4. Особливості генетики людини

антитілом . При взаємодії антигенів з одноіменними антитілами відбувається склеювання і випадання в осад еритроцитів (аглютинація), що свідчить про несумісніть крові донора і реципієнта. При переливанні крові необхідно, щоб антигени донора не зустрілися з одноіменними антитілами реципієнта. Оскільки перша група не має антигенів, то люди з такою кров’ю

називаються універсальними донорами, а люди з четвертою групою – універсальними реципієнтами.

Успадкування двох алелей з трьох можливих підкоряється менделівським закономірностям. Групи крові ІІ (А) і ІІІ (В) успадковуються за автосомно-домінантним типом, І (0) група – за автосомно-рецесивним.

Якщо батьки мають групу крові ІІ (А), то їхні діти можуть мати ІІ (А) і І (0),

але не ІІІ (В) і не IV (АВ). Четверта група крові (АВ) успадковується не за правилами Г. Менделя, а за типом кодомінування (5.7) Оскільки групи крові генетично обумовлені і не змінюються протягом життя, то їх визначення може допомогти у випадку спірного батьківства. При цьому необхідно пам’ятати, що за групою крові не можна встановити, що саме цей мужчина є батьком дитини. Можна лише сказати, що він міг бути батьком дитини чи

батьківство виключене.

Виключення батьківства на основі визначення груп крові АВО

В осіб з IV (АВ ) групою крові в 0,1-0,2 % випадків спостерігається особливе положення генів – цис-положення, коли обидва гени ІА і ІВ

знаходяться в одній хромосомі. Тоді в шлюбі такої людини з особою, що має

І (0) групу крові, можливе народження дітей з І (0) групою крові, що необхідно враховувати при медико-генетичному консультуванні, проведенні судово-медичної експертизи.

Успадкування резус-фактора. Резус-фактор – білок (антиген),

названий так тому, що вперше (1940) був виділений з еритроцитів мавпи макака-резуса (Macacus resus), а потім у людини. Близько 85 % європейців здатні його синтезувати і становлять резус-позитивну групу (Rh+), 15 % -

нездатні і називаються резус-від’ємними (Rh ). Резус-фактор зумовлений трьома домінантними тісно зчепленими генами (С, D, Е), розміщеними в першій хромосомі. Успадковуються вони як при моногібридному схрещуванні. Основна роль належить антигену D, якщо він визначається, то кров належить до резус-позитивної (DD або Dd), якщо не визначається – то до резус-негативної (dd). Резус-фактор необхідно враховувати при

переливанні крові і трансплантації, тому що на нього в організмі виробляються антитіла. Резус-фактор може бути причиною резус-конфлікту між матір’ю і плодом. При шлюбі жінки, що має резус-від’ємну кров, з

чоловіком, який є резус-позитивною гомозиготою, усі діти будуть резус-

позитивними, а при його гетерозиготності – 50 % резус-позитивні і 50 %

резус-від’ємні.

Генетичні схеми, які ілюструють успадкування резус-фактора

Конфлікт виникає в тому випадку, коли мати має резус-від’ємну кров, а

дитина одержала домінантний алель D від батька і є резус-позитивною. Кров матері і плода не змішується. Тому перша вагітність завершується нормально. Але під час народження першої дитини, коли плацента відшаровується, еритроцити дитини попадають в організм матері, де на резус-антиген утворюються антитіла. При наступній вагітності ці антитіла через бар’єр плаценти проникають у кров плода, з’єднуються з резус-

антигеном, викликаючи склеювання еритроцитів та їх лізис (еритроблазтоз,

або гемолітична хвороба новонароджених). Причому з кожними наступними пологами захворювання в дітей виявляється в більш тяжкій формі. Якщо резус-від’ємній дівчині до шлюбу було зроблено переливання резус-позитивної крові, то вже перша дитина (якщо вона резус-позитивна)

буде нежиттєздатною. Тому навіть одноразове переливання резус-позитивної крові дівчатам з резус-від’ємною кров’ю абсолютно не припустиме.

Гемолітична хвороба новонароджених описана понад 400 років назад.

Вона виникає при несумісності не тільки за резус-системою, але й за

системою АВО: найбільш часто, коли в матері І (О) група, а в дитини ІІ (А)

або ІІІ (В).

