Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах)

document:

$pr:

version: 01-2007.1

codepage: windows-1251

type: klinrek

id: kli13235097

: 01.2. ГЕНЕТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ЛЕГКИХ

meta:

author:

fio[ru]: Г.Ю. Бабаджанова, Н.А. Дидковский

codes:

next:

type: dklinrek

code: I.I

Наряду с заболеваниями, этиологически строго детерминированными наследственностью (генные и хромосомные) или факторами внешней среды (травмы, ожоги), есть большая и нозологически разнообразная группа заболеваний, развитие которых определяется взаимодействием определенных наследственных факторов (мутации или сочетания аллелей) и факторов среды. Эта группа называется заболеваниями с наследственной предрасположенностью.

Заболевания с наследственной предрасположенностью возникают у лиц с соответствующим генотипом (сочетание «предрасполагающих» аллелей) при провоцирующем действии факторов среды. Именно к данной группе болезней и относятся заболевания бронхолегочной системы.

Наследственная предрасположенность к болезни может иметь полигенную и моногенную основу. Моногенная наследственная предрасположенность определяется одним геном, т.е. связана с патологической мутацией данного гена, но для патологического проявления мутации требуется обязательное действие одного или нескольких факторов внешней среды, которые обычно точно идентифицируются и по отношению к данной болезни могут рассматриваться как специфические. Пример такого заболевания среди бронхолегочных - муковисцидоз (МВ).

Полигенная наследственная предрасположенность определяется сочетанием аллелей нескольких генов. Свой патологический потенциал они проявляют вместе с комплексом нескольких факторов внешней среды. Это мультифакториальные заболевания (МФЗ). Соотносительная роль генетических и средовых факторов различна не только для даннoго заболевания, но и для каждого больного. Яркий пример мультифакториального заболевания среди бронхолегочных - бронхиальная астма (БА).

Таким образом, заболевания респираторного тракта в своем большинстве вызваны целым рядом факторов. К ним относятся факторы внешней среды, генетические и случайные.

type: dkli00010

ГЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГЕНОВ РИСКА БРОНХОЛЕГОЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Геннотехнический анализ генов риска бронхолегочных заболеваний можно разделить на три составляющие.

ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФЕКТОВ ПРОТЕИНОВ.

Молекулярно-генетические технологии используются для характеристики дефектов протеинов с известной физиологической функцией. Благодаря представлениям о дефектах на уровне дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и проистекающих отсюда нарушениях на уровне транскрипции, трансляции и посттрансляционных модификаций можно достичь углубленного понимания молекулярных механизмов патологии. Это хорошо видно в связи с анализом альфа₁антитрипсина, который хорошо изучен при МВ (дефектный CFTRпротеин и цитохром b558). В некоторых случаях доказательство генетического дефекта на уровне ДНК значительно проще, чем на уровне протеина, что позволяет использовать молекулярно-генетические технологии для улучшения диагностических возможностей [15]. Это справедливо прежде всего для тех патогенетически релевантных генов, которые можно выделить только из специфических тканей и протеиновые продукты которых невозможно обнаружить в крови или других клинически легко получаемых пробах.

ПОЗИЦИОННОЕ КЛОНИРОВАНИЕ ГЕНОВ РИСКА.

Помимо известных стратегических знаний о структуре и функции соответствующих заболеванию протеинов, существует метод - «анализ сцепления» - для идентификации патогенетических генов и их протеиновых продуктов. Анализ сцепления проводят в семьях с каким-либо моногенным заболеванием, при этом ищут связь этого заболевания с известными генетическими маркерами, т.е. выясняют, наследуется ли данное заболевание вместе с известными маркерами («сцеплено» ли оно с ними). На этом основании нельзя сразу обнаружить вид и функцию «виновного» гена или его протеина, поэтому сначала определяют лишь его локализацию в человеческом геноме. Позже сам ген клонируют, а его протеиновый продукт описывают. Так, в рамках различных геномных проектов создают карты человеческого генома, в которых обозначены позиции многих сотен генетических маркеров и которые можно использовать для анализа сцепления. Если для одного из маркеров находят тесное сцепление с заболеванием, это показывает, что ген заболевания локализуется в непосредственном соседстве с маркером, и если тем самым можно идентифицировать примерную позицию гена в геноме, то, как следствие, возможна изоляция гена из соответствующего банка. Технику позиционного клонирования успешно применяют для локализации и изолирования генов. Анализ сцепления применяли для идентификации генов МВ [29], гена хронического гранулематозного заболевания и даже для некоторых продуктов иммуноглобулина Е [8].

