Экспрессивность и пенетрантность примеры. Пенетрантность, экспрессивность, норма реакции генов. Необычные аспекты наследования

Плейотропия ), множественное действие гена, способность одного наследственного фактора - гена - воздействовать одновременно на несколько разных признаков организма. В начальный период развития менделизма, когда не делали коренного различия между генотипом и фенотипом, преобладало представление об однозначном действии гена («один ген - один признак»). Однако соотношение между геном и признаком оказалось гораздо более сложным. Ещё Г. Мендель обнаружил, что один наследственный фактор у растений гороха может определять различные признаки: красную окраску цветков, серую - кожуры семени и розовое пятно у основания листьев. В дальнейшем было показано, что проявление гена может быть многообразным и что практически всем хорошо изученным генам присуща П., т. е. каждый ген действует на всю систему развивающегося организма, а любой наследственный признак определяется многими генами (фактически всем генотипом). Так, гены, определяющие окраску шерсти у домовой мыши. влияют на размеры тела; ген, влияющий на пигментацию глаз у мельничной огнёвки, имеет ещё 10 морфологических и физиологических проявлений и т.д. П. часто распространяется на признаки, имеющие эволюционное значение, - плодовитость, продолжительность жизни, способность выживать в крайних условиях среды. У дрозофилы многие изученные мутации влияют на жизнеспособность (например, ген белоглазия воздействует также на цвет и форму внутренних органов, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни).

Экспрессивность , выраженность фенотипического проявления генов. Некоторые гены у животных, растений и микроорганизмов характеризуются относительно постоянной Э., т. е. проявляются примерно одинаково у всех особей соответствующего генотипа. Например, на всех растениях пшеницы, гомозиготных по гену, обусловливающему отсутствие остей, развиваются безостые колосья. Другие же гены (и их, по-видимому, большинство) отличаются изменяющейся Э. У кроликов и некоторых других животных известен рецессивный ген гималайской («горностаевой») окраски, обусловливающей своеобразную пятнистость меха (на белом или светлом фоне кончики лап, ушей, морды и хвоста имеют чёрную окраску). Однако такая окраска развивается только при выращивании молодняка гималайской породы при умеренных температурах. При повышенной температуре весь мех у особей того же гималайского генотипа оказывается белым, а при пониженной - чёрным. Этот пример указывает на то, что на Э. влияют факторы внешней среды, в данном случае температуры. При одинаковых условиях внешней среды Э. гена может варьировать в зависимости от генотипической среды, т. е. от того, в сочетании с какими другими генами данный ген входит в состав генотипа. На роль генов-модификаторов в вариации Э. указывает возможность в ряде случаев стабилизирующего искусств, отбора на ту или иную степень выраженности наследственных признаков в фенотипе. Э. и пенетрантность - основные взаимосвязанные показатели фенотипической изменчивости проявления генов, широко применяемые в феногенетике, медицинской генетике, селекции животных, растений и микроорганизмов

Пенетрантность количественный показатель фенотипической изменчивости проявления гена. Измеряется (обычно в %) отношением числа особей, у которых данный ген проявился в фенотипе, к общему числу особей, в генотипе которых этот ген присутствует в необходимом для его проявления состоянии (гомозиготном - в случае рецессивных генов или гетерозиготном - в случае доминантных генов). Проявление гена у 100% особей с соответствующим генотипом называется полной П., в остальных случаях - неполной П. Неполная П. свойственна проявлению многих генов человека, животных, растений и микроорганизмов. Например, некоторые наследственные болезни человека развиваются только у части лиц, в генотипе которых присутствует аномальный ген; у остальных же наследственное предрасположение к болезни остаётся нереализованным. Неполная П. гена обусловлена сложностью и многоступенчатостью процессов, протекающих от первичного действия генов на молекулярном уровне до формирования конечных признаков на уровне целостного организма. П. гена может варьировать в широких пределах в зависимости от генотипической среды. Путём селекции можно получать линии особей с заданным уровнем П. Средний уровень П. зависит также от условий среды.

• Вводный урок бесплатно ;
• Большое число опытных преподавателей (нейтивов и русскоязычных);
• Курсы НЕ на определенный срок (месяц, полгода, год), а на конкретное количество занятий (5, 10, 20, 50);
• Более 10 000 довольных клиентов.
• Стоимость одного занятия с русскоязычным преподавателем - от 600 рублей , с носителем языка - от 1500 рублей

Пенетрантность – частота проявления гена. Определяется по проценту особей в популяции из числа несущих ген, у которых он проявился. При полной пенетрантности доминантный или гомозиготно-рецессивный аллель проявляется у каждой особи, а при неполной пенетрантности – у части особей.

Экспрессивность – степень фенотипического проявления гена как меры силы его действия, определяемая по степени развития признака. На экспрессивность могут влиять гены – модификаторы и факторы среды. У мутантов с неполной пенентрантностью часто изменяется и экспрессивность. Пенетрантность – явление качественное, экспрессивность количественное.

В медицине пенетрантность - это доля людей с данным генотипом, имеющих хотя бы один симптом заболевания (иными словами, пенетрантность определяет вероятность заболевания, но не его тяжесть). Некоторые считают, что пенетрантность изменяется с возрастом, например при болезни Гентингтона, однако обычно различия в возрасте начала заболевания приписывают изменчивой экспрессивности. Иногда пенетрантность зависит от факторов окружающей среды, например при недостаточности Г-6-ФД.

Пенетрантность может иметь важное значение при медико-генетическом консультировании в случае аутосомно-доминантных заболеваний. Здоровый человек, у которого один из родителей страдает подобным заболеванием, с точки зрения классического наследования не может быть носителем мутантного гена. Однако если учитывать возможность неполной пенетрантности, то картина совсем иная: внешне здоровый человек может иметь непроявляющийся мутантный ген, передать его детям.

