Как упоминалось ранее, различные изменения в нуклеотид-
ной последовательности транскрибируемых областей ДНК могут
по-разному проявляться в фенотипе. Часть из них не оказывает
никакого влияния на структуру и функцию соответствующего
белка. Примером могут служить замены нуклеотидов, не приво-
дящие к замене аминокислот в силу вырожденности генетическо-
го кода. Мутантные аллели, в свою очередь, могут быть под-
разделены на три класса: (1) мутации, ведущие к полной поте-
ре функции (loss-of-function), (2) мутации, сопровождающиеся
количественными изменениями соответствующих мРНК и первичных
белковых продуктов и (3) доминантно-негативные мутации, из-
меняющие свойства белковых субъединиц таким образом, что они
оказывают повреждающий эффект на жизнеспособность или функ-
ционирование экспрессирующих типов клеток (gain-of-function
мутации). Наибольшим повреждающим действием обладают мута-
ции, приводящие либо к образованию бессмысленного белка, ли-
бо к преждевременному окончанию его синтеза, то есть делеции
или инсерции, не кратные трем нуклеотидам и потому вызываю-
щие сдвиг рамки считывания, а также нонсенс мутации - замены
нуклеотидов, при которых образуются терминирующие стоп-кодо-
ны. Проявление таких мутаций зависит от их внутригенной ло-
кализации. Чем ближе мутации к 5' концу гена, то есть к на-
чалу транскрипции, тем короче их белковые продукты. Такие
абортивные (truncated) белки неспособны к модификациям и
быстро деградируют.
Фенотипическое проявление замен нуклеотидов в кодо-
нах, так нназываемых миссенс мутаций, зависит от природы
соответствующих аминокислотных замен в белке и от функцио-
нальной значимости того домена, в котором это произошло.
Так, замены аминокислот в активных центрах белков могут соп-
ровождаться полной потерей его функциональной активности,
тогда как даже значительно более серьезные нарушения в дру-
гих частях белка часто оказывают существенно меньшее влияние
на фенотип. Мутации на стыке экзонов и интронов (так называ-
емые сплайсинговые мутации) часто нарушают процессинг пер-
вичного РНК-транскрипта, в результате чего происходит либо
неправильное вырезание соответствующей интронной области и
трансляция бессмысленного удлиненного белка, не защищенного
от протеолитического действия внутриклеточных ферментов, ли-
бо вырезание экзонов и образование делетированного белка. В
обоих случаях сплайсинговые мутации, как правило , обуслав-
ливают тяжелое течение болезни. Нарушения в регуляторных об-
ластях генов сопровождаются количественными изменениями
соответствующего продукта и не затрагивают структуры и функ-
циональной активности белка. Проявление таких мутаций опре-
деляется, в конечном счете, пороговым уровнем концентрации
белка, при котором его функция еще сохраняется. Как правило,
регуляторные мутации менее серьезны и обладают более выра-
женным плейотропным (множественым) эффектом по сравнению с
мутациями структурных генов.
Относительно недавно выявлен новый класс так называемых
динамических мутаций, или мутаций экспансии, связанных с
нестабильностью числа тринуклеотидных повторов в функцио-
нально значимых частях генов. Многие тринуклеотидные повто-
ры, локализованные в транскрибируемых или регуляторных об-
ластях генов, характеризуются высоким уровнем популяционной
изменчивости, в пределах которого не наблюдается фенотипи-
ческих нарушений (Willems,1994). Болезнь развивается лишь
тогда, когда число повторов в этих сайтах превосходит опре-
деленный критический уровень. Наследование таких мутаций,
как правило, отличается от классического Менделевского ти-
па. Для них характерны: различная пенетрантность в сочетании
с неполным доминированием; геномный импринтинг (различия фе-
нотипических проявлений в зависимости от того, получена му-
тация от матери или от отца) и феномен антиципации - на-
растание тяжести проявления заболевания в последующих поко-
лениях (Willems,1994).
Классическим примером мутаций экспансии является синд-
ром ломкой Х-хромосомы (FraXA), обусловленный присутствием
удлиненных CCG повторов в 5'-нетранслируемой регуляторной
области FMR1-гена (Xq27.3). Аналогичные нестабильные повторы
обнаружены еще в трех ломких сайтах, причем два из них
(FraXE и FraXF) расположены на очень небольшом расстоянии
дистальнее FraXA. Во всех четырех случаях CCG-повторы лока-
лизованы вблизи от CpG островков, при этом увеличение числа
копий триплетов выше определенного порогового уровня сопро-
вождается гиперметилированием всей регуляторной GC-богатой
области, вследствие чего и происходит резкое снижение и
полное выключение транскрипционной активности - мутации по
типу " утраты функции" (loss-of-functions). Таким образом,
область CCG-повторов в этих локусах можно рассматривать, как
своеобразный cis-действующий элемент транскрипции (Willems,
1994, Mandel,1994).
