 |
|
АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология |
Методы оценки частот мутацийВ последующих разделах будут описаны различные методы оценки частот мутаций на основе данных о редких наследственных болезнях. В большинстве случаев эти методы применяются в исследованиях, проводимых на уровне качественных менделирующих фенотипических признаков и предполагающих существование простого способа наследования нозологических форм при отсутствии сведений о специфических генных локусах. Прямой метод. Читатель уже знаком с принципом, на котором основан прямой метод (разд. 5.1.2.1). Этот метод, использовавшийся в работах по геномным мутациям и структурным аберрациям хромосом, применим также к данным о доминантных генных мутациях. Он требует лишь определения численности (частоты при рождении) носителей какого-то признака в изучаемой популяции и выяснения вопроса о том, действительно ли их появление носит спорадический характер. Принимая, что все спорадические случаи рождения носителей обусловлены мутациями de novo, можно легко рассчитать частоту этих мутаций (см. формулу в разд. 5.1.2.1). Практическое применение данного метода встречается с некоторыми трудностями и может приводить к ошибочным результатам. 1 Наиболее тривиальный источник ошибок - внебрачные связи, возможность которых следует принимать во внимание главным образом в ситуациях, когда селективная вредность признака не очевидна и когда очень небольшое число спорадических случаев наблюдается на фоне семейных случаев, составляющих большинство С другой стороны, если селективная вредность признака велика и если многочисленные спорадические случаи наличествуют вместе с немногими семейными случаями, редкие внебрачные связи не могут слишком сильно исказить вычисляемую оценку В настоящее время, когда идентифицированы многие генетические маркеры, ложное отцовство, как правило, можно исключить с помощью соответствующих тестов 2 Второй возможный источник ошибок – существование фенотипически сходных или идентичных признаков, которые не наследуются (фенокопий) Наиболее эффективным генетическим тестом на смещение оценок, обуслов- 5 Мутации 159
ленное этой причиной, служит анализ потомков спорадически появляющихся носителей. Если все они мутанты, то ожидаемое расщепление индивидов с данным признаком и без него будет 1:1 Однако, когда совокупная доля фенокопий мала, этот тест не эффективен. Предварительное представление о ситуации дает рассмотрение генетического равновесия. Для поддержания определенной доли спорадических случаев среди всех подобных случаев необходим достаточно сильный отбор против соответствующего признака [1667] Из этого положения вытекает общее правило: доля спорадических случаев приблизительно пропорциональна селективной вредности признака. В крайней ситуации, когда мутантные аллели не передаются следующему поколению вследствие ранней смерти их носителей, все эти аутосомно-доминантные мутации, имеющиеся в популяции, будут спорадическими. В промежуточной ситуации вновь возникшие мутанты составляют большую и разную в разных случаях долю индивидов с данным признаком. 3. Многие аутосомно-доминантные болезни могут быть представлены различными формами. Если все такие формы объединяются и рассматриваются как одна болезнь, возможно фиктивное завышение частоты мутации. К тому же, помимо аутосомно-доминантного типа болезни, может существовать ее аутосомно-рецессивная форма. Их можно различить с помощью тщательного клинического и лабораторного анализа фенотипа с учетом возраста начала заболевания, истории болезни и анализа сцепления с использованием, например, маркерной ДНК. Кровное родство, если оно есть, в популяциях, где инбридинг обычно не практикуется, может свидетельствовать об аутосомно-рецессивном наследовании. 4. Возможны случаи с неполной пенетрантностью. Если она не намного ниже 100%, смещение оценки поддается коррекции. Частоту мутаций можно оценить, только установив с достаточной точностью долю спорадических случаев, когда больные индивиды определенно являются мутантами de novo, и исключив фенокопий. Наиболее прямой метод оценки заключается в сравнении числа пациентов, несущих новые мутации, с общим числом детей, родившихся в том же году. То есть он сводится к определению числа носителей. Этот метод применим главным образом в случае заболеваний, диагностируемых в раннем детстве. К ним относятся, например, акроцефалосиндактилия (синдром Аперта) (10120), которая выявляется у всех больных ею детей уже при рождении; в случае этого дефекта вполне ясен и клинический статус родителей. Зная общее число детей, родившихся в данной популяции, можно рассчитать частоту соответствующей мутации. Однако большинство наследственных болезней не диагностируется при рождении и преобладающая часть имеющихся данных получена при изучении именно таких заболеваний. Поэтому, например, изучая мутационный процесс в случае гемофилии, необходимо учитывать, что продолжительность жизни пациентов, страдающих этой болезнью, составляет одну треть от продолжительности жизни здоровых индивидов. Таким образом, для получения частоты надо умножить относительное число больных на множитель, равный 3. Обратите внимание, что в этом примере число гемофиликов соотносится с общей численностью