ЕФЕКТ ПОЛОЖЕННЯ ГЕНОВ - вплив розташування генів в хромосомі на прояв їх активності. Явище відкрито американським генетиком А. Стертевантом в 1925 році. Спостерігається при структурних перебудовах хромосом (транслокації), в результаті яких гени активних зон хромосом (еухроматину) можуть переноситися в неактивні зони (гетерохроматин) і инактивироваться і навпаки. При перебудові, що повертає еухроматінових ген з гетерохроматина в будь-яку точку еухроматину, функціонування даного гена відновлюється.
Ефект положення гена можна простежити при спадкуванні резус фактора (Rh-фактор).
Мал. 53. «Ефект положення».
У найпростішому варіанті резус-позитивність домінує над резус-негативних і практично успадкування Rh-фактора иммитирует моногогенное успадкування. Однак ряд досліджень показує, що система Rh визначається трьома антигенними факторами, які детерміруются трьома тісно зчепленими генами С, Д, Е, локалізованими в короткому плечі хромосоми 1. Усередині алельних пар діє повне домінування, а при взаємодії між ними «ефект положення». Все це обумовлює різноманітність варіантів резус-антигенів і відповідно резус-несумісності.
Основна роль в Rh-системі належить антигену D. При його наявності на поверхні еритроцитів кров є резус-позитивною. Резус-негативний фенотип формується при відсутності антигену D.
Однак антигени C і E впливають на резус-несумісність.
Суть «ефекту положення» в наступному: в розглянутому прикладі (рис. 53) обидва людини мають однакові фенотипи і генотип. Вони гетерозиготи за трьома парам генів (CcDdEe) і обидва резус-позитивні, але в антигенному плані їх кров несумісна. У людини, у якого в одній хромосомі порядок розташування генів Cde, а в інший відповідно cDE, будуть синтезуватися всі три види антигенів C, D, E і його кров буде несумісна з кров'ю другої людини.
У другої людини порядок розташування генів усередині хромосоми cDe, а в гомологічною - CdE. Там, де в одній хромосомі розташовані домінантні гени С і Е, ген Е виступає в ролі супрессора по відношенню до гену С. Отже, фенотипічніпрояв гена С в ознака придушене, антиген С не синтезується.
Резус-ФАКТОР І резус-КОНФЛІКТ
Резус-фактор крові - антиген, який представляє собою особливий вид протеїну, присутнього на оболонці червоних кров'яних тілець людини і макаки-резус. Відкрито білок був в 1940 році А. Вінером і К. Ландштейнером.
Цей білок є у 85% жителів планети європеоїдної раси. Таких людей називають резус-позитивними. Якщо ж білка на оболонці еритроцитів немає - вони називаються резус-негативними. Серед людей монголоїдної раси резус-негативних людей ще менше - всього 1%, а серед жителів планети негроїдної раси тільки 7%.
Резус крові - це досить складна система, в яку входить не менше сорока різних антигенів. Кожен з антигенів має своє «ім'я», яке прописується за допомогою букв і цифр. Найбільш поширеними антигенами є Д, С, Е. Саме ці антигени найбільш активні.
Резус крові передається у спадок як домінантна ознака (R - ген наявності резус фактора, а r - відсутність його) і не змінюється протягом усього життя.
Якщо у батьків є резус (Rr, Rr), то у дитини резус може бути присутнім (RR, Rr), а може й не бути (rr).
Якщо один з батьків резус-позитивний (RR, Rr), а другий негативний (rr), - малюк може успадкувати як позитивний резус (Rr), так і негативний (rr).
У тому випадку, якщо і у мами і у тата резус негативний, дитина обов'язково також народиться резус-негативним.
Звичайно негативний резус-фактор ніяких неприємностей його хазяїну не приносить. Особливої уваги та догляду вимагають лише резус-негативні вагітні жінки.
Якщо у майбутньої мами резус негативний, а в майбутнього тата позитивний, виникає небезпека резус-конфлікту. Але початися він може лише в тому випадку, якщо дитина успадкує резус батька. Тоді його кров буде погано сумісна з кров'ю матері (рис. 54).
Мал. 54. Резус-конфлікт при вагітності.
Під час вагітності мати і плід єдині, і, не дивлячись на те, що кров їх не змішується, багато продуктів обміну речовин та й окремі клітини від плоду надходять до матері, і навпаки. Цей обмін йде через структури плаценти, через ту її частину, яка називається плацентарних бар'єром.
Rh-кoнфлікт виникає не раніше 7-8-го тижня вагітності, коли починається формування кровотворення у зародка. Резус-позитивні еритроцити плоду долають плацентарний бар'єр і, потрапляючи в кров матері, а її організм, сприймаються як щось чужорідне. Організм матері починає виробляти захисні антитіла. Захищаючи матір, ці антитіла несуть серйозну загрозу її дитині. При важкій формі резус-конфлікту можлива внутрішньоутробна загибель плода і викидень на будь-якому терміні вагітності.