ВЗАЄМОДІЯ АЛЕЛЬНИХ І НЕАЛЕЛЬНИХ ГЕНІВ. ЯВИЩЕ ПЛЕЙОТРОПІЇ.

Взаємодія генів

Генотип функціонує як єдина цілісна система взаємодіючих генів.

Розрізняють взаємодію алельних генів (генів однієї алельної пари) і

взаємодію неалельних генів (генів різних алельних пар).

Взаємодія алельних генів

Основні форми взаємодії алельних генів – повне і неповне домінування,

наддомінування і кодомінування.

Домінування (домінантність) – переважання в фенотипі гетерозиготного організму одного алеля (домінантного) над іншим

(рецесивним) алелем того самого гена. Рецесивність – пригнічення в фенотипі гетерозиготного організму одного алеля (рецесивного) іншим алелем

(домінантним) того самого гена. Домінування може бути повним і неповним.

У випадку повного домінування домінантна гомозигота (АА) і гетерозигота

(Аа) мають однаковий фенотип. Явище повного домінування спостерігалося в дослідах Г.Менделя, де один алельний ген завжди був домінантним, інший – рецесивним. Тому насіння гороху за кольором завжди було або жовтим, або зеленим і не мало іншого, наприклад, синього кольору. При повному домінуванні в схрещуванні гетерозигот (Аа х Аа) розщеплення за фенотипом

– 3:1, за генотипом – 1:2:1.

За типом повного домінування в людини успадковуються менделюючі ознаки (моногенне успадкування): ямочки на щоках, здатність згортати язик

трубочкою, властивість загинати язик назад, вільна мочка вуха, а також багато спадкових хвороб: полідактилія, бульозний епідермоліз, міопатія,

кістозно-аденоїдна епітеліома, ахондроплазія, ін.

Неповне домінування – взаємодія алельних генів, при якій у гетерозиготного організму домінантний алель не проявляє повністю своєї домінантності, а рецесивний алель того самого гена – своєї рецесивності. При неповному домінуванні фенотип гетерозиготи Аа є проміжним між фенотипом домінантної АА і рецесивної аа гомозигот. Так, у схрещуванні нічної красуні з червоними квітками (АА) і нічної красуні з білими квітками

(аа), всі гібриди (Аа) першого покоління F1 мали рожеве забарвлення квіток.

У схрещуванні гібридів першого покоління F1 між собою (Аа х Аа) у другому поколінні F2 відбувається розщеплення за фенотипом у співвідношенні

1:2:1, яке співпадає із співвідношенням розщеплення за генотипом

1АА:2Аа:1аа, але відхиляється від розщеплення за фенотипом при повному домінуванні (3:1).

За типом неповного домінування в людини успадковуються цистинурія,

пильгерова анемія, таласемія, атаксія Фрідрейха, ін. У гомозигот за рецесивним геном цистинурії аа в нирках утворюються цистинові камені, у

гетерозиггт Аа камені не утворюються, а спостерігається лише підвищений вміст цистину в сечі, гомозиготи АА – здорові.

Наддомінування – взаємодія алельних генів, при якій домінантний алель у гетерозиготному стані проявляється в фенотипі сильніше, ніж у гомозитному (Аа >АА).

Кодомінування – взаємодія алельних генів, при якій у фенотипі гетерозиготного організму проявляються обидва алелі того самого гена. За типом кодомінування в людини успадковується четверта група крові

(генотип ІАІВ). У людей цієї групи в еритроцитах крові одночасно наявні антиген А, який контролюється алелем ІА і антиген В – продукт експресії алеля ІВ. Алелі ІА і ІВ – кодомінантні.

Гіпостаз – взаємодія неалельних генів, при якій домінантний ген однієї алельної пари пригнічується епістатичним геном з іншої алельної пари.

Якщо ген А пригнічує ген В (А>В), то по відношенню до гена В взаємодія неалельних генів називається гіпостазом, а по відношенню до гена А – епістазом.

Полімерія – взаємодія неалельних генів, при якій одну і ту саму ознаку контролюють кілька домінантних неалельних генів, які діють на цю ознаку однозначно, в однаковій мірі, підсилюючи її прояв. Такі однозначні гени називають полімерними (множинними, полігенами) і позначають однією літерою латинського алфавіту, але з різними цифровими індексами.

