) двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений. Чаще всего Г. п. обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами (направленностью) отбора в различных условиях (например, в разные сезоны), либо повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот (См. Гетерозигота). Один из видов Г. п. - сбалансированный Г. п. - характеризуется постоянным оптимальным соотношением полиморфных форм, отклонение от которого оказывается неблагоприятным для вида, и автоматически регулируется (устанавливается оптимальное соотношение форм). В состоянии сбалансированного Г. п. у человека и животных находится большинство генов. Различают несколько форм Г. п., анализ которых позволяет определять действие отбора в природных популяциях.

Лит.: Тимофеев-Ресовский Н. В., Свирежев Ю. М., О генетическом полиморфизме в популяциях, «Генетика», 1967, № 10.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Генетический полиморфизм" в других словарях:

генетический полиморфизм - Долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь генетических терминов… … Справочник технического переводчика

Genetic polymorphism генетический полиморфизм. Долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций. (Источник: «Англо русский толковый… …

генетический полиморфизм - genetinis polimorfizmas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Genetiškai skirtingų dviejų ar daugiau vienos rūšies formų egzistavimas populiacijoje, kurio negalima laikyti pasikartojančiomis mutacijomis. atitikmenys: angl. genetic … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

генетический полиморфизм - genetinis polimorfizmas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Ilgalaikis buvimas populiacijoje dviejų ar daugiau genotipų, kurių dažnumas labai viršija pasikartojančių mutacijų radimosi tikimybę. atitikmenys: angl. genetic polymorphism rus … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

Генетический полиморфизм - долговременное существование в популяции двух и более генотипов, частоты которых достоверно превышают вероятность возникновения соответствующих повторных мутаций … Словарь по психогенетике

Полиморфизм в биологии, наличие в пределах одного вида резко отличных по облику особей, не имеющих переходных форм. Если таких форм две, явление называется диморфизмом (частный случай ‒ половой диморфизм). П. включает различие внешнего облика… …

I Полиморфизм (от греч. polýmorphos многообразный) в физике, минералогии, химии, способность некоторых веществ существовать в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз),… … Большая советская энциклопедия

Полиморфизм уникального события, англ. unique event polymorphism/UEP в ДНК генеалогии означает генетический маркер, соответствующий одной чрезвычайно редко возникающей мутации. Полагают, что все носители такой мутации наследуют ее от… … Википедия

Прерывистая изменчивость по гомологичным аллелям одного и того же генного локуса, на которой основывается стабильность популяции. Чувствительность организмов к разным факторам окружающей среды дифференцирована, генотипически детерминирована,… … Экологический словарь

Polymorphism полиморфизм. Cуществование в скрещивающейся группировке (в популяции) генетически различающихся особей; П. может иметь негенетический (модификационный) характер например, в зависимости от плотности популяции (см. ) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

Генетический полиморфизм являет собой состояние, при котором отмечается явное разнообразие генов, но несмотря на это частота наименее распространённого гена в популяции будет составлять более 1% Поддержание полиморфизма происходит благодаря постоянного пере-комбинирования и мутирования генов. Согласно результатам последних исследований, проведённых учеными-генетиками, генетический полиморфизм имеет весьма широкую распространённость, ведь комбинирование гена может доходить до нескольких миллионов.

Мутирование генов

В реальной современной жизни гены являются не такими постоянными, однажды и на всю жизнь. Гены могут мутировать с различной переодичностью. Что, в свою очередь, может становиться причиной появления каких-либо ранее не имевшихся признаков, которые бывают далеко не всегда полезны.

Все мутации принято подразделять на следующие виды:

генные - приводящие к переменам последовательности нуклеотидов ДНК в каком-либо отдельном гене, что приводит к изменениям также и в РНК и в белке, кодируемом данным геном. Генные мутирования также подразделяются на 2 категории рецессивные и доминантными. Данный вид мутаций может привести к развитию новых признаков, поддерживающих либо подавляющих жизнедеятельность живого существа.

генеративное мутирование отражается на половых клетках и передаются при сексуальном контакте;

соматическое мутирование не отражается на половых клетках, у животных и людей не передаётся от родителей к детям, а у растений может наследоваться в случае вегетативного размножении;

геномное мутирование отражается на изменении численности хромосом в клеточном кариотипе;

хромосомное мутирование напрямую затрагивает процесс перестройки структурности хромосом, изменения положений их участков, происходящих из-за разрывов либо выпадением отдельных участков.

К мутированию генов, а, значит, и к повышению распространённости недугов имеющих наследственную природу могут привести следующие составляющие современной жизни:

Техногенные катастрофические происшествия;

Загрязнение экологической среды (применение пестицидов, добыча и использование горючего, применение средств бытовой химии);

Использование лекарственных средств и пищевых добавок, воздействующих на ДНК и РНК;

Приём в пищу генетически преобразованных продуктов питания;

Длительное, постоянное, либо особенно сильное кратковременное радиационное излучение.

