полном отсутствии двух типов гамет, находя-
щихся либо в состоянии "притяжения", либо в состоянии "от-
талкивания", при одновременном равенстве частот оставшихся
двух типов гамет.
Мутации в различных локусах возникают, как правило, не-
зависимо друг от друга и наличие неравновесности по сцепле-
нию, по-видимому, отражает тот факт, что мутация в одном из
локусов возникла в хромосоме, несущей определенный аллель
другого локуса, и далее эта хромосома получила распростране-
ние в популяции. Неравновесность по сцеплению является очень
важной популяционной характеристикой, позволяющей судить о
порядке и примерном времени возникновения различных мутаций,
а также оценивать возможные механизмы их поддержания в попу-
ляции. Обнаружение сильной неравновесности по сцеплению меж-
ду специфическими мутациями гена и определенными аллелями
маркерных локусов имеет важное практическое значение. Часто
наблюдается неравновесность по сцеплению между мутантными
аллелями гена и одновременно несколькими маркерными локуса-
ми. В этом случае анализ маркерных гаплотипов, то есть набо-
ров аллелей различных локусов, локализованных в одной хро-
мосоме, дает возможность с высокой степенью вероятности оце-
нивать характер мутационного повреждения и прослеживать его
наследование в семьях больного.
Раздел 5.3 Частоты спонтанного мутагенеза.
Считается, что средняя частота спонтанного возникнове-
ния мутаций в структурных локусах человека колеблется в пре-
делах от 10(-5) до 10(-6) на одну гамету за каждое поколе-
ние. Однако, эта величина может значительно варьировать для
разных генов, меняясь в пределах от 10(-4) для высокомута-
бильных локусов до 10 (-11) в наиболее устойчивых частях ге-
нома. Эти различия зависят от многих факторов и, в первую
очередь, от характера мутационного повреждения, от механизма
возникновения мутации и локализации нарушения. Большое зна-
чение также имеет сам ген, протяженность его кодирующих об-
ластей и те функции, которые выполняют контролируемые им мо-
лекулы в обеспечении жизнедеятельности клеток и всего орга-
низиа, в целом. Так например, нарушение работы генов, про-
дукция которых необходима на ранних стадиях эмбриогенеза,
может приводить к гибели плода. Такие мутации трудны для ди-
агностики и в практической медицине мы чаще всего имеем дело
только с теми мутациями, которые не проявляют летального эф-
фекта на ранних стадиях эмбрионального развития. Тем ни ме-
нее, не исключено, что ранние эмбриональные летали составля-
ет немалый процент среди мутантных аллелей различных генов и
вносят определенный вклад в снижение репродуктивной функции.
Особого внимания заслуживает проблема мутирования в
STR-сайтах и в VNTR- локусах, часто используемых в настоящее
время для геномной дактилоскопии и молекулярной диагностики.
Эти участки генома, изменчивость в которых обусловлена раз-
личиями в числе тандемных повторов, формально можно отнести
к разряду высокомутабильных. Заметим сразу, однако, что пря-
мое сопоставление темпов мутирования в кодирующих областях
генома и в мини- и микросателлитных последовательностях ДНК,
по-видимому, некорректно, так как физическая основа изменчи-
вости, наблюдаемой в этих функционально и структурно разли-
чающихся локусах совершенно различна. Мутабильность в
STR-сайтах обусловлена нестабильностью числа повторов, при-
чем возникающие мутации затрагивают, как правило, лишь весь-
ма ограниченное число кластерированных копий, чаще всего 1
или 2. Подобные тандемные повторы редко наблюдаются в
смысловых последовательностях ДНК. Исключение составляют
лишь мутации экспансии, но и для них характерно (1) сущест-
вование большого числа аллелей дикого типа, отличающихся
друг от друга небольшим числом копий, и (2) значительные
различия по длине повторяющегося участка между нормальными и
мутантными вариантами гена. Кроме того, изменчивость в
STR-сайтах в основе своей носит нейтральный характер и пото-
му темп мутирования в этих локусах не подвержен жесткому
контролю со стороны естественного отбора.
Прямые исследования показали, что в большинстве случаев
частота возникновения спонтанных мутаций в микросателлитных
STR -сайтах варьирует в пределах от 0.1% до 0.45% на гамету,
что должно учитываться при использовании этих маркеров в
практической медицине. Частота мутирования в вариабильных
(C-A)n -повторах, используемых в качестве индексных маркеров
в Genethon - картах сцепления составляет 0.05% на гамету.
Показано, что для ряда VNTR-локусов (MSB2) частота мутирова-
ния достигает 0.7% на гамету. Для других локусов (М17) обна-
ружено достоверное превышение скорости мутагенеза в зароды-
шевых клетках по сравнению с соматическими. Для многих
достаточно стабильных STR-локусов обнаружены существенные
межпопуляционные различия по частоте аллелей, что позволяет
использовать эту изменчивость для генетической характеристи-
ки отдельных популяций. В то же время другие STR-сайты зна-
чительно чаще подвергаются спонтанному мутированию, что при-
водит к уравновешиванию паттерна аллелей и делает эти марке-
ры малопригодными для популяционных исследований. Имеются
данные, что в наиболее вариабильных STR-локусах частота
спонтанных мутаций может достигать 5% на гамету за поколение
(Jeffreys et al., 1988).