Методы генной диагностики позволяют определить, есть ли у человека мутантный ген, и отличить нормальный ген от непроявляющегося мутантного гена.

На практике определение пенетрантности часто зависит от качества методов исследования, например, с помощью МРТ можно обнаружить симптомы болезни, которые раньше не выявляли.

С точки зрения медицины ген считают проявившимся даже при бессимптомном заболевании, если выявлены функциональные отклонения от нормы. С точки зрения биологии ген считают проявившимся, если он нарушает функции организма.

Хотя обычно говорят о пенетрантности и экспрессивности аутосомно-доминантных болезней, эти же принципы применимы при хромосомных, аутосомно-рецессивных, Х-сцепленных и полигенных болезнях.

Развитие зародыша протекает при непрерывном взаимодействии наследственных и внешних факторов. В процессе таких взаимоотношений формируется фенотип, фактически отражающий результат реализации наследственной программы в конкретных условиях среды. Несмотря на то, что внутриутробное развитие зародыша у млекопитающих происходит в относительно постоянной среде в оптимальных условиях, влияние внешних неблагоприятных факторов в этот период вовсе не исключено, особенно при их возрастающем накоплении в окружающей среде в связи с техническим прогрессом. В настоящее время человек во все периоды своей жизни подвергается воздействию химических, физических, биологических и психологических факторов.

Экспериментальное изучение развития животных привело к представлению о так называемых критических периодах в развитии организмов. Под этим термином понимают периоды, когда зародыш наиболее чувствителен к повреждающему действию разнообразных факторов, которые могут нарушить нормальное развитие, т.е. это периоды наименьшей устойчивости зародыша к факторам внешней среды.

Синтез белка во многом определяет структуру тела и функции.

Структура

Люди имеют около 20 000 генов. Гены содержатся в хромосомах в ядре клетки и митохондрии. У людей, соматические (nongerm) клеточные ядра, за некоторыми исключениями (например, эритроцитов), как правило, имеют 46 хромосом, организованных в 25 пары. Каждая пара состоит из 1 хромосомы от матери и 1 от отца. 22 пары из 23 - а y-тосомы - обычно являются гомологическими (идентичными по размеру, форме, расположению и количеству генов). 23-я пара половых хромосом (X и Y) определяет пол человека. У женщин есть 2 Х-хромосомы (которые гомологичны) в ядрах соматических клеток; у мужчин 1 X и 1 Y-хромосома (которые гетерологичны). У-хромосома содержит гены, отвечающие за половую дифференциацию наряду с другими генами. Так как Х-хромосома имеет намного больше генов, чем хромосомы Y, многие гены Х-хромосомы у мужчин не спарены. Кариотип является полным набором хромосом в клетках человека.

Эмбриональные клетки (яйцеклетки и сперматозоиды) подвергаются мейозу, который сокращает число хромосом до 25 - это половина от числа в соматических клетках. При мейозе генетическая информация, унаследованная человеком от матери и отца, воссоединяется посредством кроссинговера (обмена между гомологическими хромосомами). Когда яйцеклетка оплодотворяется спермой при зачатии, нормальное количество 46 хромосом восстанавливается.

Гены расположены в линейной последовательности вдоль ДНК в хромосомах; каждый ген имеет свое собственное расположение, совершенно идентичное в каждой из 2 гомологичных хромосом. Гены, которые занимают те же локусы на каждой хромосоме из пары (1 наследуется от матери и 1 от отца), называются аллелями. Каждый ген состоит из определенной последовательности ДНК; 2 аллели могут иметь несколько различных или же ДНК-последовательностей. Обладание парой идентичных аллелей для конкретного гена означает гомозиготность; обладание парой неидентичных аллелей является гетерозиготностью.

Функции генов

Гены состоят из ДНК. Длина гена зависит от длины белка, который ген кодирует. ДНК - это двойная спираль, в которой нуклеотиды (основания) являются парными; аденин (А) в паре с тиминном (Т), а гуанин (G) в паре с цитозином (С). ДНК транскрибируется в процессе синтеза белка. Когда ДНК воспроизводит себя в процессе клеточного деления, 1 нить ДНК используется в качестве матрицы, по которой изготавливается матричная РНК (мРНК). РНК обладает теми же основными парами, как и ДНК, за исключением того, что урацил (U) заменяет тимин (Т). Части мРНК путешествуют из ядра в цитоплазму, а затем в рибосому, где происходит синтез белка. Транспортная РНК (тРНК) доставляет каждую аминокислоту к рибосоме, где ее добавляют к растущей полипептидной цепи в последовательности, определяемой мРНК. Как только цепочка аминокислот собрана, она складывается для создания сложной 3-мерной структуры под влиянием соседних молекул шаперона.

Код ДНК записан триплетами из 4 возможных нуклеотидов. Конкретные аминокислоты кодируются конкретными триплетами. Поскольку есть 4 нуклеотида, число возможных триплетов 43 (64). Так как имеется только 20 аминокислот, существуют дополнительные комбинации триплетов. Некоторые триплеты кодируют те же аминокислоты, как и другие триплеты. Другие триплеты могут кодировать такие элементы, как указание начать или прекратить синтез белка и порядок соединения и выстраивания аминокислот.

Гены состоят из экзонов и интронов. Экзоны кодируют аминокислотные компоненты в готовом белке. Интроны содержат другую информацию, которая влияет на управление и скорость продукции белка. Экзоны и интроны вместе транскрибируются в мРНК, но сегменты, транскрибированные из интронов, позже вырезаются. Транскрипция также контролируется антисмысловой РНК, которая синтезируется из нитей ДНК, не транскрибируемой в мРНК. Хромосомы состоят из гистонов и других белков, которые влияют на экспрессию генов (какие белки и сколько белков синтезируются из данного гена).