Мутирование генов - процесс весьма непредсказуемый. Это связано с тем,что заранее предугадать, какой ген, каким образом и в какую сторону мутирует - предугадать практически невозможно. Мутирование генов протекает сам по себе, изменяя наследственные факторы и, на примере такого генетически обусловленного заболевания как тромбофилия, вполне очевидно, что далеко не всегда эти преобразования идут на пользу.

Виды полиморфизма

Среди учёных-генетиков принято различать преходящий и сбалансированный генный полиморфизм. Преходящий полиморфизм отмечается в популяции в том случае, если имеет место замена аллеля, бывшего ранее обыкновенным, иными аллелями, наделяющими своих носителей более высоким уровнем приспособленности. В процессе протекания преходящего полиморфизма отмечается направленное сдвигание (исчисляется в %) различных генотипных форм. Данный вид генного полиморфизма - являет собою основной путь эволюционного процесса. В качестве примера преходящего полиморфизма можно привести процесс индустриального механизма. Таким образом, в результате ухудшения экологического состояния в ряде крупнейших мегаполисов мира более чем у 80-ти разновидностей бабочек, появились более темные расцветки. Это произошло по причине постоянного загрязнения стволов деревьев и последующего уничтожения более светлых особей бабочек насекомоядными птицами. Позже выяснилось, что более темная расцветка тела у бабочек появилась по причине генного мутирования, вызванного загрязнением окружающей среды.

Сбалансированный генный полиморфизм объясняется отсутствием сдвига численного соотношения различных форм и генотипов среди популяций, проживающих в не изменяющихся условиях окружающей среды. Однако процентное соотношение форм либо остается неизменным, либо может варьироваться вокруг какой-либо не изменяющейся величины. В отличие от преходящего генного полиморфизма, сбалансированные полиморфические явления - это неотъемлемая часть непрекращающегося эволюционного процесса.

Генный полиморфизм и состояние здоровья

Современные медицинские исследования доказали, что процесс внутриутробного развития ребёнка может значительно увеличивать вероятность тромбогенных сдвигов. Особенно это ожидаемо в том случае, если женщина имеет предрасположенность либо страдает сама генетическим заболеванием. Чтобы беременность и процесс рождения долгожданного малыша проходили без серьёзных осложнений, врачи рекомендуют поднять свою родословную на предмет того, страдали ли близкие или более дальние родственники будущей мамы наследственно обусловленными заболеваниями.

На сегодняшний день стало известно, что гены такого передающегося по наследству заболевания как тромбофилия, способствуют развитию тромбофлебита и тромбоза во время вынашивания ребёнка, родовой деятельности и послеродового периода.

Кроме того полиморфические изменения генов фактора протромбина FII могут стать причиной неизлечимого бесплодия, развитию наследственно обусловленных пороков развития и даже внутриутробной гибели младенца ещё до рождения либо вскоре после рождения. Кроме того, данное генное преобразование в разы увеличивает риск развития таких недугов, как: тромбофлебит, тромбоэмболия, атеросклероз, тромбоз, инфаркт миокарда и ишемическое поражение сосудов сердца.

Генный полиморфизм фактора Лейдена FV также может значительно усложнить процесс беременности, так как он способен провоцировать привычный выкидыш и способствовать развитию генетических нарушений у ещё нерождённого ребёнка. Кроме того, он может вызвать наступление инфаркта либо инсульта в юном возрасте либо способствовать развитию тромбоэмболии;

Мутирование генов PAI-1 уменьшает активность противостоящей свертыванию системы, по этой причине его принято считать одним из важнейших факторов нормального протекания процесса свёртывания крови.

Развитие таких недугов как тромбоз либо тромбоэмболия - весьма опасны при беременности. Без профессионального медицинского вмешательства они нередко приводят к смертности во время родов как матери, так и ребёнка. Кроме того, роды при наличии этих недугов в большинстве случаев бывают преждевременными.

Когда необходимо сдавать кровь с целью выявления генетических нарушений?

Иметь некоторые сведения о предрасположенности к тем или иным генетическим заболеваниям рекомендуется каждому человеку даже если он не планирует беременность. Подобные знания могут оказать бесценную помощь в профилактике и лечении ускоренного тромбобразования, инфарктов, инсультов, ТЭЛА и других недугов. Однако на сегодняшний день значение информации о своём генетическом фонде играет огромную роль в лечении кардиологических недугов и в акушерском деле.

Таким образом, где назначение анализа на выявление тромбофилии и гемофилии играет особую роль в следующих случаях:

При планировании беременности;

При наличии патологических осложнений во время беременности;

Лечении заболеваний сосудов, сердца, артерий и вен;

Выяснении причин выкидышей;

Лечении бесплодия;

При подготовке к плановым операциям;

В лечении онкологических новообразований;

При лечении гормональных нарушений;

Лицам, страдающим ожирением;

При лечении эндокринологических болезней;

При необходимости принимать контрацептивные составы;

Лицам, занимающимся особенно тяжёлым физическим трудом и пр.