У важких випадках новонародженому може допомогти штучне переливання крові. Йому вводять одногруппную резус-негативну кров і проводять реанімаційні заходи.
Мал. 55. Гемоліз еритроцитів при резус-конфлікті.
Облік резус фактора, як і групи крові, є обов'язковим при переливанні крові. Якщо в тіло резус-негативного пацієнта влити кров з присутніх резусом, в організмі почнуть вироблятися антитіла (рис. 55), під дією яких настає гемоліз еритроцитів донора (еритроцити, що володіють резусом, склеюються в довгі циліндри).
Для профілактики подібних ускладнень необхідно переливати резус-негативному реципієнту тільки резус-негативну кров і перед переливанням виробляти пробу на сумісність не тільки за групами крові, але і по резус-фактору.
Специфіка ПРОЯВИ ГЕНА В ОЗНАКА
Плейотропія - множинне дію гена (один ген контролює розвиток кількох ознак).
Часто спостерігається явище, коли одна пара генів впливає відразу на кілька ознак. Ще Мендель в своїх дослідах встановив, що рослини гороху, що мають пурпурові квітки, крім того завжди мають червоні плями в пазухах листків і утворюють насіння, покриті сірою або бурою шкіркою, і що всі ці ознаки залежать від дії одного спадкового чинника.
При вивченні генетичних особливостей перської пшениці Н.И.Вавилов встановив, що домінантний ген чорного забарвлення завжди одночасно викликає і сильне опушення лусок.
У плодової мушки дрозофіли ген, що визначає відсутність пігменту в очах, знижує плодючість, впливає на забарвлення деяких внутрішніх органів і зменшує тривалість життя.
У каракульських овець одним геном визначаються колір шерсті і розвиток рубця.
Плейотропна дію гена може бути первинним і вторинним (рис. 56).
Мал. 56. Види плейотропії.
При первинній плейотропії ген проявляє свій множинний ефект. Наприклад, при хворобі Хартнупа мутація гена призводить до порушення всмоктування амінокислоти триптофану в кишечнику і його реабсорбції в ниркових канальцях. При цьому уражаються одночасно мембрани епітеліальних клітин кишечника і ниркових канальців з розладами травної і видільної систем.
Мал. 57. Синдром Марфана.
У людини відомий домінантний ген, що визначає ознака "павукові пальці" (синдром Марфана). Одночасно ненормальний розвиток пальців супроводжується порушенням будови кришталика і розвитком пороку серця (рис. 57). Тут в основі множинного ефекту теж лежить дію одного гена, що викликає порушення розвитку сполучної тканини.
При вторинної плейотропії є один первинний фенотипічних ознака - прояв мутантного гена, слідом за яким розвивається ступінчастий процес вторинних змін, що призводять до множинних ефектів. Так, при серповидноклеточной анемії у гомозигот спостерігається кілька патологічних ознак: анемія, збільшена селезінка, ураження шкіри, серця, нирок і мозку. Тому гомозиготи з геном серповидноклеточной анемії гинуть, як правило, в дитячому віці. Всі ці фенотипічні прояви гена складають ієрархію вторинних проявів. Першопричиною, безпосереднім фенотипическим ознакою проявом дефектного гена є аномальний гемоглобін і еритроцити серповидної форми. Внаслідок цього відбуваються послідовно інші патологічні процеси: злипання і руйнування еритроцитів, анемія, дефекти в нирках, серці, мозку - ці патологічні ознаки вторинні.
При плейотропії, ген, впливаючи на якийсь один основна ознака, може також змінювати, модифікувати прояв інших генів, в зв'язку з чим введено поняття про генах-модифікатори. Останні підсилюють або послаблюють розвиток ознак, які кодуються "основним" геном.
Модифікуючу дію гена - ген посилює або послаблює дію неалельні гена. Існують гени "основного дії", тобто такі, які визначають розвиток ознаки або властивості, наприклад вироблення пігменту, форму плода, чутливість або стійкість до захворювань і т.д. Поряд з такими генами, мабуть, існують гени, які самі по собі не визначають якусь якісну реакцію або ознака, вони лише посилюють або послаблюють прояв дії "основного" гена, тобто модифікують його, - такі гени отримали назву модифікаторів. Будь-які взаємодіють гени в один і той же час є генами "основного" дії за однією ознакою, а по іншому (або іншим) є генами-модифікаторами.
Показниками залежності функціонування спадкових задатків від характеристик генотипу є пенетрантность і експресивність.