Генотип относится к генетическому составу, он определяет, какие белки закодированы для производства. Фенотип относится ко всему физическому, биохимическому и физиологическому составу человека, т. е. как функционирует клетка (и таким образом, организм в целом). Фенотип определяется типами и количеством синтезированного белка, т.е. как гены фактически выражены. Экспрессия генов зависит от таких факторов, является ли признак доминирующим или рецессивным, пенетрантность и экспрессивность генов, степень дифференциации тканей (определяется типом и возрастом тканей), экологические факторы, неизвестные факторы и является ли экспрессия ограниченной полом или подлежит хромосомной инактивации или геномному импринтингу. Факторы, влияющие на экспрессию генов без изменения генома, являются эпигенетическими факторами.

Знание биохимических механизмов, которые обеспечивают экспрессию генов, быстро растет. Одним из механизмов является изменчивость сплайсинга интронов (также называемый альтернативный сплайсинг). Так как интроны в процессе сплайсинга вырезаются, а экзоны могут также быть разрезаны и затем экзоны могут быть собраны во многих комбинациях, в результате чего многие различные мРНК способны кодировать аналогичные, но различные белки. Количество белков, которые могут быть синтезированы людьми, превышает 100 000, хотя человеческий геном имеет только около 20 000 генов. Другие механизмы, медиирующие экспрессию гена, включают метилирования ДНК и реакции гистонов, таких как метилирование и ацетилирование. Метилирование ДНК стремится заглушить ген. Гистоны напоминают катушки, вокруг которых наматывается ДНК. Модификации гистонов,такие как метилирование, способны увеличить или уменьшить количество белков, синтезируемых из конкретного гена. Ацетилирование гистонов связано со снижением экспрессии генов. Нить ДНК, которая не транскрибируется с образованием мРНК, может быть также использована в качестве матрицы для синтеза РНК, которая контролирует транскрипцию противоположной цепи.

Признаки и модели наследования

Признак может быть таким простым, как цвет глаз, или же сложным, как восприимчивость к диабету. Дефект одного гена может породить аномалии в системах многочисленных органов. К примеру, остеогенезис имперфекта (патология соединительной ткани, часто вызываемая аномалиями в генах, кодирующих синтез коллагена) может вызвать слабость кости, глухоту, синеватость глазных белков, дисплазию зубов, сверхподвижность суставов и аномалии сердечных клапанов.

Строительство семейной генеалогии. Семейную генеалогию (генеалогическое древо) можно представить в виде графического изображения моделей наследования. Она также широко используется в генетических консультациях. Семейная генеалогия использует обычные символы для представления членов семьи и соответствующей информации об их здоровье. Некоторые семейные расстройства с одинаковыми фенотипами обладают несколькими моделями наследования.

Дефекты одного гена

Если экспрессия признака требует только одной копии гена (1 аллель), этот признак считается доминирующим. Если экспрессия признака требует две копии гена (2 аллели), что признак считается рецессивным. Исключением являются Х-связанные заболевания. Так как мужчины обычно не имеют парных аллелей, чтобы компенсировать последствия большинства аллелей на на Х-хромосоме, аллель Х-хромосомы выражена у мужчин, даже если признак является рецессивным.

Многие специфические заболевания были ранее описаны.

Факторы, влияющие на экспрессию гена

На экспрессию генов могут повлиять многие факторы. Некоторые из них заставляют экспрессию признаков отклоняться от моделей, предсказанных менделевским наследованием.

Пенетрантность и экспрессивность. Пенетрантность - это показатель того, как часто ген подвергается экспрессии. Она определяется как процент людей, которые имеют ген и которые развивают соответствующий фенотип. Ген с неполной (низкой) пенетрантностью не может быть выражен, даже когда признак является доминирующим или когда он является рецессивным, и ген, ответственный за эту черту, присутствует в обеих хромосомах. Пенетрантность того же гена может варьироваться от человека к человеку и может зависеть от возраста человека. Даже когда ненормальные аллели не экспрессируются (непенетрантность), здоровый носитель аномальной аллели может передать его детям, у которых могут наблюдаться клинические аномалии. В таких случаях ро дословная пропускает поколение. Тем не менее некоторые случаи очевидной непенетрантности обусловлены незнанием эксперта или неспособностью признать небольшие проявления заболевания. Иногда считается, что у пациентов с минимальной экспрессией наблюдается разновидность заболевания.

Экспрессивность является пределом, до которого ген экспрессируется в одном человеке. Она может быть классифицирована как процент; например, когда ген имеет 50-процентную экспрессивность, присутствует только половина функции или тяжесть составляет только половину того, что может произойти при полной экспрессии. На экспрессивность могут оказывать влияние окружающая среда и другие гены, поэтому люди, обладающие одинаковым геном, могут изменяться в фенотипе. Экспрессивность может меняться даже среди членов одной семьи.

Сцепленное с полом наследование . Признак, который появляется только у одного пола, называют сцепленным с полом. Ограниченное полом наследование, которое, возможно, более правильно называть обусловленным полом наследованием, относится к особым случаям, в которых половые гормоны и другие физиологические различия между мужчинами и женщинами изменяют экспрессивность и пенетрантность гена. Например, преждевременное облысение (известное как облысение по мужскому типу) является аутосомно-доминантным признаком, но такое облысение редко экспрессирует у женщин, а потом обычно только после менопаузы.

