ческой и этнической изолированности, величина инбридинга,
характер миграции населения.
Для всех мутаций, возникающих за счет повышенного уров-
ня спонтанного мутагенеза, характерны следующие особенности
- неслучайный характер внутригенной локализации мутаций,
сходство типов нарушений при отсутствии полной молекулярной
идентичности между ними. В отличие от спонтанных мутаций,
вызыванных эндогенными причинами, для мутаций, индуцирован-
ных действием неблагоприятных факторов внешней среды, про-
мышленными и сельскохозяйственными вредностями, ионизирующим
облучением, химическими агентами и прочим, специфики в типах
мутаций и в характере их локализации не наблюдается. В попу-
ляциях, находящихся в области действия таких неблагоприятных
факторов, будет повышена частота мутаций в различных генах,
однако спектр индуцированных мутаций будет достаточно разно-
образным.
Рассмотрим теперь влияние отбора на процесс поддержа-
ния и распространения мутаций в популяциях. Многие гены мо-
ногенных наследственных заболеваний рецессивны, то есть му-
тации в них в гетерозиготном состоянии не оказывают вредного
влияния на жизнеспособность. Поэтому после возникновения му-
тация может распространяться в популяции до определенной
концентрации, практически не подвергаясь элиминирующему
действию естественного отбора. В дальнейшем частота этой му-
тации достигнет равновесного состояния и не будет повышаться
за счет выщепления гомозиготных особей, жизнеспособность и
репродуктивные качества которых резко снижены. При этом ско-
рость элиминации мутации из популяции резко замедляется при
снижении ее частоты и, практически, после возникновения му-
тация может сохраняться в популяции на протяжении многих
десятков и даже сотен поколений. Различные мутации могут
случайным образом получить большее распространение в изоли-
рованных популяциях или среди групп населения, отличающихся
повышенным уровнем инбридинга. В целом, при отсутствии дав-
ления отбора по отношению к гетерозиготным особям общая кон-
центрация мутантных аллелей в популяции определяется часто-
той их спонтанного возникновения, при этом пул мутаций будет
состоять из большого количества разнообразных аллелей, каж-
дый из которых будет представлен редкими или даже единичными
случаями в различных популяциях.
Однако, специфические мутации могут получить значи-
тельно более широкое распространение в тех случаях, когда
гетерозиготные особи имеют какие-либо селективные преиму-
щества. Таким эффектом может обладать сама мутация, но более
вероятна возможность неравновесности по сцеплению между этой
мутацией и селективными аллелями другого локуса. Гетерозиго-
ты могут получить преимущество при изменении условий окружа-
ющей среды, в каких -то экстремальных ситуациях или среди
определенных групп населения. Так например, мутации, повыша-
ющие устойчивость организма к действию инфекционных агентов,
могут получить широкое распространение в период массовых
эпидемий. Одновременно повысится частота всех аллелей других
локусов, находящихся в неравновесности по сцеплению с данной
мутацией. Мутантные аллели, обеспечивающие селективное преи-
мущество гетерозигот, становятся преобладающими во многих
популяциях, не полностью изолированных друг от друга. При
этом наибольшая частота таких аллелей будет наблюдатся в ра-
йонах, где влияние поддерживающего отбора было максимальным
(например, в эпицентре эпидемии). По мере удаления от этого
района концентрация таких мутантных аллелей будет умень-
шаться, причем их распределение в разных популяциях будет
коррелировать с характером миграции населения. Подобный ха-
рактер распределения определенного мутантного аллеля в
частично изолированных популяциях принято связывать с так
называемым эффектом основателя или родоначальника.
Исследование спектров распределения мутаций в различ-
ных популяциях позволяет делать предположения относительно
возможного происхождения таких повреждений и тех механизмов,
которые лежат в основе их распространения среди населения.
Рассмотрим наиболее вероятные интерпретации различных
вариантов распределения аллелей в популяциях. Мутации,
представленные у единичных больных или в группе родственных
индивидуумов и не имеющие специфической внутригенной локали-
зации, по-видимому, являются следствием естественного мута-
ционного процесса. Если в каких-то популяциях концентрация
мутаций в различных генах повышена, вероятно, они находятся
в зоне действия внешних неблагоприятных факторов, индуцирую-
щих возникновение нарушений в структуре ДНК. В тех случаях,
когда локализация и типы мутаций носят специфический харак-
тер можно предполагать наличие особых молекулярных механиз-
мов контроля повышенного уровня мутагенеза в определеннных
районах генома. Распространение специфических мутаций в изо-
лированных популяциях происходит за счет их ограниченного
размера и повышенного уровня инбридинга (эффект родоначаль-
ника). И, наконец, обнаружение градиентного распределения
мутаций, превалирующих в различных, частично изолированных
популяциях позволяет предполагать селективное преимущество
гетерозиготных носителей мутаций на определенных этапах эво-
люционного развития.