Своевременное развитие медицины позволяет заблаговременно выявить генетические аномалии, определить их полиморфизм и возможную предрасположенность к развитию генетических заболеваний путем проведения сложнейшего анализа крови. Хотя при проведении данного анализа в платных медицинских центрах подобное обследование может требовать некоторых затрат, проведение такого анализа может весьма облегчить лечение либо предупредить развитие множества генетических нарушений.

К мультифакториальным заболеваниям относится подавляющее большинство хронических болезней человека, включая сердечнососудистые, эндокринные, иммунные, нервно-психические, онкологические и др. Полиморфизмы «генов предрасположенности» в сочетании с неблагоприятными внешними факторами (нерациональное питание, вредные привычки, загрязнения окружающей среды, инфекции) повышают риск развития заболевания.

В ходе эволюции SNP появляются в результате мутации единого аллеля-предшественника. Такое огромное количество изменений в жизненно-важной генетической программе возникает потому, что в ДНК любой клетки человека ежедневно происходят тысячи случайных изменений (например, депуринизация - отрыв основания аденина или гуанина от нуклеотида), а в процессе репликации самым частым классом ошибок являются замены одиночных пар нуклеотидов. Замена нуклеотида в последовательности ДНК может произойти в регулирующей области гена и значительно изменить уровень его экспрессии (количество транскрибируемой РНК), либо в кодирующей области, отвечающей непосредственно за «считываемый» с гена белок-продукт. А может быть и такой случай, что ДНК мутирует, а продукт гена остается неизменным - в этом случае говорят о синонимичной замене .

Скорость мутации нуклеотидной пары равна примерно 10 −8 на поколение. Зная число пар нуклеотидов в геноме (3 млрд.) можно вычислить, что каждая гамета содержит примерно 30 однонуклеотидных замен, т.е. каждый ребенок в мире рождается с примерно 60 новыми SNP! Изменение одной «буквы» в гене может существенно повлиять на работу белка-продукта за счет изменения пространственной организации белковых доменов (рис. 1), либо за счет нарушения посттранскрипционных изменений РНК (сплайсинга и редактирования) или посттрансляционных модификаций белка (процессинга и присоединения различных химических групп к аминокислотным остаткам). А может и не повлиять. Такие несинонимичные замены (nSNVs - nonsynonymous single nucleotide variants) с точки зрения эволюции считаются нейтральными (ни вредными, ни полезными). Большая часть SNP, конечно же, относится именно к этому классу, иначе рождаемые дети просто-напросто не выживали бы.

Рисунок 1. Вредные несинонимичные замены. Пример такой замены - полиморфизм PAH R408W, причина довольно известного заболевания фенилкетонурии (ФКУ). На этикетках газированных напитков и жевательных резинок можно встретить надпись «не рекомендовано больным фенилкетонурией». А все потому, что эти продукты содержит подсластитель аспартам , который состоит из двух аминокислот - аспарагиновой кислоты и фенилаланина. Организм здорового человека последнюю перерабатывает, однако у больных ФКУ - редким врожденным заболеванием (оно диагностируется у одного из 10 000 новорожденных) - фенилаланин и продукты его распада накапливаются в организме и могут привести к поражению мозга. Больных детей до совершеннолетия нужно кормить пищей, не содержащей фенилаланина. На молекулярном уровне это объясняется тем, что в гене фенилаланин-4-гидроксилазы в 12-м экзоне происходит замена цитозина на тимин. Вследствие этого возникает замена аргинина на триптофан в 408 положении аминокислотной последовательности печеночного фермента, который в норме катализирует превращение фенилаланина в тирозин. В результате замены нарушается сборка активного белка («портится» взаимодействие между двумя субъединицами тетрамера), и фермент не может больше выполнять свои функции. На рисунке изображена доменная структура олигомера гидроксилазы и обнаруженные SNР, нарушающие фолдинг белка .

Один ген может иметь много полиморфных вариантов. Большинство замен в них является безвредными (нейтральными). Наиболее часто встречаемый аллель называют нормальным, а редкие варианты - мутантными. Если при конкретном заболевании наблюдается более высокая частота определенного аллельного варианта (неважно - мутантного или нормального), то такой SNP называют ассоциированным с заболеванием, а полиморфный ген - геном-кандидатом предрасположенности к развитию МФЗ. Развитие МФЗ может быть запущено либо одной причиной, либо комбинацией нескольких, которые могут быть чисто генетическими (например, один или несколько аллельных вариантов комплекса генов), либо чисто средовыми (например, химические аллергены, действию которых подвергается работник лакокрасочного завода или парикмахер), либо поведенческими (например, пристрастие к определенной пище), либо социальными или психологическими. При этом индивидуальный вклад каждой причины в проявление болезни может быть незначительным, и только их сумма ведет к развитию заболевания.

Пример МФЗ, к развитию которого приводит только наличие определенных комбинаций аллельных вариантов в генах предрасположенности - невынашивание беременности (НБ) (рис. 2). Сочетание аллельных вариантов с действием факторов среды пока мало изучено, однако на данный момент в мире исследованы SNP более 90 генов, относящихся к генной сети патологии беременности. Большая часть работ посвящена исследованию генов системы детоксикации, фолатного обмена, факторов свертывания крови, HLA-системы, факторов роста, генов антиоксидантной защиты и генов, вовлеченных в воспалительные процессы.