Геномный импринтинг . Геномный импринтинг является дифференциальной экспрессией генетического материала в зависимости оттого, был ли он унаследован от отца или матери. У большинства аутосом экспрессируется как родительская, так и материнская аллели. Однако у менее 1% аллелей экспрессия возможна только с отцовской или материнской аллели. Геномный импринтинг обычно определяется эффектами,

которые могут происходить в развитии гамет. Такие изменения, как метилирование ДНК, может вызвать экспрессирование в разной степени определенных материнских или отцовских аллелей. Заболевание может, по- видимому, пропустить поколение, если геномный импринтинг препятствует экспрессированию аллели, вызывающей болезнь. Дефектный импринтинг, например, атипичная активация или молчание аллелей, может привести к заболеваниям.

Кодоминантность . Наблюдаются обе ко-доминантные аллели. Таким образом, фенотип гетерозигот отличается от любой гомозиготы. Например, если человек имеет 1 аллель, кодирующую кровь группы А и 1 аллель, кодирующую группу крови В, у человека будет кровь обеих групп (группа крови АВ).

Хромосомная инактивация . У женщин, которые имеют более чем 1 Х-хромосому (кроме яиц), инактивированы все, кроме одной из хромосом X; т.е. большинство аллелей на хромосоме не экспрессируются. Инактивация происходит индивидуально в каждой клетке вначале внутриутробной жизни, иногда инактивируется Х-хромосома от матери, а иногда Х-хромосома от отца. Иногда большая часть инактивации Х-хромосомы происходит от одного из родителей, называется перекосом инактивации Х-хромосомы. В любом случае, как только в клетке произошла инактивация, все потомки этой клетки имеют одинаковую инактивацию Х-хромосомы.

Однако некоторые аллели экспрессируют в неактивной Х-хромосоме. Многие из этих аллелей находятся на хромосомных участках, соответствующих участкам хромосомы Y (и, таким образом, называются псевдоаутосомальными участками, поскольку и мужчины, и женщины получают 2 копии этих участков).

Необычные аспекты наследования

Некоторые ситуации представляют аберрантное наследование, часто из-за изменения генов или хромосом. Однако некоторые из этих изменений, такие как мозаичность, очень распространены, другие, такие как полиморфизмы, которые настолько распространены, что могут считаться нормальными вариантами.

Мутация и полиморфизм . Вариации в ДНК могут возникать спонтанно или в ответ на повреждение клеток (например, радиация, мутагенные лекарства, вирусы). Некоторые из них ремонтируются клеточными механизмами ДНК коррекции ошибок. Другие нет и могут передаваться впоследствии в воспроизведенные клетки; в таких случаях изменение называется мутацией. Тем не менее потомок может наследовать мутацию только тогда, когда поражаются половые клетки. Мутации могут быть уникальными для человека или семьи. Большинство мутаций редкие. Полиморфизм начинается как мутация. Это изменения в ДНК, которые становятся обычными в популяции (распространенность более 1%) за счет достаточной распространенности или других механизмов. Большинство из них являются стабильными и несущественными. Типичным примером являются группы крови человека (А, В, АВ и О).

Мутации (и полиморфизм) включают случайные изменения в ДНК. Большинство из них мало влияют на функции клеток. Некоторые изменяют функцию клетки, как правило, вредоносным образом, а некоторые из них смертельны для клетки. Примерами вредных изменений в функции клеток являются мутации, которые вызывают рак путем создания онкогенов или изменяя опухолевые супрессоры генов, В редких случаях изменение в функции клетки дает преимущество в выживании. Эти мутации скорее всего будут распространяться. Мутация, вызывающая серповидно-клеточную анемию, придает резистентность к малярии. Эта резистентность дает преимущество выживания в районах, где малярия является эндемичной и часто фатальной. Однако, вызывая симптомы и осложнения серповидно-клеточной анемии, мутация обычно также обладает вредными эффектами, когда присутствует в гомозиготном состоянии.

Когда и в каком типе клеток происходят мутации, могут объяснить некоторые нарушения в порядке наследования. Обычно аутосомно-доминантное заболевание, как ожидается, присутствует у одного или обоих родителей больного. Однако некоторые нарушения с аутосомно-доминантным наследованием могут появиться вновь (у людей, чьи родители имеют нормальный фенотип). Например, у около 80% людей, страдающих ахондропластической карликовостью, нет семейной истории карликовости. У многих из этих людей механизм представляет собой спонтанную мутацию, происходящую в самом начале их эмбриональной жизни. Таким образом, другие потомства не имеют повышенного риска нарушения. Тем не менее у некоторых из них нарушение развивается из-за мутаций половых клеток родителей (например, аутосомно-доминантный ген у фенотипически нормальных родителей). Если так, то другие потомки имеют повышенный риск унаследовать мутацию.

Мозаичность . Мозаичность возникает, когда у человека, начиная с одной оплодотворенной яйцеклетки, развивается более двух клеточных линий, отличающихся по генотипу. Мозаичность является нормальным следствием инактивации Х-хромосом у женщин, у большинства женщин некоторые клетки имеют неактивные материнские Х-хромосомы, а другие клетки имеют неактивную отцовскую Х-хромосому. Мозаичность может быть также результатом мутации. Так как эти изменения могут быть переданы впоследствии созданным клеткам, большие многоклеточные организмы имеют субклоны клеток, которые обладают несколькими различными генотипами.

Мозаичность может быть признана причиной нарушений, в которых наблюдаются очаговые изменения. Так, например, синдром Олбрайта связан с неоднородными диспластическими изменениями в кости, аномалиями эндокринных желез, очаговыми изменениями пигментации, а иногда и нарушениями работы сердца или печени. Появление мутации Олбрайта во всех клетках могло бы привести к ранней смерти, однако люди с мозаичностью выживают, потому что нормальная ткань поддерживает аномальную ткань. Иногда, когда кажется, что родитель с моногенным заболеванием имеет его легкую форму, на самом деле представляет собой мозаику; потомство родителей поражается более серьезно, если они получают зародышевую клетку с мутантной аллелью и таким образом имеют аномалии в каждой клетке.

