X Тирозинемия, тип 1

Фумаровая кислота +

+ ацетоукусусная кислота

ние соединения прекращается, а оно само начинает накапли­ваться, обусловливая иногда токсический эффект. Теоретиче­ски так могут быть обнаружены все ферментозависимые ре­акции на пути превращения любого метаболита через мута­ции генов, контролирующих синтез соответствующих фер­ментов. Важно при этом подчеркнуть, что генетический под­ход предполагает наличие мутаций в генах, имеющих отно­шение к тому или иному метаболизму.

Анализ генконтролируемых событий для изучения после­довательности их осуществления и взаимозависимости был успешно применен не только к метаболическим путям, но и некоторым физиологическим реакциям. Примером может служить система свертывания крови, представленная на схе­ме 9.2. Из схемы 9.2 следует, что свертывание крови запуска­ется активированием фактора X свертывания крови за счет либо внешнего, либо внутреннего пути активации. «Внеш­ний» путь активации представляет собой комплекс, состоя­щий из активированного фактора VII свертывания крови, тканевого фактора, белка GLA матрикса и фосфолипидов. Мутации в гене фактора VII, который картирован, как и ген фактора X в 13q34, приводят к его неспособности активиро­вать фактор X и проявляются кровоточивостью. Сходным об­разом наследственная недостаточность факторов VIII и IX

Крупные точки поставлены у тех белков, мутации в генах которых приводят к их наследственной недостаточности и возникновению синдрома повышенной кровоточивости. Перечеркнуты блокирующи­еся в результате наследственных дефектов белков отдельные этапы свертывания крови. Буква «а», стоящая у соответствующего факто­ра, означает его активированное состояние. Видно, что практически для всех основных белков, участвующих в свертывании крови, изве­стны неактивные мутантные варианты, что позволяет установить последовательность реакций свертывания крови.

Комплекс активации фактора X «внешнего» пути (Фактор VII, •

тканевый фактор, другие факторы)

Ф

> Комплекс активации

к—Фактор V

актор X • Фактор Ха

К

Комплекс активации фактора X «внутреннего» пути

(Фактор VIII, •

Фактор IX, • другие факторы)

Фибриноген* *->Фибрин

Протромбин* -к—►Тромбин

протромбина

(Фактор Va • Фактор Ха • другие факторы)

омплекс белка С

(белок С, • белок S, • другие факторы)

►Фактор XIII *

i

Фактор XIHa

Поперечно- связанный фибрин

свертывания крови, являющихся частью комплекса актива­ции фактора X «внутреннего» пути, также блокирует актива­цию фактора X. Наследственная недостаточность факторов VIII и IX свертывания крови проявляется соответственно ге­мофилией А и В. Фактор X теряет также способность к акти­вации из-за наличия мутаций в гене этого фактора. Наслед­ственная недостаточность фактора X наследуется как ауто- сомно-рецессивный признак и проявляется эпистаксисом, гемартрозами, гематурией и другими признаками нарушения свертываемости крови.

В норме активированные факторы X и V активируют пре­вращение протромбина в тромбин. Мутации в гене фактора X и фактора V (недостаточность фактора V наследуется как аутосомно-рецессивный признак и проявляется повышенной

кровоточивостью) блокируют этот процесс. Кроме того, изве­стна наследственная недостаточность протромбина, наследу­ющаяся аутосомно-доминантно, при которой нарушается ак­тивация протромбина при нормальном содержании факторов X и V.

Протромбин, превращаясь в тромбин, активирует фибри­ноген и фактор XIII свертывания. Этот процесс блокируется при врожденной афибриногенемии, которая может быть обу­словлена мутациями в любом из 3 генов фибриногена (альфа, бета и гамма) и которая наследуется как аутосомно-рецессив- ный признак. Фактор XIII не может активироваться тромби­ном, когда есть мутации в гене субъединицы А или гене субъ­единицы В этого фактора. Мутации в генах фибриногенов, а также генах фактора XIII сопровождаются повышенной кро­воточивостью, наиболее выраженной при врожденной гипо- фибриногенемии, когда кровь вообще теряет способность к свертыванию.

Таким образом, анализ мутаций в генах белков, участвую­щих в системе свертывания крови, способствовал расшиф­ровке последовательности событий, которые приводят в ко­нечном счете к образованию сгустка крови и прекращению кровотечения.

На схеме 9.2 показано также, что тромбин может активи­ровать ингибиторы свертывания, представленные белками С и S. Процесс ингибиции свертывания является достаточно сложным, мы не будем здесь касаться его деталей, но заме­тим, что мутации его отдельных компонентов оказались столь же важными в расшифровке последовательности реак­ций ингибиции свертывания, как и для процесса свертыва­ния крови.

Мутации генов как инструмент для изучения генетическо­го контроля и молекулярных основ различных признаков и процессов, протекающих в живых организмах, в настоящее время широко используют в самых разных биологических и медицинских дисциплинах. Например, так выглядит список генов, влияющих на поддержание нормальных функций сет­чатки (табл. 9.2).