Рисунок 2. Имплантация эмбриона и причины невынашивания. Успех беременности зависит от полноценной имплантации эмбриона в организм матери. Успешная имплантация - результат сложных взаимодействий между гормонально подготовленным эндометрием матки и зрелой бластоцистой. Имплантация бластоцисты в эндометрий включает два этапа: 1) адгезия двух клеточных систем - эндометрия и трофобласта - и 2) децидуализация стромы эндометрия. Затем начинается фаза внедрения трофобласта в стенку эндометрия и активная дифференцировка трофобласта. Активно делящиеся клетки цитотрофобласта, сливаясь, образуют путем эндоредупликации синцитиотрофобласт, напрямую контактирующий с материнской кровеносной системой. В этом процессе активно задействованы все молекулы-участники регуляции и контроля клеточного цикла. Цитотрофобласт внедряется в децидуа и изменяет кровеносные сосуды матери для обеспечения тока крови к плоду: образуются хорион и плацента. Если при формировании плаценты инвазия трофобласта будет недостаточной, то произойдет выкидыш или задержка развития плода .

Рисунок 4. Механизм работы системы контроля повреждений ДНК. В раннем эмбриональном периоде происходит активное деление как клеток плода, так и материнских клеток. Этот процесс осуществляется ансамблем слаженно действующей системы репарации. Излучения (радиация, УФ), побочные продукты метаболизма, которые образуются внутри клеток, токсины, попадающие в организм с воздухом, пищей или питьем, а также ошибки репликации вызывают изменения в нуклеотидной последовательности ДНК, которые в норме узнаются белками-участниками контроля клеточного цикла.
Среди последних - белковые продукты генов CHEK2 и TP53 , которые останавливают деление клеток и являются объектом нашего исследования. После того, как они срабатывают, ошибка исправляется белками репарации, в числе которых - белковые продукты генов APEX1 и XPD, также ставшие объектами нашей работы. Если же ошибку исправить не удастся, то включается механизм «самоубийства» клетки (апоптоза). Всё это вместе составляет сложную сеть взаимодействующих сигнальных каскадов в клетке, изменение работы одного из которых может привести к нарушению работы и гибели клетки.

Показано, что при различных осложнениях беременности наблюдается повышенный уровень апоптоза в трофобласте . В результате происходит недостаточная подготовка стенок матки к имплантации эмбриона и изменения в маточно-плацентарных артериях, что приводит к снижению кровотока в них. Следствием этого является гипоксия, запускающая механизм окислительного стресса. Гипоксия усиливает апоптоз в трофобласте путем повышения экспрессии ТР53.

Именно поэтому для своих исследований мы выбрали гены системы репарации и контроля клеточного цикла. Исследование генов, контролирующих процесс репарации, - одна из важных задач в раскрытии патогенетических звеньев имплантации эмбриона и децидуализации эндометрия. Знание их роли в патогенезе невынашивания беременности позволяет, с одной стороны, прогнозировать риск развития патологии или тяжесть ее течения, с другой - индивидуально подобрать специфическую терапию для конкретного пациента.

История одного исследования

Участницы нашего исследования были разделены на две группы: женщины с нормально протекавшей беременностью, решившие прервать данную беременность на сроке 6–12 недель, и женщины с НБ. Из тканей матери (периферическая кровь и эндометрий) и плода (хорион, эмбрион) выделяли ДНК и изучали геном испытуемых на наличие аллельных вариантов Asp148Glu, Lys751Gln, 1100delC и Pro72Arg генов APEX1 , XPD , CHEK2 и TP53 , соответственно. Всё это - гены системы контроля клеточного цикла и репарации ДНК.

Анализ экспрессии этих генов позволил выявить возможные причины и механизмы нарушения процессов эмбриогенеза, приводящих к развитию патологии беременности. В ходе исследования мы обнаружили, что при одновременном наличии полиморфных аллелей изучаемых генов (как в генотипе плода, так и в генотипе матери) достоверно повышается вероятность развития патологии беременности. Большая часть полученных нами отличий в частоте полиморфных аллелей между исследуемыми группами выявлена именно при анализе фетальной ткани (хорион), что говорит о значительном вкладе отцовского генотипа в нормальное развитие беременности.