Хромосомные аномалии чаще всего являются фатальными для плода. Тем не менее хромосомная мозаичность наблюдается в некоторых эмбрионах, в результате чего имеется некоторое количество хромосомно нормальных клеток, которые дают возможность потомству родиться живым. Хромосомная мозаичность можно обнаружить при пренатальном генетическом тестировании, в частности с помощью биопсии хориона.

Дополнительные или недостающие хромосомы . Аномальное количество аутосом обычно приводит к тяжелой патологии. Например, дополнительные аутосомы обычно вызывают нарушения, такие как синдром Дауна и другие тяжелые синдромы, или могут быть фатальными для плода. Отсутствие аутосомы всегда фатально для плода. Хромосомные аномалии обычно можно диагностировать до момента рождения.

Из-за инактивации Х-хромосомы обладание ненормальным числом Х-хромосом, как правило, гораздо менее серьезная проблема, чем обладание ненормальным количеством аутосом. Например, нарушения, вызванные отсутствием одной Х-хромосомы, как правило, относительно небольшие (например, при синдроме Тернера), Кроме того, женщины с тремя Х-хромосомами, часто физически и психически нормальны; только одна Х-хромосома генетического материала полностью активна, даже если женщина имеет больше двух Х-хромосом (дополнительные Х-хромосомы также частично инактивированные).

Однородительская дисомия . Однородительская дисомия происходит, когда обе хромосомы наследуются только от одного родителя.

Хромосомная транслокация . Хромосомная транслокация является обменом хромосомными частями между непарными (негомологичными) хромосомами. Если хромосомы обмениваются равными частями генетического материала, транслокация называется сбалансированной. Несбалансированная транслокация ведет к потере хромосомного материала, как правило, коротких плеч двух конденсированных хромосом, оставив только 45 хромосом, большинство людей с транслокациями фенотипически нормальны. Тем не менее транслокации могут вызвать или способствовать возникновению лейкоза (острого миелолейкоза [АМЛ], или хронического миелолейкоза ), или синдрома Дауна. Транслокации могут увеличить риск хромосомных аномалий у потомства, особенно несбалансированные транслокации. Так как хромосомные аномалии часто фатальны для эмбриона или плода, родительские транслокации могут привести к необъяснимым рецидивирующим спонтанным выкидышам или бесплодию.

Триплетные (тринуклеотидные) повторяющиеся нарушения. Когда число триплетов достаточно увеличится, ген прекращает нормальное функционирование. Триплетные нарушения встречаются редко, но вызывают ряд неврологических нарушений (например, дистрофическую миотонию, хрупкую Х-олигофрению), особенно тех, которые связаны с ЦНС. Триплетные повторяющиеся нарушения можно обнаружить с помощью методов анализа ДНК.

Мутации митохондриальной ДНК

В цитоплазме каждой клетки находится несколько сотен митохондрий. Для практических целей все митохондрии наследуются от цитоплазмы яйцеклетки, таким образом, митохондриальная ДНК происходит только от матери.

Митохондриальные нарушения могут быть связаны с мутациями митохондриальной или ядерной ДНК (например, делеции, дупликации, мутации). Высоко-энергетические ткани (например, мышцы, сердце, мозг) подвергаются особому риску из-за нарушения функции вследствие митохондриальных нарушений. Особые мутации митохондриальной ДНК ведут к характерным проявлениям. Митохондриальные нарушения одинаково распространены среди мужчин и женщин.

Митохондриальные нарушения могут наблюдаться при многих распространенных заболеваниях, таких как некоторые виды болезни Паркинсона (включают большую митохондриальную делецию в клетках базальных ганглиев) и многие виды мышечных расстройств.

Модели материнского наследования характеризуют нарушения митохондриальной ДНК. Таким образом, все потомки больных женщин подвержены риску наследования аномалий.

Технологии генетической диагностики

Технологии генетической диагностики быстро улучшаются. ДНК или РНК можно ампли-фицировать, создавая с использованием ПЦР множество копий гена или генного сегмента.

Для поиска конкретных сегментов нормальной или мутированной ДНК могут использоваться генетические зонды. Известный сегмент ДНК можно клонировать и затем нанести на него радиоактивную или флуоресцентную метку; этот сегмент затем соединяется с тестовым образцом. Меченый ДНК связывается с ее комплементарным сегментом ДНК и может быть обнаружен путем измерения радиоактивности или количества и типа флуоресценции. Генетические зонды позволяют обнаруживать ряд заболеваний до и после рождения. В будущем генетические зонды, вероятно, будут использоваться для проверки людей на наличие одновременно многих основных генетических заболеваний.

Микрочипы - это новые мощные инструменты, которые могут быть использованы для идентификации мутаций ДНК, кусочков РНК или белков. Один-единственный чип может проверить 30 000 различных изменений ДНК, используя только один образец.

Клиническое применение генетики

Понимание болезни

Генетика способствовала лучшему пониманию многих заболеваний, иногда допуская изменение их классификации. Например, классификация многих спиноцеребеллярных атаксий была изменена - из группы, основанной на клинических критериях, в группу, основанную на генетических критериях, Спиноцеребеллярные атаксии (СЦА) являются основными аутосомно-доминантными атаксиями.

Диагностика

Генетическое тестирование используется для диагностики многих заболеваний (например, синдрома Тернера, синдрома Клайнфельтера, гемохроматоза). Диагностика генетических нарушений часто указывает, что родственники больного должны пройти скрининг на наличие генетических дефектов или статуса носителя.

