Гемоглобинопатии

ГЕМОГЛОБИНОПАТИИ

Структура гемоглобина. Гемоглобин – основной белок эритроцитов. Гемоглобин составляет примерно 95% всех белков эритроцитов.

Молекула гемоглобина HbA содержит 4 глобиновые цепи: 2α и 2β-цепи. К каждой цепи присоединяется небелковая молекула – гем, которая представляет собой порфириновое кольцо с ионом Fe 2+ в центре.

Существует несколько вариантов молекул гемоглобина, большинство из которых различается по строению β-цепи.

Гемоглобины человека

Стадия онтогенеза	Гемоглобин	структура
эмбрион	Gower II	α2 ε2
Плод (фетальный)	HbF	α2 γ2
Дети и взрослые	HbA (норма)	α 2β2
2-3% взрослых	HbA2	α 2δ2

Гены гемоглобина. Каждая цепь α, β, γ, δ кодируется своим геном. Гены α и β-цепей гемоглобина несцеплены, т. е. находятся в разных хромосомах.

Ген α-цепи находится в коротком плече 16 хромосомы (16p)

Альфа-глобиновый кластер достигает 30 тысяч пар оснований, состоящий из четырех альфа-глобиновых генов. Первым по ходу транскрипции локализуется эмбриональный зета-глобиновый ген, следом за ним расположен альфа-подобный нефункционирующий псевдоген и дуплицированный ген альфа-глобина.

Ген β-цепи гемоглобина локализован в коротком плече 11 хромосомы.

Кластер бета-глобиновых генов занимет участок ДНК в 65 тысяч пар нуклеотидов. Пять бета-глобиновых генов расположены по ходу транскрипции в последовательности, в которой данные гены экспрессируются по мере развития организма. Вначале локализуется эмбриональный - эпсилон-глобиновый ген, следом за ним через 13,3 тысяч пар нуклеотидов расположены два фетальных гамма-глобиновых гена (гамма-G и гамма-A) на расстоянии 3,5 тысяч пар нуклеотидов друг от друга. Вышележащие гены отделены от генов взрослых (дельта и бета) 13,9 тысячами пар нуклеотидов. Дельта-глобиновый и бета-глобиновый гены отделены друг от друга 5,4 тысячами пар нуклеотидов.

В данном кластере выявлены еще 2 пседогена, функционально неактивных. Один псевдоген локализуется перед 5' концом эпсилон- глобинового гена - на расстоянии 6-9 тысяч пар нуклеотидов, второй псевдоген - в промежутке между гамма-A - глобиновым геном и дельта - глобиновым геном.

Организация глобиновых генов. Все глобиновые гены имеют сходное строение. Каждый имеет три экзона и два интрона. Промоторы глобиновых генов содержит регуляторные области: ТАТА-блок, ЦААТ-блок и ГЦ-боксы.

Терминация транскрипции происходит на расстоянии 1 т. п.н. от конца третьего экзона β-цепи. После расщепления эндонуклеазой к 3’-концу присоединяется поли(А)-фрагмент размером 220 нуклеотидов.

Гемоглобинопатии

Выделяют качественные гемоглобинопатии гемоглобинопатии (изменения аминокислотной последовательности цепей глобина) и количественные гемоглобинопатии, или талассемии (снижение образования цепей глобина без изменения их структуры).

КАЧЕСТВЕННЫЕ ГЕМОГЛОБИНОПАТИИ

Мутации гена β-цепи гемоглобина.

Впервые аномальную форму эритроцитов обнаружил Херрик (1910) у студента, страдающего анемией. В 1956 году Ингрэм (Кембридж) установил, что аномальный гемоглобин отличается от нормального по одной аминокислоте (глутамин заменяется на валин).

В настоящее время выявлено более 400 видов гемоглобинов, образующихся в результате различных мутаций глобиновых генов. Чаще всего встречаются замены аминокислот в результате точечных мутаций. Диагностика основана на электрофорезе гемоглобина.

Некоторые аномальные гемоглобины

Обозначение	Мутация	Распространение	Основные клинические проявления
HbS	b6Глу->Вал	Африка	Гемолитическая анемия, инфаркты различных органов
HbC	b6Глу->Лиз	Африка	Легкая гемолитическая анемия
HbE	b26Глу->Лиз	Юго-Восточная Азия	Микроцитарная гипохромная анемия, иногда со спленомегалией

Hb — гемоглобин.

