МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА

исследования показали, что эта особенность метаболизма наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Идентифицировано несколько мутантных аллелей в гене псевдохолинэстеразы, в разной степени снижающих активность фермента (E1a, E1s). Гомозиготы по этим аллелям обладают повышенной чувствительностью к суксаметонию. В большинстве европейских популяций частота гетерозигот по мутантным аллелям гена псевдохолинэстеразы не превышает 2-4%, а частота клинически значимых гомозигот составляет 1:2-3000 населения. Но в некоторых этнических группах, например среди чехов и словаков или евреев – выходцев из арабских стран, частоты аллеля E1a значительно выше – 7-10%. Это значит,

что частота людей обладающих повышенной чувствительностью к суксаметонию в этих популяциях достигает 1:400.

Еще одним хорошо известным примером фармакогенетического дефекта является недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-

ФДГ) – фермента, катализирующего окисление восстановленного глутатиона. В гене Г-6-ФДГ (G6PD), локализованном в области Xq28,

идентифицировано большое количество мутаций, ассоциированных с различными формами Х-сцепленной рецессивной гемолитической анемии.

Кроме того, описано несколько полиморфных аллелей, при которых анемия,

иногда с тяжелым исходом, развивается только при приеме определенных лекарств, в первую очередь сульфаниламидов, фурацелина, фурадемида,

противомалярийных препаратов (примахин) и некоторых других препаратов,

а также при употреблении конских бобов (фавизм). В настоящее время известно более 30 лекарственных препаратов, прием которых может вызывать у носителей полиморфных аллелей в гене G6PD гемолитический криз. Мутации и полиморфные аллели в гене G6PD, ассоциированные с недостаточностью Г-6-ФДГ, имеют наибольшее распространение в странах Ближнего и Среднего Востока, в том числе в Армении и Азербайджане, а

также в Средиземноморье, Африке, Новой Гвинее. Для объяснения этого явления привлекают гипотезу преимущества гетерозигот, обусловленного

повышенной устойчивостью к малярийному плазмодию, широко распространенному в тех же географических ареалах.

Прием барбитуратов, сульфаниламидов, некоторых противосудорожных препаратов и антибиотиков может привести к развитию

острой перемеживающейся порфирии у лиц с наследственной недостаточностью фермента порфобилиноген-дезаминазы

(уропорфириноген-1-синтетазы). Ее клиническими проявлениями являются острые боли в животе, красный цвет мочи, анурия, периферические невриты и параличи, в некоторых случаях заканчивающиеся летальным исходом.

Наследуется заболевание по аутосомно-доминантному типу с неполной пенетрантностью, его частота в некоторых популяциях достигает 1:10000.

При других наследственных заболеваниях может наблюдаться необычная реакция на определенные лекарственные препараты. Типичным примером является подагра, наследуемая по аутосомно-доминантному типу с неполной пенетрантностью. Заболевание обусловлено ускоренным синтезом мочевой кислоты с одновременным снижением ее выведения почками. При этом в различных тканях больных накапливаются утраты, вызывающие воспалительные реакции в суставах и ведущие к образованию мочекислых камней в почках. Некоторые диуретики (хлортиазид, фуросемид) могут ускорить появление первых симптомов и резко усилить клинические проявления заболевания вплоть до развития гиперурикемии вследствие снижения почечной экскреции мочевой кислоты. Сходная реакция на эти препараты может наблюдаться у пациентов, имеющих наследственную предрасположенность к диабету. Таким образом, при появлении в моче больных утратов или сахара в ответ на прием диуретиков необходима их немедленная отмена.

Все рассмотренные выше примеры касались достаточно редких моногенных болезней. Однако различная индивидуальная реакция на лекарственные препараты, влияющая не только на их эффективность, но и на формирование нежелательных побочных действий, наблюдается достаточно

часто. В большинстве случаев она связана не с наследственными заболеваниями, а с присутствием полиморфных аллелей в генах ферментов,

участвующих в лекарственном метаболизме. Основную роль в этом метаболизме играют ферменты системы детоксикации, о которых мы уже писали ранее (2.10.3). Одним из наиболее ярких примеров подобного рода является влияние скорости ацетилирования, осуществляемого ферментом N-

ацетилтрансферазой 2, на инактивацию противотуберкулезного препарата изониазида. Мы уже писали о том, что в гене NAT2 имеются полиморфные аллели, влияющие на активность соответствующего фермента. В

зависимости от присутствия этих аллелей люди делятся на «быстрых» и «медленных» ацетиляторов. В европейских популяциях соотношение между этими двумя группами населения примерно одинаково, тогда как среди желтой расы преобладают «быстрые» ацетиляторы. «Медленные» ацетиляторы в большей степени склонны к интоксикации, обусловленной накоплением в организме вредных веществ. В частности, при регулярном приеме противотуберкулезного препарата изониазида в организме