Из табл. 9.2 следует, что к 2002 г. был уже известен 131 ген, мутации в котором специфически нарушают функцию сетчатки. Из них 82 гена, т.е. более половины, уже были кло­нированы в ходе выполнения программы «Геном человека». Термин «клонирование» означает, что ген картирован, специ­альными приемами выделен, изучена его структура. Клони­рование гена означает также, что известен белок, синтез ко­торого контролируется соответствующим геном.

Приводим табл. 9.3, в которой суммированы данные по идентифицированным генам, вызывающим дегенерацию фо­торецепторов, полученные только за 2 последних года.

Таблица 9.2. Гены, обусловливающие поражение сетчатки (мо­дифицировано из: Daiger S.P., Sullivan L.S., Rossiter B.J.F. Cloned and/or mapped human genes causing retinal degeneration or related dise­ases. http://utsph.sph.uth.tmc.edu/www/utsph/RetNet/ home.htm)

Заболевание	Число генов	Число клониро­ ванных генов
Синдром Барде—Бидла, аутосомно-рецессивный	6	3
Дистрофия палочек и колбочек, аутосомно-доми- нантная	7	3
Дистрофия палочек и колбочек, аутосомно-рецес- сивная	2	0
Дистрофия колбочек или колбочек и палочек, А'-сцепленная	1	0
Врожденная стационарная ночная слепота, аутосомно-доминантная	1	1
Врожденная стационарная ночная слепота, аутосомно-рецессивная	2	2
Врожденная стационарная ночная слепота, А-сцепленная	i 2	2
Врожденный амавроз Лебера, аутосомно-рецессив­ный	6	4
Макулярная дегенерация, аутосомно-доминантная	8	4
Макулярная дегенерация, аутосомно-рецессивная	1	1
Болезнь развивающегося глаза—сетчатки, аутосомно-доминантная	1	0
Атрофия зрительного нерва, аутосомно-доминант- ная	2	1
Атрофия зрительного нерва, А'-сцепленная	1	0
Пигментный ретинит, аутосомно-доминантный	12	10
Пигментный ретинит, аутосомно-рецессивный	15	10
Пигментный ретинит, А'-сцепленный	5	2
Синдромальная или системная ретинопатия, аутосомно-доминантная	3	2
Синдромальная или системная ретинопатия, аутосомно-рецессивная	12	8
Синдромальная или системная ретинопатия, А'-сцепленная	2	1
Синдром Ашера, аутосомно-рецессивный	10	6
Ретинопатия, аутосомно-доминантная	8	3
Ретинопатия, аутосомно-рецессивная	10	7
Ретинопатия, митохондриальная	5	5
Ретинопатия, А'-сцепленная	9	7
Всего	131	82

Таблица 9.3. Гены, ассоциирующие с прогрессирующей дегене­рацией фоторецепторов (из: Clarke G., Heon Е., Mclnnes R.R. Recent advances in the molecular basis of inherited photoreceptor degeneration. Clin. Genet., 2000, 57, 313—329, модифицировано)

Заболевание	Локус заболе­ вания	Картиро­ ванные гены	Белки, функция
Аутосомно-	RP1	RP1	Белок с неизвестной функ­
доминантные формы пигмент­		(8qll-ql3)	цией, регулирует уровень ок- сигенации
ного ретинита	CORD6	RETGC-1 (17р 13)	Специфическая для палочек и колбочек гуанилатциклаза, не­обходимая для восстановления нормального уровня cGMP после световой стимуляции
	RP27	NRL (14ql 1.2)	Обеспечивает транскрипцию родопсина и других генов сет­чатки
Аутосомно-	RP19	ABCR	Белок для транспорта метабо­
рецессивные формы пигмент­		(1р21)	литов в наружном сегменте па­лочек
ного ретинита	RP14	TULP1 (6р21)	Функция белка не ясна
	arRP	SAG (2q37.1)	Аррестин или S-антиген
	RP12	CRBl (iq3i) RPE65 (1р31)	Белок, возможно определяю­щий взаимодействие между клетками Белок, необходимый для обра­зования 11-цис-витамина А. Мутации обусловливают при­мерно 2 % АР ПР и 16 % врож­денного амавроза Лебера
Л'-сцепленные формы пигмент­	RP3	RPGR (Xp21)	Регулятор ГТФазы
ного ретинита	RP2	RP2 (Xpll/2)	Гомология с кофактором С, вовлеченным в складывание бета-тубулина
Дистрофии палочек и колбочек	ADCA2	SCA7 (3pl3)
Колбочко­	CORD2	CRX	Фоторецептор-специфический
палочковые, или		(19q 13.3)	транскрипционный фактор
колбочковые	ADCD,	GUCA1A	Белок активатор гуанилатцик-
дистрофии	COD3	(6P21.1)	лазы
Врожденный	LCA1,	RETGC-1	Ретиноспецифическая гуани­
амавроз Лебера	CORD6	(17p 13)	латциклаза
	LCA3	CRX (19q 13.3)	Фоторецепторный транскрип­ционный фактор

Заболевание	Локус заболе­ вания	Картиро­ ванные гены	Белки, функция
	LCA2, RP20	RPE65 (1р31)	Точная функция неизвестна
Синдром Ашера	USH1B	MY07A	Миозин
	USH2A	USH2A (lq41)	Новый белок, сходный с лами- нинами
Макулярная ди­строфия Беста	BMD	Vmd2 или BMD (1lql3)	Бестрафин, белок с неизвест­ной функцией, возможно уча­ствует в транспорте или про­цессинге липидов

Из табл. 9.3 следует, что в последнее время было иденти­фицировано около 20 генов, мутации в которых приводят к дегенерации фоторецепторов. Функция многих белков, конт­ролируемых этими генами, остается не вполне ясной, неко­торые белки являются структурными или транспортными, другие участвуют в фототрансдукции.