Это объясняется тем, что процесс имплантации эмбриона контролируется сложной молекулярной машиной, руководимой белками-участниками систем репарации и контроля клеточного цикла (рис. 5). Во время активного деления клеток неизбежно возникновение ошибок. Эти ошибки контролируются в специальных «сверочных точках» (чекпоинтах) клеточного цикла. Белки-сенсоры обнаруживают повреждения ДНК и активируют белки-датчики, которые, в свою очередь, активируют белки-эффекторы. Одним из таких белков является CHEK2 (чекпоинт-киназа2). Киназа активирует опухолевый супрессор TP53, известный также как «страж генома». Этот белок подавляет развитие многих типов новообразований, стимулирует остановку клеточного цикла и репарацию или апоптоз (в зависимости от физиологических условий и типа клеток). Действуя в качестве транскрипционного фактора, TP53 связывается со специфическими последовательностями ДНК и активирует большое число генов-мишеней. Известно, например, что TP53 избирательно индуцирует экспрессию гена хорионического гонадотропина человека (ХГЧ). ХГЧ - один из самых ранних формируемых эмбрионом сигналов, который обеспечивает поддержание продукции прогестерона и иммунную толерантность материнских тканей к ткани плода (являющейся наполовину чужеродной для организма матери из-за наличия отцовского генома).

ТР53 вызывает остановку клеточного цикла, активирует репарацию и транскрипцию необходимых для этого процесса генов (XPD , APEX1 ). APEX1 - эндонуклеаза, разрезающая ДНК в депуринизованных участках, способствуя процессам репарации. Кроме того, она может выступать в качестве транскрипционного фактора, активирующего ТР53 в ответ на окислительный стресс. Ген XPD кодирует белок, носящий название «хеликазная XPD субъединица основного комплекса транскрипционного фактора TFIIH». (Хеликаза - это белок, «расплетающий» двойную спираль во время репликации.) В случае успешной репарации ход клеточного цикла возобновляется, в противном же случае ТР53 запускает механизм апоптоза.

Рисунок 5. Взаимодействие белков репарации и контроля клеточного цикла. В ответ на повреждение ДНК чекпоинт-киназа активирует опухолевый супрессор, который вызывает остановку клеточного цикла и активирует хеликазу и эндонуклеазу, осуществляющие репарацию.

В результате SNP гена в молекуле его белкового продукта одна аминокислота может быть заменена на другую, что приводит к изменению конформации, размера, заряда и других свойств белка. Часто эти изменения приводят к изменению активности (как в случае с TP53, рис. 6) или потере функции (как в случае с CHEK2, рис. 7).

Рисунок 6. Повышение активности белка опухолевого супрессора TP53 в результате SNP кодирующего его гена. Полиморфизм Pro72Arg белка TP53 расположен в участке, богатом пролином и отвечающем за взаимодействие ингибитором TP53. Ингибитор связывается с Pro-формой гораздо сильнее, чем с Arg-формой, поэтому TP53/Arg72 эффективнее активирует апоптоз, чем исходная форма.

Рисунок 7. Потеря белком киназной функции в результате SNP в кодирующем его гене. Полиморфизм 1100delC гена CHEK2 приводит к экспрессии укороченного киназного домена. Это приводит к тому, что активация белка в ответ на повреждения ДНК становится невозможной (для нее необходимы 387 и 383 остатки треонина, а длина мутантного белка лишь 381 остаток из-за делеции).

При случайном одновременном наличии нескольких аллельных вариантов, продукты генов которых задействованы в выполнении схожих функций, может произойти нарушение работы всего метаболического пути и клетки в целом. Так, полиморфизм Lys751Gln гена XPD нарушает связывание с транскрипционным фактором (ТФ) IIH, действующим на ядерные рецепторы и обеспечивающим контроль активации генов гормонального ответа, необходимый для нормального развития плаценты. Вследствие этого в сыворотке крови матери повышается уровень ХГЧ (хорионического гонадотропина человека) и нарушается функция плаценты. SNP попадает в домен, богатый пролином, необходимый белку для полной индукции апоптоза. В случае неэффективной имплантации эмбриона и возникновения гипоксии будут нарушены механизмы апоптоза. Кроме того, ТР53 не сможет эффективно активировать необходимый для имплантации регулятор LIF и белок р21, запускающий процесс эндоредупликации в эндометрии, а также ХГЧ, участвующий в плацентации посредством стимуляции роста сосудов.

Полиморфные варианты генов системы репарации и контроля клеточного цикла производят менее активные белки репарации и специфические протеинкиназы, что вносит немалый вклад в развитие патологии беременности вследствие несрабатывания механизма корректировки повреждений ДНК, появления геномной нестабильности и запуска апоптоза в материнских и фетальных клетках (клетках плода), что подтвердилось в ходе нашего исследования.

По ту сторону добра и зла

Особенности спектров генетических полиморфизмов в зависимости от географических условий, диеты и этнической принадлежности говорят о невидимой руке естественного отбора. Имеются исследования, в которых было установлено, что частота аллеля Pro гена ТР53 тесно связана с географической широтой и температурой: она гораздо выше в экваториальных популяциях (рис. 8) .

Рисунок 8. Предполагаемый механизм отбора полиморфизма гена TP53. Под влиянием более низких температур в популяции отбирается TP53 Arg72 аллель, так как он дает более активную форму TP53, повышающего активность белков SCO2 (участвует в синтезе АТФ) и TIGAR (участвует в регуляции гликолиза и защите от окислительного стресса). TP53 Arg72 аллель участвует в регуляции метаболизма и имплантации эмбриона и повышении уровня приспособленности.