«медленных» ацетиляторов он не успевает метаболизироваться. В результате происходит его накопление до токсических концентраций, вызывающих дефицит нейротропных витаминов группы В. Поэтому при терапии изониазидом обязательно необходимо назначать больным комплекс этих витаминов для предотвращения развития у них полинейропатии. При этом дозы изониазида могут быть снижены, если больные относятся к группе

«медленных» ацетиляторов. «Медленные» ацетиляторы в большей степени склонны к развитию гемолитической анемии при приеме сульфаниламидов, а

также некоторых других осложнений при приеме новокаинамида, дифенина,

апрессина и других препаратов. В тоже время среди «быстрых» ацетиляторов чаще наблюдаются случаи «изониазидового» гепатита и несемейного рака толстой кишки.

Ключевая роль в метаболизме многих лекарственных препаратов принадлежит цитохромам P450. Их разнообразие очень велико. В настоящее

время идентифицировано 8 семейств цитохромов P450 (I, II, III, IV, XI, XVII, XIX и XXI) с пятью подсемействами в P450II и двумя подсемействами в

P450XI. Разберем более подробно связь цитохромов P450 с лекарственным метаболизмом на примере полипептида 9 субсемейства P450IIC, кодируемого геном CYP2C9. Это один из нескольких CYP2C-генов, расположенных в небольшом районе в области 10q24. Продукт гена CYP2C9 относится к числу главных лекарственных метаболизаторов. В частности, он непосредственно взаимодействует с S-варфарином, определяющим антикоагулянтный эффект этого лекарственного препарата. Варфарин широко используется при лечении пациентов с тромботическими заболеваниями или повышенным риском тромбообразования. Очевидно, что терапевтический успех в значительной степени зависит от выбора дозы препарата и длительности курса лечения с учетом специфики заболевания и индивидуальных особенностей пациента, важнейшей из которых является наследственная чувствительность к варфарину. В гене CYP2C9 идентифицированы два функциональных полиморфизма, влияющие на метаболическую активность этого цитохрома. Их частоты в европейских популяциях колеблются в пределах от 8% до 11%. Оба этих аллельных варианта ухудшают гидроксилирование S-варфарина в системе in vitro, причем при гомозиготном носительстве этих полиморфизмов остаточная активность ферментов составляет менее 5% и 12% соответственно. В отечественных популяциях суммарная частота носителей минорных аллелей гена CYP2C9 достигает

34%. Пациенты с низкой активностью метаболизатора имеют большую вероятность геморрагических осложнений при проведении варфариновой терапии. Для них необходимо снижение недельной дозы препарата на 4070% в зависимости от конкретного генотипа по полиморфным аллелям гена

CYP2C9.

Полипептид 9 субсемейства P450IIC является одним из первичных цитохромов, ответственных за гидроксилирование толбутамида – препарата,

используемого при лечении диабета. Он участвует в метаболизме

противосудорожного препарата фенитоина, глипизида и некоторых других лекарств. С другой стороны, в метаболизме мефенитоина, некоторых антидепрессантов, противомалярийных и других препаратов участвует полипептид 19 субсемейства P450IIC. В гене CYP2C19, кодирующем этот цитохром, также найдены полиморфные аллели, снижающие метаболическую активность соответствующего фермента. Частота «плохих» метаболизаторов по этой системе в европейских популяциях составляет 2-

5%, а среди населения Японии – 13-23%.

Продукт гена CYP2D6, локализованного в области 22q13.1, участвует в детоксикации более 40 лекарств, включая многие антидепрессанты,

психотропные, антиаритмические препараты, амфетамины, бета-блокаторы,

кодеин. Около 10% европейцев несут функциональные полиморфные аллели в гене CYP2D6, а потому им свойственен медленный метаболизм по этой системе детоксикации. При приеме указанных препаратов у них могут возникать тяжелые кардиотоксические, холинолитические,

гепатотоксические эффекты. Отмечается повышенная чувствительность к боли, быстрое привыкание к никотину и некоторые другие особенности.

Значимыми с фармакологической точки зрения являются некоторые полиморфные аллели в других генах цитохромов, в частности в гене CYP1А1.

Кроме того, в биотрансформации лекарственных препаратов принимают участие многие другие ферменты – глутатионтрансферазы, упоминавшиеся выше N-ацетилтрансферазы, моноаминооксидазы, холинэстеразы,

алкогольдегидрогеназы и др. В настоящее время проводится интенсивное изучение вклада наследственной изменчивости по этим ферментным системам в индивидуальную чувствительность к определенным лекарственным препаратам. Напомним, что наличие у пациента различных полиморфных аллелей во всех перечисленных выше генах можно определить методом ПЦР.