Другой тип динамических мутаций описан для 6-ти раз-
личных тяжелых аутосомно-доминантных нейродегенеративных
расстройств (см. Главу X). Для всех этих заболеваний обнару-
жено присутствие удлиненных CAG-повторов в открытой рамке
считывания (ORF). Эти повторы транслируются в протяженные
полиглютаминовые треки, предположительно локализованные в
ДНК- связывающих доменах соответствующих белковых продуктов.
В результате белковые молекулы приобретают новые свойства,
нарушающие нормальные метаболические связи. Таким образом,
нестабильные CAG-повторы можно рассматривать, как
gain-of-function - мутации. Интенсивно обсуждается также
возможность участия амплификации CAG-повторов в формировании
предрасположенности к таким частым расстройствам центральной
нервной системы, как шизофрения и маниакально-депрессивный
психоз. Примером третьей группы болезней экспансии служит
миотоническая дистрофия. При этом заболевании огромные CTG
(или CAG) повторы локализованы в 3'-нетранслируемой области
гена. Они также рассматриваются, как факторы, нарушающие
нуклеосомную организацию гена и подавляющие его транскрипцию
Более подробно болезни экспансии рассмотрены в Главе X.
Раздел 4.2. Генетическая гетерогенность наследственных
заболеваний.
Одним из важных обобщающих итогов молекулярно-генети-
ческих исследований моногенных болезней явилось доказа-
тельство их генетической гетерогенности. Последняя может
быть вызвана разными причинами. Прежде всего, оказалось, что
один и тот же биохимический эффект (фенотип) может быть
обусловлен мутациями в разных генах. С другой стороны, мута-
ции одного и того же гена, как установлено, могут приводить
к совершенно разным клиническим проявлениям. Например, мута-
ции гена адренорецептора, сцепленого с Х-хромосомой, могут
быть причиной нейродегенеративного заболевания - болезни
Кеннеди, если они захватывают область тринуклеотидных повто-
ров (Глава X), и в то же время приводить к синдрому тестику-
лярной феминизации, то есть нарушениям половой дифференци-
ровки, если они затрагивают другие последовательности этого
же гена. Крайним выражением такой гетерогенности может слу-
жить пример с геном рецептора тирозинкиназы -RET, различные
мутации которого могут приводить к 4-м совершенно различным
наследственным синдромам, таким как семейная медуллярная
карцинома щитовидной железы, болезнь Гиршпрунга, множествен-
ная эндокринная неоплазия тип 2А (МЭН-2А) и тип 2B (МЭН-2B)
(Hayningen,1994). Подобные фенотипические разнообразия про-
явлений мутаций одного и того же гена получили название ал-
лельных серий. Термин используется уже около 20 лет для
описания групп из нескольких моногенных наследственных забо-
леваний, клинические проявления которых позволяют предпола-
гать их связь с разными генами, в то время как биохимические
и/или генетические исследования доказывают их аллельную при-
роду, то есть в основе их патогенеза лежат разные мутации
одного и того же гена.
В настоящее время известно более 100 таких болезней
(Romeo, McKusick, 1994). Для каждого заболевания из подобной
серии аллелизм мутаций уже доказан на молекулярном уровне.
Причины подобного фенотипического разнообразия могут быть
различными: (1) локализация мутантных аллелей в функциональ-
но разных доменах белка; (2) принципиально разный механизм
действия мутаций (loss-of-function, gain-of-function); (3)
присутствие в том же гене модифицирующего мутантного аллеля
или полиморфизма и (4) влияние генетического окружения на
проявление мутантного аллеля, то есть его взаимодействие с
определенными аллелями гена-модификатора или даже нескольки-
ми такими генами. Углубленный молекулярно-генетический ана-
лиз практически каждого наследственного заболевания указыва-
ет на его значительную генетическую гетерогенность, связан-
ную с различными мутациями гена. Некоторые примеры аллельных
серий и генетической гетерогенности заболеваний будут
рассмотрены более подробно в Главе X.
Раздел 4.3 Номенклатура мутаций.
Для практических целей и, главным образом, для чтения
научной литературы, важно знать, как записываются мутации.
До недавнего времени единой номенклатуры записи мутаций не
существовало. В 1992 г. двумя американскими учеными Артуром
Боде и Лап-Чи Тсуи была предложена универсальная стандартная
система для обозначения разных мутаций (Beudet, Lap-Сhee
Tsui, 1993). Она рассчитана как на запись аминокислотных за-
мен в белках, так и на нуклеотидные замены и перестановки в
ДНК. В первом случае, каждой аминокислоте соответствует од-