популяции, тогда как в предыдущем примере берется отношение числа детей с акроцефалосиндактилией, родившихся в течение года, к числу всех рожденных за один и тот же год. Прямой метод, несмотря на его простоту, стал применяться только после появления концепции генетического равновесия между мутационным процессом и отбором. Формулировка Данфорта. Первым, кто сформулировал в 1921 г. эту концепцию и предложил использовать ее для оценки частот мутаций, был Данфорт [1429]. «Уместно напомнить, что значительное число доминантных признаков принадлежит к слабо вредным.. Несомненно, что в какой-то мере частота этих признаков поддерживается повторными мутациями Частоту таких мутаций можно оценить, если известно среднее число генераций, в которых они воспроизводились По имеющимся данным, среднее время существования некоторых из них составляет лишь несколько поколений Частота возникновения мутаций должна быть такой, чтобы мутационный процесс повышал частоту соответствующего признака до ее фактического значения и уравновешивал противоположное действие отбора» Он вывел формулу для расчета среднего числа поколений, в которых до элиминации воспроизводилась мутация и которое может слу- 160 5. Мутации
жить мерой частоты возникновения мутаций. Данфорт дал четкую формулировку концепции равновесия между мутациями и отбором. Тем не менее она оставалась незамеченной и лишь 15 лет спустя была повторно сформулирована Холдейном [1472]. Непрямой метод оценки частоты мутаций, предложенный Холдейном. Холдейн излагает эту концепцию следующим образом: «Сцепленная с полом рецессивная болезнь гемофилия известна более 100 лет. Поскольку до брачного возраста доживает лишь незначительное меньшинство гемофиликов и поскольку (как будет показано ниже) свыше одной трети всех генов гемофилии, имеющихся у новорожденных детей, расположены в Х-хромосоме у мальчиков, болезнь быстро бы исчезла, если бы гены гемофилии не возникали в результате мутаций. Возможны только две альтернативы - либо гетерозиготные женщины более плодовиты, чем нормальные, либо при протекающем у них мейозе нормальный аллеломорф... имеет большие шансы попасть в полярное тельце. Ни одна из этих возможностей, по-видимому, не осуществляется... Теперь предположим, а затем попытаемся показать, что большинство популяций человека находится в приблизительном равновесии по гемофилии - отбор сбалансирован мутациями, если х - доля мужчин-гемофиликов в популяции, а f - их эффективная плодовитость, т.е. относительные по сравнению с нормальными мужчинами шансы оставить потомков, то в большой популяции численностью 2N индивидов элиминируется (1 —f)xN генов гемофилии за поколение. Мутации должны приводить к замене такого же числа нормальных генов. Поскольку, однако, в клетках каждой из N женщин имеется по две Х-хромосомы, а у каждого мужчины одна, средняя частота мутаций, отнесенная к числу Х-хромосом, равна 1/3(1 — f)x или при малых/ немного меньше 1/3 х. Следовательно, для получения соответствующей частоты возникновения мутаций, мы должны определить частоту гемофилии у мужчин» Кроме того, Холдейн произвел некоторые формальные выкладки, приведшие к следующим результатам. Отношение числа гетерозиготных женщин к числу мужчин-гемофиликов оказалось равным
равновесие действительно восстанавливается за очень короткое время после любого его нарушения. Метод Холдейна удобен для практического применения, так как он основывается на информации только об одном поколении. Вместе с тем эту информацию можно использовать по-разному. Одна из полезных идей состоит в том, чтобы оценивать частоты мутаций отдельно в мужских и отдельно в женских половых клетках (см. разд. 5.1.3.4). Проблемы, связанные с практическим применением непрямого метода. Как и в случае прямого метода, при использовании непрямого метода на практике возникает множество проблем: 1) внебрачные связи не играют роли в их создании, так как оценка во всех случаях основывается на учете заболеваний в существующей популяции, а не в предшествующих поколениях; 2) фенокопии и генетическая гетерогенность вызывают сложности, идентичные тем, которые возникают при использовании прямого метода; 3) неполная пенетрантность не влияет на оценки частот мутаций при условии, что носители патологического гена, не проявляющие признаков заболевания, не имеют селективного преимущества; 4) специфической проблемой, связанной с применением непрямого метода, является оценка / (средней плодовитости родителей, отнесенной к соответствующей популяционной средней). Эта проблема решается просто, если /= 0, т.е. если носители патологического гена совсем не оставляют потомства, как, например, в случае мышечной дистрофии Дюшенна. Доля пациентов, являющихся сыновьями здоровых матерей, выражается формулой т =
Проблема становится намного сложнее, если плодовитость носителей данного признака лишь немного снижена по сравнению с нормой. Полезную аппроксимацию / дает сравнение способности к деторождению пациентов и их здоровых сибсов, когда плодовитость родителей достоверно субнормальна. В противном случае возможно значительное смещение оценки, связанное с осуществляемым сибсами планирова- 5. Мутации 161