Таким образом, одной из ведущих проблем современной фармакогенетики является разработка схем терапии различных заболеваний с

учетом генотипического статуса пациентов по наследственным детерминантам, участвующим в контроле метаболизма используемых при этом лекарственных препаратов.

Глава 2.12 Генетические основы канцерогенеза

Итак, развитие моногенных и мультифакториальных болезней зависит от присутствия в клетках мутаций и полиморфных аллелей, которые ребенок наследует от своих родителей. Однако в процессе жизни человека под влиянием различных неблагоприятных факторов мутации могут возникать не только в половых, но и в соматических клетках. Их накопление в некоторых случаях может приводить к определенным заболеваниям, которые в генетике называют болезнями нуклеиновых кислот. Подобный этиологический механизм характерен, прежде всего, для онкологических заболеваний.

2.12.1. «Рак – болезнь генов»

Внастоящее время не вызывает сомнения тот факт, что ведущая роль в возникновении и развитии канцерогенеза принадлежит генетическим нарушениям. Многие неблагоприятные факторы окружающей среды могут оказывать воздействие на этот процесс, однако подобное влияние чаще всего опосредуется через накопление мутаций в генах. Около 1% генов человека связаны с канцерогенезом. Мутации в этих генах служат предпосылкой для развития неопластического процесса, и они часто обнаруживаются в опухолевых тканях больных и в многочисленных культивируемых раковых линиях клеток. Эти гены делятся на два класса, как по характеру своего действия, так и по типам кодируемых белков. Первый класс - это протоонкогены или доминантные онкогены. Их продукты, как правило,

участвуют в позитивном контроле клеточного роста. Второй класс составляют супрессоры опухолей или рецессивные онкогены, называемые также антионкогенами. Кодируемые этими генами белки часто являются негативными регуляторами клеточного роста и в норме обладают противоопухолевым эффектом.

Заслуживает внимания тот факт, что мутационная теория образования опухолей впервые была сформулирована профессором K. H. Bauer в

одноименном издании, выпущенном в Берлине в 1928 году. Согласно этой теории “не существует наследственной передачи рака в точном смысле этого выражения. ... Речь идет о наследовании склонности тканей образовывать опухоли при определенных внешних условиях”. Эта склонность появляется вследствие возникновения в тканях “соматических мутаций, которые могут быть очень разнообразными и включают как генные, так и хромосомные изменения”. Поражает воображение соответствие последней формулировки современным представлениям о причинах возникновения и прогрессии опухолевого роста. Хромосомная теория рака впервые была выдвинута T. Boveri в 1929 году на основании того наблюдения, что в раковых тканях присутствует большой процент клеток с аномалиями кариотипа. В

дальнейшем эти теории отошли на второй план и уступили место другим гипотезам.

К доминантным онкогенам относятся гены сигнальной трансдукции,

определяющие переход клетки от состояния покоя к делению. Это гены факторов роста, их рецепторов, промежуточных молекул, передающих сигнал от мембраны к ядру и ядерных транскрипционных факторов – регуляторных белов, способных координировано запускать или подавлять работу целых каскадов других генов, экспрессия которых необходима для деления клетки. Поскольку передача сигнала от белка к белку осуществляется за счет фосфорилирования, трансмембранные рецепторы факторов роста и промежуточные молекулы, участвующие в сигнальной трансдукции, часто обладают протеинкиназной активностью. Это могут быть рецепторные или цитоплазматические тирозинкиназы и серин/треонинкиназы. Сигнальная трансдукция может осуществляться и с участием ГТФ-связывающих белков (G-белков). Мутации в генах,

контролирующих апоптоз – программированную клеточную гибель – также могут сопровождаться индукцией канцерогенеза. Апоптоз относится к

наиболее действенным инструментам регуляции тканевого гомеостаза, а

также участвует в поддержании генетической стабильности, избирательно элиминируя клетки с поврежденной ДНК.

В некоторых случаях канцерогенный эффект доминантных онкогенов обусловлен гиперпродукцией кодируемых белков, что характерно, в

частности, для генов факторов роста. В опухолевых тканях больных часто наблюдается избирательное увеличение числа копий (амплификация) этих генов. Однако для других протоонкогенов в большей степени характерны не амплификации, а доминантные мутации, которые приводят к образованию аномального продукта, обладающего новой агрессивной функцией. В общем

случае, у мутантного белка появляется способность к передаче сигнала,

индуцирующего клетку к делению, при отсутствии внешнего стимула. Это приводит к постоянной активации всей сигнальной цепи и неконтролируемому делению клетки.