АНАЛИЗ КАНДИДАТНЫХ ГЕНОВ.

Кроме молекулярной характеристики протеиновых аномалий и позиционного клонирования генов сегодня для выяснения генетической предрасположенности к заболеваниям в распоряжении исследователя имеется и прямой генно-технический анализ кандидатных генов, т.е. генов с предполагаемым патогенетическим вкладом. Этот метод особенно предпочтителен при комплексных, полигенных заболеваниях - коронарной патологии сердца, сахарном диабете 2го типа, опухолевых заболеваниях [2]. Цель метода - идентификация важнейших генов риска для этих заболеваний и их наиболее частых аллельных дефектов. Естественно, генетический анализ комплексных заболеваний намного сложнее, чем моногенных, но их высокая частота и большое клиническое значение вызывают неизменный интерес у генетиков. Анализ кандидатных генов предполагает высокоразвитые генно-технические методы для выявления мутаций: применяют различные генно-сканирующие технологии, разработанные именно для выявления кандидатных генов.

type: dkli00011

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Человеческий геном сегодня практически полностью расшифрован. Изучение структурного анализа такого сложного генома стало возможным благодаря развитию большого числа высокоэффективных молекулярно-генетических технологий. Развитие аналитического инструментария позволило провести полное картирование и, как конечную цель, полную последовательность (секвенирование) всего генома [56]. Приведем подробнее некоторые технологии, которые используются для клинического применения и для генетического анализа комплексных заболеваний.

ПОЗИЦИОННОЕ КЛОНИРОВАНИЕ.

Клонирование нового гена заболевания - это первый фундаментальный шаг при молекулярно-генетическом анализе какоголибо генетического заболевания. Если отсутствует какаялибо структурная или функциональная предварительная информация о гене, он может быть клонирован при определенных обстоятельствах, на основе его хромосомной локализации. Для этого применяют уже описанный выше анализ сцепления, в котором общее наследование одного генетического маркера и одного заболевания изучается в большой семье с этим заболеванием. При этом маркер ни в коем случае не имеет функционального значения - он является лишь привычным вариантом геномной секвенции (последовательности) ДНК, расположенной вблизи собственно гена заболевания. В случае, когда анализируют достаточно большие семьи с клинически четкими картинами заболеваний, возможно определение локализации гена с большой точностью и надежностью. На заключительном этапе предпринимается попытка при помощи клонирования последующих областей геномной ДНК из целевой области и поиска выделенных в ней последовательностей идентифицировать и выделить сам ген заболевания.

ДРУГИЕ СПОСОБЫ КЛОНИРОВАНИЯ.

При наличии предварительной информации о связанном с заболеванием протеине можно применять другие методы клонирования. Если известны частичные последовательности аминокислот протеина, можно провести скрининг банка генов человека с использованием смесей олигонуклеотидов, соответствующих возможным последовательностям кодона фрагмента протеина. В таком банке генов содержится общий геном человека в фрагментарной форме. При создании банка генов вносят стохастические (случайные) фрагменты геномной ДНК в клетки (кишечная палочка, дрожжи) с помощью векторов (фаги, космиды, эукариотические экспрессионные векторы), в которых они затем размножаются [50]. Типичный репрезентативный космидный или фаговый банк человека содержит около 1 млн индивидуальных клонов, причем каждый - с маленькой собственной частью генома (от 20 000 до 40 000 базовых пар на клон). Если известны биологические функции или антигенные свойства связанного с заболеванием протеина, можно обследовать экспрессионные банки генов с помощью функциональных наборов или специфических антител к клону, содержащему искомый ген. Если такой клон идентифицирован, он может быть размножен in vitro, при этом он производит огромное число копий гена, достаточное для характеристики гена до полного секвенирования и выделения продуктов протеина в чистой форме. Клонирование генов описанными методами - это очень сложный процесс, особенно когда мало предварительной информации об искомом гене.