Генные мутации

2. Генные мутации

Мутации могут изменять участки молекулы ДНК различной длины. Наименьший участок, изменение которого приводит к появлению мутации, назван мутоном. Один мутон составляет одна пара нуклеотидов. Изменение последовательности нуклеотидов может вызвать нарушения в структуре кодируемого белка. Однако, нарушения в структуре ДНК приводят к мутациям в том случае, если не осуществляется репарация.

Большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира, являются генными. Генные мутации затрагивают структуру самого гена. Гены, которые возникли в результате мутации одного локуса, являются аллельными. Появление мутации - событие довольно редкое: для каждого генного локуса частота колеблется в пределах 10-5-10-7. Однако ввиду огромного числа генов у каждого организма мутации довольно часты. Различные аллели имеют неодинаковую скорость мутаций.

Мутации возникают в любых клетках, их делят на:

соматические; генеративные.

Биологическое значение мутаций (наследственные или ненаследственные) связано с характером размножения организмов. При делении соматической клетки, в которой произошла мутация, новые свойства передаются ее потомкам. При половом размножении признаки, появившиеся в результате соматических мутаций, потомкам не передаются и в процессе эволюции никакой роли не играют. Однако в индивидуальном развитии они могут влиять на формирование признака: чем в более ранней стадии развития возникает соматическая мутация, тем больше участок ткани, несущий данную мутацию. Такие особи называются мозаиками.

Если мутация происходит в половых клетках, из которых развивается гаметы, то мутация может передаваться по наследству и переходить в сегрегационный груз.

Наблюдения показывают, что многие мутации вредны для организма. Мутации, снижающие жизнедеятельность, называются полулетальными. Мутации, не совместимые с жизнью, носят название летальных.

Однако часть мутаций оказывается полезной. Такие мутации являются материалом для прогрессивной эволюции, а также для селекции ценных пород животных и растений.

Мутации делятся на:

спонтанные; индуцированные.

Спонтанными называют мутации, возникшие под влиянием неизвестных факторов, чаще всего как результат ошибок при репликации ДНК.

Индуцированные мутации вызываются направленными воздействиями, повышающими мутационный процесс. Факторы, способные индуцировать мутации, получили название мутагенных.

Важнейшими мутагенными факторами являются:

некоторые химические соединения физические факторы (различные виды излучений) биологические факторы (вирусы, транспозоны).

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации связаны с изменением числа хромосом или изменением структуры хромосом.

Мутации, связанные с изменеием числа хромосом делятся на две группы:

1.  Изменеия, касающиеся всего хромосомного набора в целом.

К этой группе относятся полиплоидии, при которых число наборов негомологичных хромосом в кариотипе отличается от двух (3n, 4n и т. д.). Причиной возникновения полиплоидий является нарушение митотического цикла, при котором удвоение хромосом происходит без последующего деления ядра и клетки. Такие мутации чаще всего приводят к гибели плода на ранних стадиях эмбриогенеза. Очень редко наблюдается рождение детей с триплоидией. В этих случаях наряду с триплоидными в организме присутствуют и диплоидные клетки (мозаики). У детей с триплоидией наблюдаются множественные пороки развития, они погибают в первые дни жизни.

2.  Изменение числа отдельных хромосом (анеуплоидии):

·  Моносомии - потеря одной хромосомы из пары (2n-1);

·  Полисомии. При полисомии к кариотипу добавляется одна или несколько хромосом. Частным случаем полисомии является трисомия (2n+1), когда в какой-либо паре хромосом вместо двух гомологов присутствует три;

·  Нуллисомия - отсутствие какой-либо пары хромосом.

3.  Изменение структуры хромосом (хромосомные аберрации):

·  Делеции – утрата участка хромосомы. Различают концевые и интерстициальные делеции. Концевые делеции (дефишенсии) заключаются в потере теломерных районов хромосом. При интерстициальных делециях происходит потеря внутреннего участка хромосомы.

·  Дупликации – удвоение определенного участка хромосомы. Обычно дупликации являются результатом неравного кроссинговера.

·  Инверсии – поворот участка хромосомы на 180о. Различают перицентрические и парацентрические инверсии. Перицентрические инверсии захватывают центромеру. Парацентрические инверсии захватывают участок плеча хромосомы без центромеры. Инверсии нарушают порядок расположения генов в хромосоме.