Раздел 5.3. Эндогенные механизмы возникновения мутаций.
Основную часть мутаций, ведущих к наследственным болез-
ням, составляют точечные мутации, делеции и в меньшей степе-
ни инсерции и дупликации. При этом, как показывает детальный
сравнительный анализ, частота, тип и локализация этих мута-
ций отнюдь неслучайны и зависят от многих, пока еще невы-
ясненных эндогенных механизмов мутагенеза. В пользу такого
вывода свидетельствует уникальный характер спектра мутаций
для каждого из многих десятков генов, первичная структура
ДНК и типы мутаций которых уже хорошо изучены. Так, для мно-
гих структурных генов доминирующими по спектру и частоте яв-
ляются точечные мутации (ген трансмембранного регуляторного
белка муковисцидоза, ген фенилаланингидроксилазы, ген факто-
ра IX cвертывания крови, бета-глобиновый ген и мн др.), тог-
да как для других - достаточно протяженные структурные пе-
рестройки типа делеций, дупликаций и инсерций (гены дистро-
фина, фактора VIII свертывания крови, 21-гидроксилазы)
(см.Главу X). К структурным факторам, определяющим эндоген-
ные механизмы мутагенеза, можно отнести (1) наличие прямых и
обратных повторов и симметричных элементов вблизи места пе-
рестройки; (2) высокую концентрация СpG динуклеотидов; (3)
наличие внегенных последовательностей ДНК, гомологичных
фрагментам структурного гена; (4) мобильные элементы генома.
Естественно, что реализация этих структурных факторов в те
или иные типы мутаций возможна лишь в процессе репликации
(1,2) и рекомбинации (3) ДНК хромосом.
Как подробно рассмотрено в серии работ D.N Cooper и
M.Кrawczak (1990, 1991), наличие в первичной структуре ДНК
прямых повторов, идентичных повторяющихся последователь-
ностей, инвертированных повторов, шпилечных структур, квази-
палиндромных последовательностей и симметричных элементов
генома (например CTGAAGTC) нередко ведет к образованию пе-
тель при репликации ДНК вследствие скользящего нарушения
спаривания (slipping mispairing) родительской и дочерней це-
пей ДНК. Эти новые структурные элементы ДНК либо уничтожа-
ются ферментами системы репарации, что ведет к делециям, ли-
бо сохраняются и дублируются, что приводит к дупликациям и
инсерциям, при этом возникшие изменения закрепляются при
последующих раундах репликации. Авторы приходят к следующим
выводам: (1) возникновение подобных мутаций происходит
неслучайно, но зависит от особенностей первичной структуры
ДНК в месте перестройки; (2) в основе структурных перестроек
ДНК лежат ошибки репликации; (3) принципиально сходные моде-
ли эндогенного мутагенеза характерны как для делеций, так и
для инсерций. Считается, что именно механизм скользящего на-
рушения спаривания ответственен за мутации экспансии, приво-
дящие к быстрому увеличению числа тринуклеотидных повторов и
к нарушению работы соответствующих генов, а также за высокую
изменчивость, наблюдаемую во многих местах локализации мини-
и микросателлтных тандемных повторов.
Недавно показано, что повышенной эндогенной мутаген-
ностью обладают вообще все последовательности ДНК, находящи-
еся в определенном конформационном состоянии, а именно в
состоянии изгиба (bent DNA) (Milot et al.,1992). Известно,
что такая конформационная структура ДНК свойственна промо-
торным частям генов, местам начала репликации (origins of
replication), местам контакта хромосом с ядерным матриксом.
Именно эти участки ДНК являются местами посадки ферментов
топоизомераз, вовлеченных в процессы репликации, транскрип-
ции, рекобинации, в том числе, как оказалось, и в процесс
негомологичной (незаконной -illegitimate) рекомбнации. Уста-
новлено, что именно негомологичная рекомбинация может приво-
дить не только к внутригенным делециям, дупликациям и другим
мутациям на молекулярном уровне, но и является одной из
основных причин крупных структурных хромосомных перестроек
типа транслокаций, инверсий и других.
Замены или утраты отдельных оснований в геномной ДНК
могут возникать в результате нарушения процессов репликации
и репарации. Ошибки в ДНК матрице, вызванные действием пов-
реждающих внешних агентов, либо спонтанной деградацией осно-
ваний закрепляются в последующих циклах репликации. Основные
типы спонтанной деградации включают потерю оснований и про-
цесс дезаминирования. Особенно чувствительны к дезаминирова-
нию цитозиновые остатки. Установлено, что у позвоночных поч-
ти половина всех цитозиновых остатков в ДНК метилирована в
5-ом положении. Процесс метилирования особенно часто захва-
тывает области повторов 5'CpG 3', расположенные как внутри
генов, так и в их промоторных частях. При дезаминировании
5-метилцитозин превращается в тимин. В цикле последующей
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57
|