Механизм фототрансдукции в настоящее время представ­ляется уже достаточно сложным процессом, в котором участ­вует большое количество белков. Фотоны захватываются оп- синами (родопсин в палочках и опсин в колбочках), для чего в структуре опсинов существуют фоточувствительные хромо­форы (11-цис-ретинальдегид). Фотоактивация начинается с абсорбции фотона рентинальдегидом, который, превращаясь в транс-форму, делает родопсин каталитически активным. Активная форма родопсина взаимодействует с трансдуцином. Родопсин также катализирует превращение гуанозиндифос- фата в гуанозинтрифосфат на альфа-субъединице трансдуци- на, что приводит к активации последней. Молекула родопси­на может активировать образование нескольких сотен моле­кул активированного альфа-трансдуцина. Альфа-трансдуцин активирует фосфодиэстеразу с высвобождением ее альфа- и бета-активных субъединиц. Высвободившись, эти субъедини­цы катализируют гидролиз циклического гуанозинмонофос- фата до 5’-гуанозинмонофосфата. Уменьшение уровня внут­риклеточного цГМФ приводит к закрытию ионных каналов, снижению внутриклеточного содержания Са²⁺. Выброс поло­жительных ионов гиперполяризует фоторецептор, закрывает Са²⁺ -каналы синапса и уменьшает высвобождение нейро­трансмиттера глутамата. Возвращение фоторецептора в тем- новое состояние требует выключения ферментативного кас­када и восстановления внутриклеточного уровня цГМФ. Ро­допсин инактивируется АТФ-зависимым фосфорилировани- ем с помощью родопсинкиназы. Затем фосфорилированный родопсин связывается с аррестином, что приводит к прекра­щению его взаимодействия с трансдуцином. Уменьшение уровня внутриклеточного Са²⁺ активирует белок, являющий­ся активатором гуанилатциклазы,. последняя обеспечивает превращение ГТФ в цГМФ; цГМФ способствует открытию ионных каналов и деполяризации фоторецептора.

В приведенном схематическом описании процесса транс­дукции легко увидеть аналогию с метаболическими цепями, и так же как в случае наследственных метаболических заболева­ний, наследственные болезни сетчатки проявляют отдельные генконтролируемые этапы сложного процесса фототрансдук- ции. Как следует из данных приведенных выше таблиц, неко­торые наследственные болезни сетчатки связаны с мутациями в генах, кодирующих белки фотоактивации. Так, мутации в гене родопсина вызывают доминантную и рецессивную форму пигментного ретинита и стационарную ночную слепоту, мута­ции в гене фосфодиэстеразы — рецессивную форму пигмент­ного ретинита и стационарную ночную слепоту, мутации в гене альфа-субъединицы цГМФ-контролируемого канала — рецессивную форму пигментного ретинита, а мутации в гене альфа-трансдуцина — стационарную ночную слепоту.

Сходным образом обстоит дело и с наследственными бо­лезнями сетчатки, обусловленными мутациями в генах, коди­рующих белки, которые необходимы для возвращения фото­рецептора в темновое состояние: мутации в гене родопсинки­назы обусловливают стационарную ночную слепоту, в гене гу­анилатциклазы — врожденный амавроз Лебера и дистрофию палочек и колбочек, в гене аррестина — стационарную ноч­ную слепоту, а в гене белка-активатора гуанилатциклазы — аутосомно-доминантную дистрофию колбочек. Таким обра­зом, для перечисленных выше генов, вызывающих прогресси­рующую дегенерацию фоторецепторов сетчатки, общим ис­ходным звеном в развитии заболевания является нарушение фототрансдукции, однако непонятно, каким образом это при­водит к развитию других клинических проявлений этих забо­леваний (в частности, к дегенерации фоторецепторов), как мутации в одном гене могут обусловливать разные по клинике заболевания и, напротив, как мутации в разных генах обуслов­ливают заболевания с практически одинаковыми клинически­ми проявлениями. Из табл. 9.3, кроме того, следует, что ана­логичные по клинике заболевания дают мутации в генах, не имеющих непосредственного отношения к процессу фото­трансдукции. Функция значительного числа белков, контро­лируемых генами и участвующих в обеспечении нормальной функции сетчатки, остается непонятной. Это означает, что наши представления о физиологии световосприятия все еще остаются неполными и требуют коррекции.