Эти факты особенно интересны в свете нейтральной теории молекулярной эволюции (НТМЭ), которая объясняет происхождение и распределение nSNV, ассоциированных с болезнями. Авторы одного из недавних исследований предполагают, что большинство аллельных вариантов, ассоциированных с заболеваниями, в современных человеческих популяциях изначально были нейтральными, а некоторые из них могли иметь адаптивное значение (например, замена глутамина на валин в одной из цепей гемоглобина - причина серповидно-клеточной анемии). В рамках этой теории nSNV, ассоциированные с МФЗ, имеют равную скорость эволюции с нейтральными nSNV. Это объясняется тем, что на них, в отличие от nSNV, приводящих к развитию моногенных болезней (например, фенилкетонурии), не действует очищающий отбор , элиминирующий заболевших индивидов . Этот подход хорошо объясняет то, что исследуемый нами полиморфизм Asp148Glu гена АРЕХ1 является исключительно нейтральным для функционирования белка - он не теряет своей эндонуклеазной активности , - однако нами выявлена достоверная связь между наличием этого SNP в генотипе матери или плода и невынашиванием беременности.

Таким образом, НТМЭ обеспечивает клиническую генетику информативной базой для объективной оценки адаптивных событий человеческой истории как одной из основных причин заболеваний человека.

Заключение

Индивидуальный вклад каждой причины в проявление болезни может быть незначительным, и только их суммы может оказаться достаточно для развития заболевания. Именно поэтому очень сложно определить, какой именно фактор послужил сигналом для запуска патогенеза. С точки зрения индивидуального прогноза здоровья и оценки риска МФЗ каждый персональный геном дает исчерпывающую информацию о носительстве аллелей, связанных с клиническими фенотипами. Ярким примером МФЗ является невынашивание беременности (НБ). Частота невынашивания в первые три месяца беременности может достигать 80%, и, по меньшей мере, половина этих случаев происходит по непонятным причинам.

Интеграция геномики и феномики в рамках системной биологии, появившиеся в последнее время новые мощные инструменты описания и анализа генетического разнообразия - секвенирование индивидуальных геномов и полногеномный анализ SNP на биочипах, проекты HapMap и «1000 геномов» - дают надежду на быстрый прогресс в каталогизации генетического разнообразия, связанного с риском развития распространенных болезней. Эта информация повысит эффективность лекарственной терапии и перебросит мостик от фундаментальных научных исследований к доказательным рекомендациям в персонифицированной медицине.

Молекулярно-генетическая диагностика позволит врачу заглянуть в индивидуальную программу жизни человека, увидеть особенности его организма, предрасположенность к одним заболеваниям и устойчивость к другим. Таким образом, диагностика заболеваний на досимптомном этапе развития позволит своевременно провести адекватную профилактику заболевания (например, невынашивания беременности или сахарного диабета) и назначить индивидуальную, подходящую именно для этого пациента схему лечения.

Существование генных полиморфизмов является результатом действия факторов микроэволюции и вносит вклад в генетическое разнообразие популяции, тем самым обеспечивая их удивительной способностью изменяться в соответствии с бесконечной изменчивостью окружающего мира. Исследование и выявление генных полиморфизмов, вносящих вклад в развитие того или иного заболевания, имеет прямую прогностическую ценность. Именно такой подход к терапии позволит свести к минимуму неблагоприятные эффекты лекарственных препаратов, сохранить пациенту здоровье и даже жизнь.

Литература

1. Перевалило за тысячу: третья фаза геномики человека ;
2. Gersting S.W., Kemter K.F., Staudigl M., Messing D.D., Danecka M.K., Lagler F.B., Sommerhoff C.P., Roscher A.A., Muntau A.C. (2008). Loss of Function in Phenylketonuria Is Caused by Impaired Molecular Motions and Conformational Instability . Am. J. Hum. Genet. 83, 5–17; ;
3. Dudley J.T. Kim Y., Liu L., Markov G.J., Gerold K., Chen R., Butte A.J., Kumar S. (2012). Human genomic disease variants: A neutral evolutionary explanation . Genome Res. 22, 1383–1394; ;
4. Щербаков В.И. (2011). Апоптоз в трофобласте и его роль при патологии беременности. Успехи современной биологии 131(№ 2), 145–158; ;
5. Куцын К.А., Коваленко К.А., Машкина Е.В., Шкурат Т.П. (2013). Молекулярно-генетический анализ полиморфизмов генов системы репарации и контроля клеточного цикла у женщин с невынашиванием беременности . Современные проблемы науки и образования 1;
6. Shi H., Tan S.J., Zhong H., Hu W., Levine A., Xiao C.J., Peng Y., Qi X.B., Shou W.H., Ma R.L., Li Y., Su B., Lu X. (2009). .

Большинство оценок частоты использует обнаружение патологических мутаций с явным влиянием на фенотип. Тем не менее существует масса непатогенных мутаций, считающихся относительно нейтральными; а некоторые могут даже быть полезными. В ходе эволюции устойчивый приток новых изменений нуклеотидов гарантировал высокую степень генетического разнообразия и индивидуальности.

