Что такое ген

Гены определяют физические и психические особенности человека, задают, что люди, не могут летать и дышать под водой, но могут обучаться и созидать.

Ген – это структурная и функциональная единица наследственности.

Кодирует

• полипептидную цепь (разные вариации)
• молекулы РНК (тРНК, рРНК)

Локализация

• ядро (хромосомы)
• митохондрии (37 генов)
• 1-я хромосома – 2968 генов
• Y хромосома – 307 генов

Классическая генетика отдавала предпочтение структуре гена. Сегодня куда более важное значение отводится механизмам его функционирования. Гены локализуются в ядре и митохондриях (кольцевая ДНК), а также различаются по количеству хромосом. Парные гены гомологичных хромосом представляют собой аллели. Аллельные гены кодируют одинаковые признаки. Их возможная разнородность определяет характер «поломки». Патология может быть гомозиготной либо гетерозиготной. В первом случае обе аллели одинаковые (патологически либо в норме), тогда как во втором наблюдается разнородность (мутация только в одной аллели).

Ядерные хромосомы несут около 25 тыс. генов, кодирующих белки. Вся эта информация вмещает множество нуклеотидов.

Строение и функционирование

Нуклеотид – органическое соединение, состоящее из остатка фосфорной кислоты, сахарида и нуклеотидного остатка.

Для построения ДНК используются 4 нуклеотидных остатка:

А – аденин
G – гуанин
C – цитозин
T – тимин

Каждой аминокислоте белка соответствует последовательность из трех расположенных друг за другом нуклеотидов (триплет).

Генетический код – это система записи генетической информации о расположении аминокислот в белках в виде последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК. Каждой аминокислоте белка соответствует последовательность из трёх расположенных друг за другом нуклеотидов (триплет).

Генетический код проявляет следующие свойства:

• триплетность
• вырожденность
• неперекрываемость
• однозначность
• универсальность

Каждый ген имеет два участка:

• Кодирующую зону – содержит информацию, необходимую для синтеза аминокислот («работающая» зона).
• Регуляторную зону – участок, с которого начинается и заканчивается считывание информации.

Процесс синтеза белка состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.

На этапе транскрипции цепочка ДНК локально «разматывается», и на ней начинает синтезироваться матричная РНК (мРНК). Она состоит из одной цепочки, формируется по принципу комплементарности. После того как считывание (транскрипция) завершается, мРНК выходит за пределы ядерной оболочки, где ее встречает транспортная РНК (тРНК). Последняя переносит аминокислоты к рибосомам.

Соединение аминокислот в молекулу белка осуществляется с участием фермента синтетазы. Молекула тРНК отдаёт аминокислоту и переходит в цитоплазму, а рибосома передвигается на один триплет нуклеотидов. Так последовательно синтезируется полипептидная цепь. Продолжается всё это до тех пор, пока рибосома не дойдёт к одному из трёх терминирующих кодонов: УАА, УАГ или УГА. После этого синтез белка прекращается.

Характеристика моногенных болезней

Мутации в определенном гене нарушают этот стройный механизм и приводят к синтезу «ненужных» белковых структур. В основном это происходит, если затронуты две гомологичные аллели (гомозигота). Менее выраженный характер проблема приобретает при гетерозиготности аллелей. Это крайне важно, когда речь идет о моногенных заболеваниях.

В настоящее время описано более 3700 таких синдромов. Многие из них очень редкие и недостаточно изучены. Тем не менее, для большинства моногенных заболеваний характерны следующие черты:

• повреждение ДНК в пределах гена
• манифестация в любом возрасте
• фенотипическая гетерогенность
• генетическая гетерогенность
• пенетрантность

Классификация моногенных болезней

Многообразие моногенных заболеваний создает предпосылки для их классификации. По типу наследования выделяют «поломки»:

• Аутосомно-доминантные – передаются вертикально по родословной. Болеют оба пола с вероятностью 50% (синдром Марфана, синдром Жильбера).
• Аутосомно-рецессивные – характеризуются горизонтальным типом передачи, болеют оба пола. У здоровых родителей (носителей) вероятность АР заболеваний составляет 25%, у больных – 100% (гипофосфатазия).
• Х-сцепленные доминантные – больной отец передает болезнь только дочерям. Болеют оба пола, но у мальчиков более тяжелое течение. У больного отца и здоровой матери дети рождаются здоровыми (рото-лице-пальцевый синдром).
• Х-сцепленные рецессивные – болеют в основном мальчики, девочки являются гетерозиготными носителями (дальтонизм, синдром Морриса, гемофилия А и В).
• Y-сцепленные – болеют только мальчики; вероятность наследования достигает 100% (азооспермия, гипертрихоз ушных раковин и средних фаланг пальцев).
• Митохондриальные – передаются по материнской линии. Описано более 10 заболеваний (MELAS, MERFF).

По способу возникновения

• спорадические – возникают первично в половых клетках
• наследуемые

По прогнозу

• витальные
• летальные

Особенности различных генетических заболеваний

Аутосомно-доминантное наследование

• вертикальная передача болезни в родословной
• болеют оба пола
  вероятность передачи поколению 50%

Гонадный мозаицизм – мозаичный клон присутствует в половых клетках одного из родителей (тогда есть риск повторного рождения ребёнка с АД заболеванием) – пренатальная диагностика в такой семье показана!