Таким образом, сопоставляя спектры распределения одно-
типных мутаций у жителей разных континентов, разных стран, у
людей, принадлежащих к различным расам и национальностям
можно определить степень генетической близости между всеми
этими группами и реконструировать их филогенетические отно-
шения (Cavalli-Sforza,Piazza,1993). Одним из практических
следствий этих исследований является возможность прогнозиро-
вать наиболее вероятные мутации в различных генах у пациен-
тов разного этнического происхождения, что приводит к суже-
нию спектра поиска специфических мутаций. Особый интерес в
этом смысле представляют наиболее распространенные мутации
(например delF508 при муковисцидозе; R408W - при фенилкето-
нурии и многие другие). Для профилактики наследственных за-
болеваний необходима разработка эффективных и простых мето-
дов молекулярной диагностики таких мутаций как у больных,
так и у гетерозиготных носителей с целью проведения скрини-
рующих программ среди населения и выявления максимально воз-
можного числа семей с повышенным риском рождения больного
ребенка.
ГЛАВА VII.
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРЕНАТАЛЬНОЙ ДИАГ-
НОСТИКИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ.
Раздел 7.1 Прямые и косвенные методы молекулярной диаг-
ностики.
Локализация и клонирование кДНК-овых последовательнос-
тей генов открывают принципиально новые возможности диагнос-
тики наследственных заболеваний, основанные на исследовании
мутантных аллелей у пациентов, членов их семей или у предпо-
лагаемых гетерозиготных носителей патологических мутаций.
Это в равной мере относится и к пренатальной диагностике,
которая может быть проведена с использованием молекулярных
методов анализа на самых ранних стадиях развития плода
(см.7.5). Эти же подходы вполне приемлемы для диагностики до
появления каких-либо клинических или биохимических симптомов
болезни (досимптоматическая диагностика), что позволяет вы-
работать и начать рациональную тактику лечения (упреждающая
терапия), а также эффективно выявлять гетерозиготных носите-
лей в семьях высокого риска, что является важным фактором
профилактики наследственных болезней. Решающими преимущест-
вами молекулярной диагностики являются её универсальность,
возможность использовать для анализа любые ДН-содержащие
клетки или ткани, причем анализ может быть произведен на лю-
бых стадиях онтогенеза, начиная со стадии зиготы.
Принципиально различают прямую и непрямую ДНК-диагнос-
тику мононогенных наследственных болезней. В общем случае,
использование прямых методов диагностики возможно лишь для
клонированных генов с известной нуклеотидной последователь-
ностью полноразмерной кДНК, при этом необходимо предвари-
тельное генотипирование мутантных аллелей у родителей. В
случае прямой диагностики обьектом молекулярного анализа яв-
ляется сам ген, точнее мутации этого гена, идентификация ко-
торых и составляет основную задачу исследования. Такой под-
ход особенно эффективен при наличии точной информации о при-
роде, частоте и локализации наиболее распространенных (доми-
нирующих по частоте) мутаций соответствующих генов, а также
о наличии в них особенно легко мутирующих "горячих" точек. К
таковым относятся мутация delF508 и ряд других мутаций при
муковисцидозе, делеционные мутации при миодистрофии Дюшенна,
мутация R408W при фенилкетонурии, инверсионная мутация при
гемофилии А, протяженная делеция при адрено-генитальном
синдроме, экспансии триплетных повторов в случае "динамичес-
ких" мутаций при синдроме ломкой X-хромосомы и при ряде дру-
гих нейродегенеративных заболеваний (см. Главы IV и X). Ме-
тоды, используемые для направленного поиска этих мутаций,
подробно рассмотрены в Главе IV. В ряде случаев (муковисци-
доз, фенилкетонурия, серповидно-клеточная анемия) эти методы
удалось автоматизировать, что позволяет одноверменно тести-
ровать сразу несколько (до 30 и более) различных мутаций.
При этом появляется реальная возможность выявлять свыше
95-98% мутантных хромосом, что делает целесообразным и эко-