Наприклад, домінантні полімерні гени – А1, А2, А3 і т.д., рецесивні – а1, а2, а3 і т.д. Відповідно позначають генотипи – А1А1А2А2А3А3, а1а1а2а2а3а3. Ознаки, які контролюються полігенами, називають полігенними, а успадкування цих ознак – полігенним, на відміну від моногенного, де ознака контролюється одним геном. Явище полімерії вперше описав у 1908 р. шведський генетик Г.Нільсон-Еле при вивченні успадкування кольору зерна в пшениці.

Полімерія буває кумулятивною і некумулятивною. При кумулятивній полімерії кожний ген окремо має слабку дію (слабку дозу), але кількість доз всіх генів у кінцевому результаті сумується, так що ступінь вираження ознаки залежить від числа домінантних алелей. Сумування доз полімерних генів (аддитивність) забезпечує існування неперервних рядів кількісних змін.

За типом полімерії в людини успадковуються ріст, маса тіла, колір шкіри, розумові здібності, величина артеріального тиску. Так, пігментація шкіри в людини визначається 4-6 парами полімерних генів. У генотипі корінних жителів Африки наявні переважно домінантні алелі

(Р1Р1Р2Р2Р3Р3Р4Р4), у представників європеоїдної раси – рецесивні

(p1p1p2p2p3p3p4p4). Від шлюбу негра і білої жінки народжуються діти з проміжним кольором шкіри – мулати (Р1р1Р2р2Р3р3Р4р4). Якщо подружжя – мулати, то можливе народження дітей з пігментацією шкіри від максимально світлої до максимально темної.

Полігенно в типових випадках успадковуються кількісні ознаки. Проте в природі існують приклади полігенного успадкування якісних ознак, коли кінцевий результат не залежить від числа домінантних алелей у генотипі – ознака або проявляється, або не проявляється (некумулятивна полімерія).

Кількісна та якісна специфіка проявів генів в ознаках. Поняття про

пенетрантність, експресивність, плейотропію

Гени, які контролюють ті чи інші ознаки, можуть проявлятися в фенотипі не у всіх носіїв або можуть мати різну ступінь фенотипового прояву. Кількісний показник прояву гена в фенотипі характеризується пенетрантністю, якісний показник – експресивністю.

Пенетрантність – частота фенотипового прояву гена в популяції особин, які є носіями цього гена. Вимірюється відношенням кількості особин, в яких ген фенотипово проявився, до загального числа особин – носіїв цього гена (в %). Якщо ген домінантний – то він проявляється в гомозиготному АА і гетерозиготному стані Аа, якщо рецесивний – лише в гомозиготному аа. Якщо ген проявляється у всіх особин – носіїв гена,

пенетрантність називають 100 %-ою, у решті випадків – неповною і вказують відсоток особин, в яких проявляється ген. Наприклад, при пенетрантності 20 %, з 100 особин – носіїв цього гена, останній проявиться в фенотипі лише в

20 з них. З неповною пенетрантністю успадковується ряд спадкових захворювань: подагра (20 % у чоловіків), природжений вивих стегна (25 %),

ретинобластома (60 %).

Експресивність (лат. expressus – явний, виразний) – ступінь фенотипового прояву гена, або вираженість дії гена. Один і той самий ген у різних умовах може бути виражений сильніше або слабше. Наприклад,

полідактилія може проявитися на одній, на двох руках чи ногах, кількість пальців може бути 6 і більше. Спадкова хвороба фенілкетонурія має різну тяжкість прояву – від легкого ступеня розумової відсталості до глибокої недоумковатості.

Пенетрантність та експресивність залежать від природи даного гена,

впливу генів-модифікаторів, умов середовища. Гени-модифікатори посилюють або послаблюють дію основного гена, який контролює дану ознаку.

Плейотропія – здатність одного гена контролювати кілька ознак

(множинна дія гена). Так, синдром Марфана в типових випадках характеризується тріадою ознак: підвивихом кришталика ока, вадами серця,

видовженням кісток пальців рук і ніг (арахнодактилія – павучі пальці). Цей комплекс ознак контролюється одним автосомно-домінантним геном, який спричинює порушення розвитку сполучної тканини.