В то время как доминантные онкогены интенсивно исследуются уже на протяжении нескольких десятилетий, участие в инициации и промоции канцерогенеза генов, вовлеченных в контроль системы негативных регуляторов роста, было обнаружено значительно позднее. Для проявления трансформирующего эффекта этих генов необходима инактивация обоих

гомологичных аллелей, сопровождающаяся потерей их функции. Это

достигается за счет возникновения в обеих гомологичных копиях генов-

супрессоров или антионкогенов рецессивных инактивирующих мутаций.

Гетерозиготные носители мутаций в генах супрессоров опухолей, так называемые зародышевые мутанты, часто имеют повышенную наследственную предрасположенность к возникновению онкологических заболеваний, дебютирующих в относительно молодом возрасте. Это

генетического материала при делении клеток. Одним из таких механизмов является негативный контроль клеточного цикла. При повреждении ДНК,

происходящем в процессе репликации, клетка утрачивает способность дальнейшего продвижения по циклу до того момента, пока дефект не будет исправлен. Если дефект ДНК не удается исправить, клетка погибает, причем ее гибель носит характер апоптоза. Реализация системы ареста клетки для проведения репарации ДНК и направления ее к апоптозу осуществляется с помощью негативных регуляторов роста, важнейшими из которых являются p53 и Rb, а также некоторые другие белки (p21, p15, p16 и др.). Все они являются транскрипционными факторами и могут взаимодействовать с регуляторными последовательностями других генов, участвующих в контроле клеточного цикла, пролиферации, апоптоза и репарации ДНК.

Мутации в гене TP53 являются наиболее частыми дефектами ДНК,

присутствующими в тканях злокачественных опухолей человека, и их наличие свидетельствует о плохом прогнозе в отношении развития опухоли.

Гетерозиготные зародышевые мутации в гене TP53 идентифицированы при редком аутосомно-доминантном синдроме Ли-Фраумени, для которого характерна повышенная предрасположенность к развитию в молодом возрасте широкого спектра злокачественных опухолей. Ген RB был идентифицирован при исследовании доминантно наследуемых семейных форм ретинобластомы, при которых у детей в возрасте от 1 до 3 лет развиваются множественные билатеральные опухоли сетчатки. При спорадических формах заболевания опухоли развиваются гораздо позднее и чаще поражают один глаз.

Основной системой поддержания стабильности генетического материала при клеточном делении является репарация ДНК – исправление дефектов, возникающих в процессе репликации ДНК. В зависимости от характера повреждения ДНК, вызванного УФ-облучением, ионизирующей радиацией или действием химических мутагенов, набор ферментов репарации может быть различен. Генетические нарушения различных

компонентов системы репарации сопряжены с развитием наследственных заболеваний, таких как пигментная ксеродерма и синдром Кокейна,

вызванные мутациями в генах системы репарации УФ-индуцируемых повреждений ДНК, синдром Луи-Бар, при котором нарушена репарация повреждений ДНК, вызванных ионизирующим облучением, или анемия Фанкони, характеризующаяся хромосомной нестабильностью и повышенной чувствительностью к генотоксическим агентам. У пациентов с подобными заболеваниями, как правило, повышена вероятность возникновения доброкачественных и злокачественных новообразований при соприкосновении с факторами, индуцирующими повреждения ДНК.

Гены ферментов репарации относятся к классу рецессивных онкогенов или супрессоров опухолей. Их инактивация наблюдается во многих типах опухолевых тканей. Семейные формы неполипозного рака прямой кишки в значительной степени обусловлены присутствием доминантных мутаций в генах, кодирующих ферменты системы репарации неспаренных оснований ДНК. Наследственные формы рака молочной железы ассоциированы с доминантными мутациями в двух супрессорных генах BRCA1 и BRCA2,

белковые продукты которых участвуют в репарации двунитевых разрывов ДНК.

В настоящее время, можно с уверенностью утверждать, что генетические нарушения в работе онкогенов и антионкогенов, участвующих в контроле клеточного цикла и в репарации ДНК, являются фундаментальными в этиологии подавляющего большинства злокачественных опухолей человека. Существенный вклад в инвазию опухолевых клеток и процесс метастазирования вносят генетические нарушения межклеточной адгезии.

Известно, что на скорость возникновения мутаций существенное влияние могут оказывать как экзогенные, так и эндогенные факторы. Любые физические и химические воздействия, усиливающие мутагенез, такие как облучение или действие мутагенов, обладают канцерогенным эффектом и