·  Транслокации – перемещение участка хромосомы в другое место внутри хромосомы, на другую хромосому или обмен участками между хромосомами. Различают реципрокные и нереципрокные транслокации.

При реципрокных транслокациях обе хромосомы обмениваются своими участками, при нереципрокных транслокациях участок одной хромосомы переносится на другую хромосому.

Робертсоновские транслокации (названы в честь ) происходят между акроцентрическими хромосомами. Акроцентрические хромосомы могут терять спутники и соединяться между собой с образованием одной хромосомы, которая содержит генетический материал двух хромосом.

·  Изохромосомы. При нарушении митоза иногда может происходить разделение центромеры не вдоль, а поперек. При этом образуются две хромосомы, одна из которых состоит из двух коротких плеч, а другая – из двух длинных плеч.

·  Кольцевые хромосомы. При потере теломерных участков хромосомы замыкаются в кольцо, что препятствует разрушению хромосомы.

Хромосомные мутации

Синдромы, вызванные изменением числа аутосом

Название	Кариотип	Частота встречаемости	Признаки
1. Синдром Дауна	47,ХХ+21 47,ХУ+21	1:700-1:800	Монголоидный разрез глаз, круглое уплощенное лицо, крупный язык, низкий рост, задержка умственного развития, врожденные пороки развития.
2. Синдром Патау	47,ХХ+13 47,ХУ+13	1:5000-1:7000	Множественные врожденные пороки развития внутренних органов, головного мозга, глаз и лицевой части черепа (расщелины верхней губы и неба).95% детей умирают до 1 года.
3. Синдром Эдвардса	47,ХХ+18 47,ХУ+18	1:5000-1:7000 (соотношение мальчиков и девочек 1:3)	Множественные врожденные пороки развития лицевой части черепа (низко расположенные деформированные ушные раковины), сердца и др. органов, костной системы (стопа-качалка), половых органов. 90% детей умирают до 1 года.
4. Синдром трисомии 8	47,ХХ+8 47,ХУ+8 (90% - мозаичные формы)	1:5000 (соотношение мальчиков и девочек 5:2)	Отставание в умственном развитии, отсутствие надколенника, вывернутая нижняя губа, оттопыренные ушные раковины с упрощенным рисунком, пороки опорно-двигательного аппарата и мочевой системы. Редко доживают до 17 лет.

Синдромы, вызванные изменением числа половых хромосом

Название	Кариотип	Частота встречаемости	Признаки
1. Синдром трисомии Х	47, ХХХ	1:1000 новорожденных девочек	У некоторых женщин нарушения репродуктивной функции, повышен риск спонтанных абортов.
2.Синдромы полисомии Х	48,ХХХХ 49,ХХХХХ	Редко	Отклонения в умственном развитии, аномалии зубов, скелета и половых органов.
3.Синдром Клайнфельтера	47,ХХУ 48,ХХХУ 49,ХХХХУ 49,ХХХУУ	1:500 – 1:700 новорожденных мальчиков	Высокий рост, гинекомастия, женский тип телосложения и оволосения на лобке, бесплодие.
4.Синдром Шерешевского-Тёрнера	45,ХО	1:2000 – 1:5000 новорожденных девочек	Гипогонадизм, недоразвитие половых органов и вторичных половых признаков, врожденные пороки развития, низкий рост, крыловидные складки на шее.
5. Синдром дисомии по У-хромосоме	47,ХУУ	?	Высокий рост, нормальное умственное и физическое развитие, предположительно склонность к агрессивности.

Синдромы, вызванные изменением структуры хромосом

Название	Кариотип	Частота встречаемости	Признаки
1.Синдром кошачьего крика	5р-	1:45 000	Плач детей напоминает кошачье мяуканье (изменение хрящей гортани). Лунообразное лицо, микроцефалия, эпикант, антимонголоидный разрез глаз, плоская спинка носа, врожденные пороки сердца. 10% больных достигают 10-летнего возраста.
2.Синдром Вольфа - Хиршхорна	4р-	1:100 000	Многочисленные врожденные пороки развития с последующей резкой задержкой физического и психомоторного развития. Наблюдается микроцефалия, аномальные ушные раковины, клювовидный нос, расщелины верхней губы и неба и др. Большинство умирают до 1 года.
3.Синдром частичной трисомии 9	9р+	Описано около 200 больных	Задержка роста, умственная отсталость, антимонголоидный разрез глаз, глубоко посаженые глаза, низко расположенные уши. Прогноз для жизни благоприятный.