Генетический скрининг

Генетический скрининг может быть показан в группах риска конкретного генетического заболевания. Обычные критерии генетического скрининга:

• известные генетические модели наследования;
• эффективная терапия;
• скрининг-тесты достаточно достоверны, надежны, чувствительны и специфичны, неинвазивны и безопасны.

Распространенность в определенной группе населения должна быть достаточно высока, чтобы оправдать стоимость скрининга.

Одной из целей пренатального генетического скрининга является выявление бессимптомных родительских гетерозиготов, несущих ген рецессивного заболевания. Например, евреи-ашкенази проверяются на наличие болезни Тея-Сакса, чернокожих подвергают скринингу на наличие серповидно-клеточной анемии, а несколько этнических групп обследуются на наличие талассемии. Если партнером гетерозигота является также гетерозигот, пара находится под угрозой появления больного ребенка. Если риск достаточно высок, можно провести пренатальную диагностику (например, с амниоцентезом, биопсией хориона, забором проб пуповинной крови, забором проб материнской крови или визуализацией плода). В некоторых случаях пренатально диагностированные генетические нарушения можно лечить, предотвращая появление осложнений. Например, специальные диеты или заместительные терапии могут минимизировать или устранить последствия фенилкетонурии, галактоземии и гипотиреоза. Предродовой прием матерью кортикостероидов может уменьшить тяжесть врожденной вирилизирующей гипоплазии надпочечников.

Скрининг может быть целесообразен для людей с семейной историей доминантно наследственного заболевания, которое проявляется позднее в жизни, таких как болезнь Хантингтона или раковые заболевания, связанные с нарушениями генов BRCA1 или BRCA2. Скрининг уточняет риск развития заболевания у человека, который может, соответственно, планировать проведение более частого скрининга или профилактической терапии.

Скрининг также может быть показан, когда у члена семьи диагностировано генетическое заболевание. Человек, который определен в качестве носителя, может принимать обоснованные решения о репродукции.

Лечение

Понимание генетических и молекулярных основ заболеваний может помочь управлять терапией. Например, ограничение в питании может устранить токсичные соединения у пациентов с определенными генетическими дефектами, такими как фенилкетонурия или гомоцистинурия. Витамины или другие вещества могут изменять биохимические пути и таким образом уменьшать токсические уровни соединения, например, фолат (фолиевая кислота) снижает уровень гомоцистеина у людей с полиморфизмом метилентетрагидрофолатредуктазы. Терапия может включать замену дефицитных соединений или блокировку гиперактивного пути.

Фармакогеномика . Фармакогеномика - это наука о том, как генетические характеристики влияют на реакцию на лекарственные препараты. Один из аспектов фармакогеномики - как гены влияют на фармакокинетику. Генетические характеристики человека могут помочь предсказать реакцию на лечение. Например, метаболизм варфарина частично определяется вариантами генов CYP2C9 фермента, а для витамина К белкового комплекса 1 эпоксид редуктазы. Генетические изменения (например, при производстве UDP [уридиндифосфат] glucoronosyltransferase-lAl) также помогают предсказать, будет ли противораковый препарат иринотекан обладать побочными эффектами.

Другим аспектом фармакогеномики является фармакодинамика (то, как лекарственные препараты взаимодействуют с рецепторами клеток). Генетический и, таким образом, рецепторные характеристики поврежденных тканей могут помочь установить более четкие цели при разработке препаратов (например, противоопухолевых препаратов). Например, трастузумаб может ориентироваться на конкретные рецепторы раковых клеток при метастатическом раке молочной железы, который амплифицирует ген HER2Iпеи. Наличие хромосомы Philadelphia у больных с хронической миелоцитарной лейкемией (ХМЛ) помогает направлять химиотерапию.

Генная терапия . Генной терапией в целом можно считать любое лечение, которое изменяет функции гена. Тем не менее генная терапия чаао рассматривается, в частности, как введение нормального гена в клетки человека, который испытывает недостаток таких нормальных генов из-за генетического нарушения. Нормальные гены можно создать с использованием ПЦР из нормальной ДНК, пожертвованной другим лицом. Поскольку большинство генетических нарушений являются рецессивными, как правило, вставляется доминирующий нормальный ген. В настоящее время такая терапия генной вставки, вероятно, наиболее эффективна для профилактики или лечения одногенных дефектов, таких как кистозный фиброз.

Одним из способов переноса ДНК в клетки хозяина является вирусная трансфекция. Нормальная ДНК встраивается в вирус, который затем трансфектирует клетки хозяев, тем самым передавая ДНК в клеточное ядро. Некоторую озабоченность по поводу вставки с использованием вируса включает реакция на вирус, быстрая потеря (неспособность к размножению) новой нормальной ДНК и повреждение защиты от вируса антителами, вырабатываемыми против трансфицированного белка, который иммунная система признает в качестве чужого. Еще в одном способе переноса ДНК используются липосомы, которые поглощаются клетками-хозяевами и тем самым доставляют их ДНК в ядро клетки. Потенциальные проблемы с методами вставки липосом включают невозможность абсорбировать липосомы в клетки, быструю деградацию новой нормальной ДНК и быструю потерю интеграции ДНК.

Экспрессию генов можно изменить с помощью антисмысловых технологий, а не с помощью вставки нормальных генов, например препараты могут сочетаться с конкретными частями ДНК, предотвращая или уменьшая экспрессию генов. Антисмысловая технология в настоящее время испытывается для терапии рака, но все еще находится на экспериментальной стадии. Тем не менее она кажется более многообещающей, чем терапия генной вставки, потому что успех вставки может быть выше и осложнений может быть меньше.