Мутации типа замены (миссенс мутации). Замены нуклеотидов в 6 триплете гена β-цепи сопровождаются заменами 6-ой аминокислоты в β-цепи гемоглобина. В результате образуется два варианта гемоглобинов: HbS и HbC.

Варианты гемоглобинов

гемоглобин	цепь	6-ой триплет (ДНК)	аминокислота
HbA	βA	ЦТТ	Глутаминовая кислота
HbS	βS	ЦАТ	Валин
HbC	βC	ТТТ	Лизин

Серповидноклеточная анемия. Заболевание обусловлено мутацией в шестом кодоне бета-глобина (glu-val). При серповидноклеточной анемии эритроциты, содержащие гемоглобин S в условиях гипоксии приобретают серповидную форму, что способствует их массовому распаду.

Дупликации. Нормальная β-цепь гемоглобина содержит 146 аминокислот. Дупликация динуклеотида АГ после 144 кодона гена β-цепи приводит к сдвигу рамки считывания и стоп-кодон появляется только в 158 кодоне.

В результате мутации со сдвигом рамки считывания в гене β-цепи гемоглобина появляется гемоглобин Крэнстона, β-цепь которого содержит 157 аминокислот (добавляется 11 аминокислот).

Заболевания, связанные с нарушениями структуры гемоглобина:

Гемолитические анемии - нестабильность гемоглобина, гемолиз эритроцитов

Метгемоглобинопатии – ускоренное окисление гемоглобина, цианоз (HbM)

Эритроцитоз – нарушения сродства гемоглобина к кислороду, гипоксия, слабо выраженная анемия

Серповидноклеточная анемия – кристализация эритроцитов в условиях гипоксии, нарушения мембран эритроцитов, тяжелая анемия.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ГЕМОГЛОБИНОПАТИИ (ТАЛАССЕМИИ)

Талассемии (греч. thalassa - море) – это группа наследственных заболеваний, обусловленных снижением или полным подавлением синтеза α- или β-цепей гемоглобина.

Все случаи талассемии можно разделить на α- и β –талассемии:

α-талассемии – делеция генов α-цепей гемоглобина. При альфа-талассемиях происходит делеция или инактивация от одного до четырех генов альфа-цепей глобина.

Альфа талассемия (MIM 141800) может проявляться в гомозиготной и гетерозиготной формах. Гетерозиготная форма характеризуется гипохромной анемией, микроцитозом с наличием в пуповинной крови гемоглобина Барта. Гомозиготная форма ведет к развитию водянки плода и к его гибели до рождения.

β-талассемии – точковые мутации в гене β-цепи гемоглобина

β+ –талассемии – мутации снижают синтез гемоглобина

β0-талассемии – полное подавление синтеза гемоглобина.

β-талассемии широко распространены в тропиках и субтропиках, т. к. носители мутантного гена имеют преимущество в отношении устойчивости к P. falciparum.

У гетерозигот по β-талассемии развивается слабо выраженная анемия, у них повышено содержание HbA2 (α 2δ2 ), а эритроциты имеют меньший размер.

Гомозиготы по β-талассемии – сильная анемия, необходимо переливание крови.

β0 /β0 - гемоглобин HbA отсутствует, замещается на фетальный гемоглобин HbF

β+ /β+ - задержка роста, тяжелая анемия.

Типы мутаций в гене β-цепи гемоглобина. Идентифицировано более 30 видов мутаций, обуславливающих развитие β-талассемий. Среди них различают:

33% - нонсенс-мутации или мутации со сдвигом рамки считывания

47% - нарушение сплайсинга про-РНК

16% - нарушение транскрипции (в промоторе)

1% - нарушение полиаденилирования.

Влияние мутаций на синтез β-цепи гемоглобина:

·  мутации в области промотора – ослабляют синтез β-цепи

·  мутации в сайте полиаденилирования - β+ –талассемии

·  нонсенс-мутации приводят к появлению стоп-кодона внутри экзона глобинового гена – синтез укороченной β-цепи приводит к β0-талассемии

·  делеции в β-глобиновом кластере генов - β0-талассемии