Синдром Марфана (АД)

• В питании – ограничить легкие углеводы; обогатить рацион индейкой, перловой/ячневой крупой, желе, маслом из виноградных косточек, отваром из телячьих хвостов;
• Ограничить инсоляцию.
• Витамин С (дефицит прекращает синтез коллагена)
• Магний, кремний, цинк
• Пролин, глицин, аргинин, лизин
• Астаксантин (угнетает коллагеназу)
• Хондроитинсульфат, гиалуроновая кислота, гликозаминогликаны
• Коллаген II типа (нельзя смешивать разные типы)
• Энерготропные препараты
• Медико-социальная реабилитация
• Симптоматическая терапия

Синдром Жильбера (дефект уридиндифосфатглюкуронилтрансферазы)

• Нельзя – расторопша (и все желчегонные на ее основе), лакрица (солодка), никотиновая кислота, эхинацея, чеснок (стараемся не кушать его), женьшень, зеленый чай, лютеин, астаксантин;
• Нельзя соблюдать низкоуглеводную и кетодиету
• Дополнительно исключаем сыр и творог, красное мясо, мясные бульоны, сладости (заменяем на фрукты, ягоды, сухофрукты), мучное (особенно дрожжевое), злаковые каши, фастфуд, переработанное мясо (сосиски, колбаса), алкоголь
• Обогатить рацион овощами, цитрусовыми, ягодами, всеми видами капусты, спаржей, оливками
• Не допускать длительных перерывов в еде, кушать без перекусов 4 раза в день
• Последний приём пищи – не позже 19.00
• Спать не менее 7 часов в сутки
• Летом позволять себе умеренно загорать
• Экстракт брокколи по 1 капс перед завтраком и ужином (1 месяц)
• Ресвератрол по 100 мг во время ужина (1 месяц)
• Витамин Д3 с К2 по 10000 МЕ во время завтрака (1 месяц)
• Магния цитрат по 400 мг после ужина (1 месяц)
• Омега-3 по 1000 мг во время ужина (1 месяц)
• Урсофальк по 1 капс (500 мг) перед сном (1 месяц)
• Мethyl guard plus по 1 капс после завтрака (1 месяц)

Аутосомно-рецессивное наследование

• Большинство метаболических нарушений
• Горизонтальный тип передачи в родословной
• У здоровых родителей (носители) больные дети – риск 25%
• Болеют оба пола
• У больного и здорового все дети будут носителями
• У больных родителей 100% детей больны
• У носителя и здорового 50% здоровых и 50% носителей

Гипофосфатазия (дефицит тканевой щелочной фосфатазы)

• Скелетные деформации
• Частые переломы
• Боли в костях
• Аномалии локализации и формы зубов, их ранняя потеря
• Светобоязнь
• Снижение уровня щелочной фосфатазы
  Повышение фосфоэтаноламина (субстрат ЩФ) в моче
• Судороги
• Лечение: витамин Д3, В6, асфотаза альфа

Х-сцепленное доминантное наследование

• Больной отец передает болезнь только дочерям
• Более тяжелое течение у мальчиков
• Больная мать передает заболевание 50% своих детей (100%, если поражены обе Х-хромосомы)
• У больного отца и здоровой матери не бывает больных сыновей и здоровых дочерей
• У девочек в 2 раза чаще
• Витамин-Д-резистентный рахит
• Псевдогипопаратиреоз
• Рото-лице-пальцевый синдром (множественные гиперплазированные уздечки языка, расщелины губы и нёба, гипоплазия крыльев носа, асимметричное укорочение пальцев)

Х-сцепленное рецессивное наследование

• Болеют мальчики, но могут болеть и девочки (45,ХО)
• У носительницы девочки здоровы, но риск носительства 50%; мальчики – 50% больны
• Дальтонизм – наследственное нарушение цветового зрения
• Х-сцепленный ихтиоз – вследствие избыточного накопления сульфированных стероидов
• Мышечные дистрофии Дюшенна и Беккера – нейродегенеративное заболевание
• Гемофилия А и В – дефицит соответственно VIII и IX факторов свертываемости крови
• Мышечная дистрофия Беккера
• Синдром Морриса — нечувствительность к андрогенам (фенотип женский, генотип мужской – 46, XY)

Y-сцепленный тип наследования (голандрический)

• Больные во всех поколениях
• Болеют только мальчики
• У больного отца больны все его сыновья
• Вероятность наследования 100% у мальчиков
• Гипертрихоз ушных раковин и средних фаланг пальцев
• Одна из форм ихтиоза
• Азооспермия

Митохондриальное наследование

• Передается по материнской линии – у больной матери все дети больны
• У мужчин с митохондриальной мутацией все дети (мальчики и девочки) не являются носителями данного признака

Описано 10 заболеваний (синдром Кернса-Сейра, MELAS, MERFF и т.д.)

Диагностика и лечебные мероприятия

При подозрении на моногенное заболевание проводят:

• синдромологический анализ
• молекулярную диагностику
• секвенирование (полноэкзомное, полногемномное)

В случае выявления патологии назначают комплексное лечение:

• этиопатогенетическое лечение (заместительная терапия, элиминационные диеты)
• симптоматическая терапия
• медико-социальная реабилитация
• генная терапия

Генная терапия – лечение наследственных, мультифакториальных и ненаследственных (инфекционных) заболеваний посредством введения генов в клетки человека с целью целенаправленного изменения конкретных генных дефектов.

Комплексный подход позволяет (в ряде случаев) добиться улучшения качества жизни пациента. Главное, вовремя выявить проблему и знать, как вести пациента с тем или иным моногенным заболеванием.