Это распространяется на все области генетики человека и медицинской генетики . Генетическое разнообразие может проявляться в виде изменений в окраске хромосом, изменения числа копий сегментов ДНК, нуклеотидных замен в ДНК, изменений в белках или же как болезнь.

ДНК последовательности каждого участка хромосомы в высшей степени сходны у большинства людей в мире. Фактически произвольно выбранный сегмент ДНК человека размером около 1000 пар оснований содержит, в среднем, только одну пару, отличающуюся на двух гомологичных хромосомах, унаследованных от родителей (если предположить, что родители не родственники).

Эта почти в 2,5 раза больше, чем оценка доли гетерозиготных нуклеотидов для кодирующих белок областей генома (примерно 1 на 2500 пар оснований). Различие неудивительное, поскольку интуитивно понятно, что регионы, кодирующие белок, находятся под более жестким давлением отбора, и таким образом встречаемость мутаций в таких регионах в эволюции должна быть более низкой.

Когда вариант встречается настолько часто , что его обнаруживают более чем в 1% хромосом в общей популяции, его называют генетическим полиморфизмом. Аллели с частотами менее чем 1% принято называть редкими вариантами. Хотя много патологических мутаций, приводящих к генетическим болезням - редкие варианты, нет простой корреляции между частотой аллеля и его влиянием на здоровье. Много редких вариантов не имеют патогенных эффектов, тогда как некоторые варианты, достаточно частые, чтобы считаться полиморфизмами, предрасполагают к тяжелым болезням.

Существует много типов полиморфизма . Некоторые полиморфизмы - следствие вариантов, вызванных делециями, дупликациями, утроениями и так далее, сотен миллионов пар оснований ДНК, и не связаны с каким-либо известным патологическим фенотипом; другие изменения аналогичного размера оказываются редкими вариантами, явно вызывающими тяжелые болезни. Полиморфизмами могут оказаться изменения в одном или нескольких основаниях ДНК, расположенных между генами или в интронах, не связанные с функционированием генов и обнаруживаемые только прямым анализом ДНК.

Изменения последовательности нуклеотидов могут располагаться в кодирующей последовательности самого гена и приводить к образованию различных вариантов белков, в свою очередь вызывающих четко очерченные фенотипы. Изменения в регуляторных областях также могут быть важными в определении фенотипа, влияя на транскрипцию или стабильность мРНК.

Полиморфизм - ключевой элемент в исследовании и практическом использовании генетики человека. Способность различать унаследованные формы генов или других сегментов генома обеспечивают инструментальные средства, необходимые для широкого спектра приложений. Как показано в этой и последующих главах, генетические маркеры - мощное научно-исследовательское инструментальное средство картирования генов на конкретном регионе хромосомы при анализе сцепления или аллельной ассоциации.

Они уже широко используются в медицине - от пренатальной диагностики наследственных болезней до обнаружения гетерозиготного носительства, а также в банках крови и тканей для типиро-вания перед переливаниями и пересадками органов (см. далее в этой главе).

Полиморфизм - основа для развивающихся мероприятий по обеспечению основанной на геномике персонализированной медицины, когда медицинские мероприятия индивидуально подбирают на основе анализа полиморфных вариантов, увеличивающих или уменьшающих риск частых болезней взрослого возраста (например, заболевания коронарных сосудов сердца, опухолей и сахарного диабета), возникновения осложнений после хирургических вмешательств или влияющих на эффективность и безопасность конкретного лекарственного препарата. Наконец, анализ полиморфизма стал мощным новым средством в судебных приложениях, например, определении отцовства, определении останков жертв преступления или для сопоставления ДНК подозреваемого и преступника.

Полиморфизм человеческих популяций. Генетический груз.

Полиморфизм. Классификация полиморфизма.

Генетический полиморфизм популяций человека.

Полиморфизм по группам крови.

Генетический груз.

Генетический груз в популяциях людей.

Генетические аспекты предрасположенности к заболеваниям.

Процесс видообразования с участием такого фактора, как естественный отбор, создает разнообразие живых форм, приспособленных к условиям обитания. Среди разных генотипов, возникающих в каждом поколении благодаря резерву наследственной изменчивости и перекомбинации аллелей, лишь ограниченное число обусловливает максимальную приспособленность к конкретной среде.

Полиморфизм – существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов, которые могут быть нормальными или аномальными.

Полиморфизм – явление внутрипопуляционное.

Наследственный полиморфизм создается мутациями и комбинативной изменчивостью.

Классификация полиморфизма.

Полиморфизм бывает:

Хромосомный;

Переходный;

Сбалансированный.

1. Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем.

Пример – системы групп крови.

2. Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций, есть различия в гетерохроматиновых участках. (Характаций нейтрален.

3. Переходный (адаптационный) полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях.

Так, в популяциях двухточечных божьих коровок Adalia bipuncata при уходе на зимовку преобладают черные жуки, а весной - красные. Это происходит потому, что красные формы лучше переносят холод, а черные интенсивнее размножаются в летний период.

