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
репликации, возникший в результате дезаминирования мисмэтч
(T-G) может либо коррегироваться в нормальный вариант (С-G),
либо приводить к мутациям типа трансцизий (Т-G) или (С-А).
Естественно, что гены, имеющие в своей структуре большой
процент CpG оснований, особенно часто подвергаются спонтан-
ному мутированию типа трансцизий. В частности, преобладание
подобных точечных мутаций известно для генов факторов IX и
VIII свертывания крови, для гена фенилкетонурии и других.
Так, из 76 мутаций гена фактора IX в 21 случае найдены
трансцизии CpG - TpG или СрА (Green et al.,1990). Преоблада-
ние таких мутаций отмечено и в 22 CpG дуплетах гена фенила-
ланингидроксилазы у больных фенилкетонурией (Abadie et
al.,1989).
Другим важным фактором эндогенного мутагенеза является
наличие тесно сцепленных с генами гомологичных последова-
тельностей ДНК (псевдогенов). В мейозе такая ситуация неред-
ко приводит к неравной гомологичной рекомбинации и, как
следствие этого, к генной конверсии, сопровождающейся струк-
турными перестройками типа делеций, дупликаций и т.п. Подоб-
ный механизм мутаций, как оказалось, является доминирующим
для гена 21-гидроксилазы (Morel, Miller,1991), а также для
гена фактора VIII свертывания крови (Lakich et al.,1993).
Важная роль ошибок рекобинации в этиологии структурных поло-
мок гена особенно очевидна при анализе гена дистрофина, му-
тации которого ведут к миопатии Дюшенна. Известно, что в 60%
случаев мутации этого гена представляют собой делеции, зах-
ватывающие один или несколько соседних экзонов. Известно
также, что подавляющее большинство делеций сосредоточено в
двух "горячих" районах этого гигантского по размерам гена
(2,2 Мб), и при этом частота внутригенных рекомбинаций почти
в 4 раза больше, чем можно предполагать, исходя из его раз-
меров (Oudet et al.,1992). Любопытно отметить, что в одной
из этих горячих точек (интрон 7) недавно обнаружен кластер
транспозоноподобных повторяющихся последовательностей.
Удельный вес мобильных (транспозонподобных) элементов типа
Alu и Line повторов (см. Главу 2) в возникновении генных му-
таций до конца не выяснен. Имеются единичные наблюдения о
реальном перемещнии этих элементов по типу конверсии и их
интеграции в структурные гены аденозиндезаминазы, аполипоп-
ротеина С, факторов VIII и IX свертывания крови, кальмодули-
на (Vidaud et al.,1993).
Раздел 5.4 Механизмы поддержания и распространения му-
таций в популяциях.
Частоты и характер распределения мутаций в популяциях
зависят от многих факторов, главными из которых являются
частоты мутагенеза и давление естественного отбора. Значи-
тельное влияние на этот процесс оказывают также структурные
особенности популяций, такие как размеры, степень географи-