нием семьи. Наилучший метод заключается в определении числа детей, родившихся у индивидов, составляющих выбранную случайным образом возрастную группу из данной популяции, до конца их репродуктивного периода, и сравнении его с числом детей у соответствующих пациентов [1595; 1597]. Но даже этот метод может дать искаженные данные, если благодаря усовершенствованной медицинской терапии пациенты рождают детей чаще, чем в прежние времена. При таком условии популяция уже не является равновесной, что должно приводить к занижению частот мутаций. Указанные смещения делают ненадежными все оценки величин /. Поэтому можно считать, что непрямой метод дает общее представление о действительном порядке величин частот мутаций только в том случае, если плодовитость пациента (/) значительно ниже средней. Преобладающее большинство оценок, приведенных в табл. 5.8, получено с помощью прямого метода. Непрямой метод использовался главным образом в случае рецессивных болезней, сцепленных с Х-хромосомой. Плодовитость больных гемофилией в то время, когда собирались эти данные, была существенно ниже средней. Плодовитость падает до нуля при мышечной дистрофии Дюшенна и в случае двух болезней- пигментного дерматоза и ротопальцелицевого дизостоза, гемизиготы по генам которых детальны. Поэтому соответствующие оценки могут считаться довольно надежными. В случае аутосомно-рецессивных болезней получить оценки частот мутаций невозможно. Прямой метод, очевидно, нельзя использовать в случае полностью рецессивных болезней, так как соответствующие мутации чаще всего возникают в половых клетках индивидов, находящихся в браке с гомозиготами по нормальному аллелю; в этих браках должны рождаться гетерозиготные дети и дети, гомозиготные по нормальному аллелю. Если бы у нас были надежные методы выявления гетерозигот по различным патологическим генам, эту проблему можно было бы снять [1595]. Заметим, однако, что большинство методов не позволяет с высокой степенью достоверности отличить гетерозиготных индивидов от гомозиготных по нормальному аллелю и, кроме того, важно помнить, что существуют молчащие аллели. Вот почему проблема пока еще ждет своего решения. В настоящее время прямой метод не используется. Теоретически в случае рецессивных болезней можно использовать непрямой метод. С каждой гомозиготой, не оставившей детей, популяция теряет два мутантных гена, которые, для поддержания равновесия, должны компенсироваться мутациями. Однако применение этого метода требует выполнения двух условий. Селективная вредность должна быть свойственна только гомозиготам, а гетерозиготный генотип должен быть селективно нейтральным. Согласно закону Харди—Вайнберга (см. разд. 3.2), частота гетерозигот равна 2pq, а частота больных гомозигот q 2. Следовательно, гетерозиготы встречаются гораздо чаще, чем больные гомозиготы, особенно в случае редких наследственных болезней. Поэтому при небольшой селективной вредности аллеля для поддержания генетического равновесия необходима высокая частота возникновения мутаций; если же аллель обладает небольшим преимуществом, генетическое равновесие может сохраняться в отсутствие мутаций. К тому же, было бы, очевидно, неверно предполагать, что в современных популяциях человека существует генетическое равновесие по рецессивным мутациям. В прошлом народонаселение разделилось на множество изолированных групп, численность которых увеличивалась с различными скоростями; большинство этих групп стали смешиваться друг с другом относительно недавно. Осуществление программы скрининга редких врожденных ошибок метаболизма выявляет удивительные различия по частоте рецессивных генов даже между близкородственными популяциями (см. разд. 6.1.3). Характерное почти для всего мира уменьшение числа кровнородственных браков также внесло свой вклад в нарушение любого генетического равновесия, которое могло существовать в прошлом. В настоящее время число случаев редких рецессивных болезней меньше равновесного; ожидается, что его повышение до равновесной величины будет происходить 162 5. Мутации
5. Мутации 163
очень медленно ([1473]; разд. 6.3.1). В случае рецессивной болезни можно из одних и тех же данных получить почти любую оценку частоты возникновения мутаций в зависимости от принимаемых более или менее произвольных предположений. Следовательно, получение таких оценок представляет собой своего рода игру «угадайку», не имеющую научного значения. До тех пор пока мы не научимся выявлять гетерозиготных носителей аутосомно-рецессивных аллелей, что позволило бы использовать принцип расчета, применяемый в случае аутосомно-доминантных признаков, следует полностью отказаться от изучения мутационного процесса на основании данных об аутосомно-рецессивных признаках. Такие расчеты можно проводить только в случае болезней, обусловленных доминантными и Х-сцепленными рецессивными мутациями. Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 633 | Нарушение авторских прав |
, где μ - частота мутаций в женских половых клетках, a v в мужских. Часть всех гемофиликов, равная (1 — f)μ(2μ + v) (сыновья негетерозиготных матерей), представляет долю спорадических случаев гемофилии. В той же работе Холдейн показал, что генетическое
и при μ= v и f = 0 равна 1/3. Это означает, что одна треть наблюдаемых случаев болезни обусловлена новыми мутациями, если, конечно, частота мутаций одинакова у мужчин и женщин.