У человека есть ген гаптоглобина - Нр1f, Hp 2fs (гаптоглобин - белок плазмы крови, с высокой аффинностью, связывающий гемоглобин и высвобождающийся из эритроцитов, тем самым ингибирующий его окислительную активность). Старый аллель - Нр1f, новый - Нр2fs. Нр обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

4. Сбалансированный (гетерозиготный) полиморфизм – возникает, если отбор благоприятствует гетерозиготам в сравнении с рецессивными и доминантными гомозиготами.

Так, в опытной численно равновесной популяции плодовых мух Drosophila elanogaster,содержащей поначалу много мутантов с более темными телами (рецессивная мутация ebony), концентрация последних быстро падала, пока не стабилизировалась на уровне 10%. Анализ показал, что в созданных условиях гомозиготы по мутации ebony и гомозиготы по аллелю дикого типа менее жизнеспособны, чем гетерозиготные мухи. Это и создает состояние устойчивого полиморфизма по соответствующему локусу.

Одним из механизмов, поддерживающих разнообразие является сверхдоминантность - явление селективного преимущества гетерозигот.

Механизм положительного отбора гетерозигот различен. Правилом является зависимость интенсивности отбора от частоты, с которой встречается соответствующий фенотип (генотип). Так, рыбы, птицы, млекопитающие предпочитают обычные фенотипические формы добычи, "не замечая" редких.

В качестве примера - раковина у обыкновенной наземной улитки Cepaea nemoralis бывает желтая, различных оттенков коричневого, розовая, оранжевая или красная. На раковине может быть от одной до пяти темных полос, при этом коричневая окраска доминирует над розовой, а обе они - над желтой. Полосатость является рецессивным признаком. Улитки поедаются дроздами, использующими камень как наковальню, чтобы разбить раковину и добраться до тела моллюска. Подсчет числа раковин разной окраски вокруг таких "наковален" показал, что на траве или на лесной подстилке, фон которых достаточно однороден, добычей птиц чаще оказывались улитки с розовой и полосатой раковиной. На пастбищах с грубыми травами или в живых изгородях с более пестрым фоном чаще поедались улитки, раковины которых окрашены в светлые тона и не имели полос.

Самцы относительно редких генотипов могут иметь повышенную конкурентоспособность за самок. Селективное преимущество гетерозигот обуславливается также явлением гетерозиса. Повышенная жизнеспособность межлинейных гибридов отражает результат взаимодействия аллельных и неаллельных генов в системе геннотипо в в условиях гетерозиготности по многим локусам. Гетерозис наблюдается в отсутствие фенотипического проявления рецессивных аллелей. Это сохраняет скрытыми от естственного отбора неблагоприятные и даже летальные рецессивные мутации.

Балансированный полиморфизм придает популяции ряд ценных свойств, что определяет его биологическое значение. Генетически разнородная популяция осваивает более широкий спектр условий жизни, используя среду обитания более полно. В её генофонде накапливается больший объем резервной наследственной изменчивости. В результате она приобретает эволюционную гибкость и может, изменяясь в том или ином направлении, компенсировать колебания среды в ходе исторического развития.

Все формы полиморфизма - генетический, хромосомный, переходный и сбалансированный - весьма обычны и очень широко распространены в природе среди популяций всех организмов.

В популяциях организмов, размножающихся половым путем, всегда есть полиморфизм.

Сегодня под термином «полиморфизм » понимают любой признак, который детерминирован генетически и не являющийся следствием фенокопии. чень часто имеются 2 альтернативных признака, тогда говорят о диморфизме. Например, половой диморфизм (различия признаков мужских и женских особей раздельнополых видов)

Первый генетический полиморфный признак у человека был выявлен Ландштейнером в 1900 г. Это была система группы крови АВО.

До 1955 г. у человека было известно только несколько полиморфных генетических систем, преимущественно разные группы крови.

В 1955 г. Смитис описал метод электрофореза в крахмальном геле, который позволял разделять белки по их заряду и молекулярной массе. Благодаря использованию этого метода, Смитису удалось показать, что полиморфным является также сывороточный белок гаптоглобин.

Было установлено, что электрофоретические варианты гаптоглобина наследуются как кодоминантные признаки.

Вскоре генетический полиморфизм был обнаружен и для некоторых других сывороточных белков, а дополнение электрофореза методами определения ферментативной активности позволило установить, что полиморфизм свойствен также многим эритроцитарным, лейкоцитарным ферментам и ферментам плазмы крови.

К 70-м годам XIX в. было известно, по-видимому, не менее 100 белковых полиморфизмов, которые можно было выявить с помощью различных вариантов электрофореза.

К сожалению, большая часть белковых полиморфизмов оказалась малопригодной для анализа сцепления с генами наследственных болезней, но сыграла исключительную роль в изучении генетической структуры популяций человека. Иные возможности для исследования сцепления и картирования генов открыли ДНК-полиморфизмы.