Другим подходом к терапии генной вставки является изменение экспрессии генов химическим путем (например, путем изменения метилирования ДНК). Такие методы были экспериментально опробованы при лечении рака. Химическая модификация может также повлиять на геномный импринтинг, хотя этот эффект неясен.

Экспериментально генная терапия также изучается в трансплантационной хирургии. Изменение генов пересаженных органов, чтобы сделать их более совместимыми с генами получателя, делает отклонение (и таким образом потребность в приеме иммунодепрессантов) менее вероятным. Тем не менее этот процесс срабатывает очень редко.

Этические споры в области генетики

Существуют опасения, что генетическая информация может быть использована неправильно с целью дискриминации (например, путем отказа в медицинском страховании или трудоустройстве) в отношении людей с генетическими факторами риска конкретных заболеваний. Вопросы включают конфиденциальность собственной генетической информации человека и вопрос о том, является ли тестирование обязательным

Широко поддерживается идея пренатального скрининга генетических отклонений, вызывающих серьезные расстройства, однако существует обеспокоенность в том, что скрининг может также использоваться для выбора эстетически желательных признаков (например, физический внешний вид, интеллект).

Клонирование весьма спорно. Исследования на животных свидетельствуют, что клонирование гораздо чаще, чем естественные методы, вызывает дефекты, которые являются смертельными или приводят к серьезным проблемам со здоровьем. Создание человека путем клонирования в широком смысле неэтично, как правило, незаконно и технически сложно.

ЭКСПРЕССИВНОСТЬ ЭКСПРЕССИВНОСТЬ

(от лат. expressio - выражение), степень фенотипич. проявления одного и того же аллеля определённого гена у разных особей. Термин «Э.» введён Н. В. Тимофеевым-Ресовским в 1927. При отсутствии изменчивости признака, контролируемого данным аллелем, говорят о постоянной Э., в противном случае - об изменчивой (вариабельной) Э. Аллели разл. генов могут характеризоваться разл. степенью Э., напр. аллели системы групп крови АВО у человека практически имеют постоянную Э., а аллели, определяющие окраску глаз,- изменчивую Э. Классич. пример изменчивой Э.- проявление рецессивной мутации, уменьшающей число фасеток глаза у дрозофилы (у разных гомозиготных по этой мутации мух наблюдают разл. число фасеток вплоть до полного их отсутствия). В основе явления изменчивой Э. лежат разл. причины: влияние условий внеш. среды (см. МОДИФИКАЦИИ) и генотипич. среды (при одинаковых условиях внеш. среды аллель может проявляться по-разному, в зависимости от сочетания с аллелями др. генов). Э.- один из осн. показателей фенотипич. изменчивости проявления генов, широко применяемый в феногенетике, мед. генетике, селекции. Количественно степень Э. измеряют, используя статистич. показатели. В случаях крайне изменчивой Э. (вплоть до отсутствия проявления признака у нек-рых особей) используют дополнит, характеристику проявления генов - пенетрантность.

.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)

Смотреть что такое "ЭКСПРЕССИВНОСТЬ" в других словарях:

См. выразительность Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. экспрессивность сущ., кол во синонимов: 13 … Словарь синонимов

- (в генетике) степень выраженности признака, определяемого данным геном. Может меняться в зависимости от генотипа, в который входит данный ген, и от условий внешней среды … Большой Энциклопедический словарь

- [рэ], экспрессивности, мн. нет, жен. (книжн.). отвлеч. сущ. к экспрессивный. Экспресивность речи. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ЭКСПРЕССИВНЫЙ, ая, ое; вен, вна (книжн.). Содержащий экспрессию, выразительный. Экспрессивные средства речи. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

ЭКСПРЕССИВНОСТЬ - (от лат. expressio выразительность) гена, степень фенотипического проявления гена. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

ЭКСПРЕССИВНОСТЬ - (от лат. expresse выразительно, ясно) в лингвистике характеристика языковых единиц и речевых актов, как средств выражения субъективного (личного) оценочного отношения говорящего к содержанию или адресату речи; Э. усиливается паралингвистическими… … Большая психологическая энциклопедия

экспрессивность - — Тематики биотехнологии EN expressivity … Справочник технического переводчика

Экспрессивность - * экспрэсіўнасць * expressivity степень фенотипического проявления конкретного гена (аллеля) как мера силы его действия, определяемая статистически по степени развития признака (см.). Э. гена у обоих полов может быть одинаковой или различной,… … Генетика. Энциклопедический словарь

Экспрессивность - (от лат. expressio выражение) совокупность семантико стилистических признаков единицы языка, которые обеспечивают её способность выступать в коммуникативном акте как средство субъективного выражения отношения говорящего к содержанию или… … Лингвистический энциклопедический словарь

ЭКСПРЕССИВНОСТЬ - Степень стенотипического проявления гена как мера силы его действия, определяемая по уровню развития признака. Экспрессивность гена у разных особей может быть одинаковой или различной, постоянной или изменяющейся. На экспрессивность влияют гены… … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

Книги

• Лингвистический анализ текста. Экспрессивность. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры , Маслова В.А.. В книге раскрываются важнейшие вопросы теории и практики лингвистического анализа экспрессивности художественного текста. Авторы предлагают оригинальную концепцию экспрессивности, основанную…

ЭКСПРЕССИВНОСТЬ ГЕНА (латинский expressus явный, выразительный; ген; синоним выражение гена ) - степень или мера фенотипического проявления гена, то есть степень и (или) характер выраженности наследственного признака среди особей определенного генотипа, у которых этот признак проявляется. Экспрессивность гена тесно связана с пенетрантностью (см. Пенетрантностъ гена), или проявлением, гена (см.), а также с его специфичностью. В совокупности пенетрантность и экспрессивность характеризуют изменчивость фенотипического проявления генов.