Розглядаючи дію генів, їх алелей необхідно враховувати і модифікуючий вплив середовища, в якій розвивається організм. Якщо рослини примули схрещувати при температурі 15-20 ° С, то в F1 згідно менделевской схемою, все покоління матимуть рожеві квіти. Але коли таке схрещування проводити при температурі 35 ° С, то все гібриди матимуть квіти білого кольору. Якщо ж здійснювати схрещування при температурі близько 30 ° С, то виникає різне співвідношення (від 3: 1 до 100%) рослин з білими квітами.
Таке коливання класів при розщепленні залежно від умов середовища отримало назву пенетрантность - сила фенотипічного прояви. Отже, пенетрантність - це частота прояву гена, явище появи або відсутності ознаки у організмів, однакових за генотипом.
Пенетрантность значно коливається як серед домінантних, так і серед рецесивних генів. Поряд з генами, фенотип яких з'являється тільки при поєднанні певних умов і досить рідкісних зовнішніх умов (висока пенетрантность), у людини є гени, фенотипічніпрояв яких відбувається при будь-яких з'єднаннях зовнішніх умов (низька пенетрантность). Пенетрантность вимірюється відсотком (%) організмів з фенотипическим ознакою від загальної кількості обстежених носіїв відповідних алелей.
Якщо ген повністю, незалежно від навколишнього середовища, визначає фенотипічніпрояв, то він має пенетрантность 100% (повна пенетрантність). Однак, деякі домінантні гени проявляються менш регулярно. Так, полідактилія має чітке вертикальне успадкування, але бувають пропуски поколінь. Домінантна аномалія - передчасне статеве дозрівання - притаманне тільки чоловікам, проте іноді захворювання може передатися від людини, який не страждав на цю патологію. Пенетрантность вказує, в якому відсотку носіїв гена виявляється відповідний фенотип. Отже, пенетрантність залежить від генів, від середовища, від того і іншого. Таким чином, це не константне властивість гена, а функція генів в конкретних умовах середовища.
Експресивність (лат. "Ехргеssio" - вираз) - це зміна кількісного прояву ознаки в різних особин-носіях відповідного алеля.
При домінантних спадкових захворюваннях експресивність може коливатися. В одній і тій же сім'ї можуть проявлятися спадкові хвороби від легких, ледь помітних до важких: різні форми гіпертонії, шизофренії, цукрового діабету і т.д. Рецесивні спадкові захворювання в межах сім'ї проявляються однотипно і мають незначні коливання експресивності.
Таким чином, пенетрантность - це ймовірність фенотипічного прояву гена, яка виражається у відсотках (відношення хворих особин до числа носіїв відповідного гена).
Експресивність - ступінь клінічного прояву гена, яка може бути слабкою або сильною. Пенетрантность і експресивність генів залежать від ендогенних і екзогенних факторів. Наприклад, якщо для прояву гемофілії вирішальне значення має порушення в геномі, то виникнення цукрового діабету залежить від взаємодії генетичних факторів і зовнішнього середовища. В останньому випадку говорять про спадкової схильності. Здатність генотипу по-різному проявлятися в різних умовах середовища називається нормою реакції. Норма реакції успадковується, а зміни в межах норми реакції не успадковуються.
Ряд подібних за зовнішнім прояву ознак, в тому числі і спадкових хвороб, може викликатися різними неалельних генами. Таке явище називається копій гена. Біологічна природа копій гена полягає в тому, що синтез однакових речовин в клітині в ряді випадків досягається різними шляхами.
Одним з перших це явище вивчав Н.В.Тимофеев-Ресовський. За пропозицією Н.В.Тімофеева-Ресовський, з середини 1930-х років гетерогенними групами стали називати групи генів, що дають дуже схоже зовнішній прояв, але локалізованих в різних хромосомах або різних локусах, як, наприклад, група генів minute, що обумовлюють редукцію щетинок у дрозофіли. Це явище широко поширене в живій природі, включаючи людину. Правда, в генетичній літературі для його позначення зазвичай використовують не термін Н.В. Тимофєєва-Ресовський «гетерогенні групи», а більш пізній (середини 40-х років XX століття), запропонований німецьким генетиком X.Нахтсхаймом - «копій гена», на додаток до якого пізніше був введений термін «фенокопии».
В спадкової патології людини велику роль відіграють також фенокопии - модифікаційні зміни. Вони обумовлені тим, що в процесі розвитку під впливом зовнішніх факторів ознака, що залежить від певного генотипу, може змінитися; при цьому копіюються ознаки, характерні для іншого генотипу. Таким чином, Фенокопія - Неспадкова зміна фенотипу організму, викликане дією певних умов середовища і копіює прояв будь-якого відомого спадкового зміни - мутації - в цього організму.