Понятие «экспрессивность гена» было введено в научную литературу Н. В. Тимофеевым-Ресовским и немецким неврологом О. Фогтом, которые впервые применили его в своей совместной работе, опубликованной в 1926 году. Необходимость введения этого понятия была обусловлена тем, что термин «генотип» однозначно и однообразно определял совокупность лишь тех генов, которые контролируют некоторые наследственные признаки, не изменяющиеся в течение всей индивидуальной жизни (см. Генотип). К таким признакам относятся, например, группа крови (см. Группы крови), антигены эритроцитов и лейкоцитов человека и животных (см. Антигены) и др. Однако чаще бывает так, что наличие в генотипе определенного гена является необходимым, но недостаточным условием для полного сходства носителей этого гена по соответствующему признаку. У части особей - носителей такого гена (в гомозиготном состоянии для рецессивных генов, а в гетерозиготном - для доминантных) он может вообще не проявиться (так наз. неполная пенетрантность), а у части особей, у которых этот ген проявился, его выраженность может быть различной, то есть экспрессивность этого гена может варьировать (так называемая варьирующая экспрессивность гена).

Варьирующая экспрессивность гена хорошо известна в медицинской генетике (см.). Так, полный синдром Марфана (см. Марфана синдром) характеризуется арахнодактилией (см.), разболтанностью суставов, формированием аневризм аорты и легочного ствола, подвывихом или вывихом хрусталика, кифозом (см.), сколиозом (см.) и др. Однако случаи проявления у одного больного всех клин, признаков, характерных для синдрома Марфана, редки. Чаще встречаются случаи «неполного» синдрома Марфана, причем даже в одной семье симптомокомплекс, как правило неодинаков у разных членов семьи.

От варьирующей экспрессивности одного гена следует отличать проявление полиморфных групп сходных признаков, которое обусловлено разными генетическими причинами (см. Генокопия). Например, в медицинской генетике известна полиморфная группа форм (не менее 7) синдрома Элерса - Данлоса, суммарно характеризующаяся разными сочетаниями, локализацией и выраженностью внутренних кровотечений, вызванных разрывами сосудов, повышенной растяжимости кожи, разболтанностью суставов. Общим патогенетическим фактором при всех этих состояниях является нарушение биосинтеза коллагена (см.). Однако при разных формах синдрома нарушения локализуются в различных местах биосинтетической цепи коллагенов. Различны и обусловливающие их генетические дефекты: четыре формы синдрома Элерса-Данлоса (см. Десмогенез несовершенный) наследуются по аутосомно-доминантному типу, две - по аутосомно-рецессивному, а одна - по рецессивному типу, сцепленному с X-хромосомой.

Причинами варьирующей экспрессивности гена могут быть межиндивидуальные генотипические различия (генотипическая среда), вариабельность проявления генов в индивидуальном развитии (см. Онтогенез) и влияние факторов окружающей среды. Для варьирующей экспрессивности гена имеют значение все три причины и взаимодействие между ними.

Влияние генотипической среды как на повышенную, так и на пониженную экспрессивность гена доказывается успешным искусственным отбором: подбор родительских пар с лучше выраженным наследственным признаком автоматически накапливает в соответствующей линии гены-модификаторы (см. Ген), благоприятствующие проявлению данного признака, и наоборот. В ряде случаев такие гены-модификаторы идентифицированы. О роли генотипической среды в варьирующей экспрессивности гена свидетельствует также меньший размах внутрисемейного изменения выраженности наследственных признаков по сравнению с их межсемейной изменчивостью. Влияние вариабельности проявления генов в индивидуальном развитии на их экспрессивность иллюстрирует неполная конкордантность (или дискордантность) генетически идентичных однояйцовых (монозиготных) близнецов (см. Близнецовый метод) по степени и характеру выраженности одних и тех же наследственных признаков.

Примером влияния факторов окружающей среды на экспрессивность гена служит различная пигментация шерсти у животных некоторых пород в зависимости от температуры воздуха или улучшение состояния больных наследственными болезнями (см.) при соответствующем патогенетическом лечении (например, диетотерапия и др.).

Каждая из трех названных причин варьирующей экспрессивности гена в любом конкретном случае может иметь больший или меньший удельный вес, общим же правилом является то, что экспрессивность гена определяется взаимодействием генов и онтогенетических факторов, а также влиянием окружающей среды на организм как целостную систему в процессе онтогенеза. Такое представление об экспрессивности гена имеет большое теоретическое значение для понимания механизмов онтогенеза живых организмов и патогенеза наследственных болезней человека. В медицинской генетике это создает основу для поисков патогенетических методов коррекции наследственных дефектов, а в селекции и выращивании сельско-хозяйственных растений и животных помогает созданию новых сортов и пород и их разведению в условиях, оптимальных для лучшей выраженности хозяйственно-ценных признаков.

Библиогр.: Бочков Н. П., Захаров А. Ф. и Иванов В. И. Медицинская генетика, М., 1984; Рокицкий П. Ф. Поле действия гена, Журн. эксперим. биол., сер. А, т. 5, в. 3-4, с. 182, 1929; Тимофеев-Ресовский Н. В. О фенотипическом проявлении генотипа, там же, т. 1, в. 3-4, с. 93, 1925; Тимофеев-Ресовский Н. В. и Иванов В. И. Некоторые вопросы феногенетики, в кн.: Актуальн. вопр. совр. генетики, под ред. С. И. Алиханяна, с. 114, М., 1966; Тimofeef - Ressovsky N. u. Vogt O. Uber idiosomatische Variationsgruppen und ihre Bedeutung fur die Klassifikation der Krankheiten, Naturwissenschaften, Bd 14, S. 1188, 1926.