Виділяють кілька причин порушень генетичної програми клітини.
До змін біохімічної структури генів відносять точкові мутації з випаданням будь-якого з нуклеотидів, що призводять до дисфункції програмування генетичної інформації; випадання частини хромосоми; полімеризацію з утворенням додаткових ділянок хромосом. Може бути відсутнім або з'явитися одна або кілька нових хромосом.
Активація патологічних генів може бути пов'язана зі структурними змінами в генах-регуляторах, з активацією летальних генів при гомозиготності по аутосомно-рецесивним генам або прояві патогенних генів, пов'язаних зі статтю. Крім того, прояв патогенного аутосомно-рецесивного ознаки може бути пов'язано з іншим геном (зчеплені гени і ознаки).
Репресія (пригнічення) «життєво важливих генів» обумовлена перерахованими вище причинами.
Впровадження в геном фрагмента чужорідної ДНК з патогенними властивостями. наприклад вірусу, може привести до загибелі клітини або персистенції вірусу всередині неї. Дана персистенция нерідко призводить до виникнення злоякісного пухлинного росту. В умовах експерименту дослідники в клітку вводять як патологічні, так і відсутні гени (генна інженерія).
Всі перераховані порушення генома можуть передаватися у спадок, якщо вони виникли в статевих клітинах, або вести до соматичних змін в організмі тварини без передачі у спадок (геном змінений в соматичних клітинах).
Генетичний матеріал може бути змінений настільки грубо, що це стає добре помітним навіть при вивченні хромосом за допомогою світлової мікроскопії під час ділення. Це так звані геномні і хромосомні мутації.
Геномні мутації ведуть до грубого зміни структури ядерного спадкового матеріалу в цілому. Супроводжуються зміною числа і форми хромосом, співвідношенням їх змісту в різних клітинах. Нерідко геномні мутації характеризує анеуплоідія, гетероплоїдія або полиплоидия, що часто спостерігають в злоякісних пухлинних клітинах при порушенні мітозу (при редуцированном митозе). Геномна мутація може бути обумовлена тим, що одна з хромосом представлена не двома, як зазвичай в соматичної клітці, а трьома і більше копіями. Приклад такої мутації - синдром Дауна. Синдром Дауна у людини викликаний транслокацией (приєднанням) 21 хромосоми в 14 або 22 з утворенням її додаткової копії.
Хромосомні мутації виникають при зміні структури окремих хромосом, збільшенні або зменшенні розмірів плечей, транслокації ділянки однієї хромосоми на іншу, поворотом ділянки хромосоми на 180 °. Брак одного з ділянок хромосоми називається делецией. Випадання значних ділянок хромосоми зазвичай веде до загибелі організму. Подвоєння частини хромосоми - Дуплікація. Переворот ділянки хромосоми на 180 ° позначають як інверсію і фенотипически вона може не проявлятися. Обмін ділянками між негомологічної хромосоми - транслокація - зазвичай веде до порушень розвитку організму, несумісним з життям.
Генна, або точкова, мутація - це заміна окремих нуклеотидів або невеликих ділянок генома в межах одного гена. Генна мутація непомітна під час гістологічного дослідження, але змінює фенотип клітини, що веде до формування в клітці і / або в організмі в цілому нових ознак.
Виділяють конформаційні мутації, коли відбувається заміна одного нуклеотиду іншим зі зміною подвійної спіралі ДНК.
Іноді мутація не призводить до зміни інформації, що зберігається геномом. Така зміна генома називають мовчить мутацією. Якщо мутація викликає спотворення інформації, що зберігається геномом, го її називають мутацією, що спотворює біологічний сенс спадкової інформації. Це призводить до утворення ферментів зі зміненою активністю, забезпечує нові ознаки, незвичайні для клітини і цілого організму.
Під мутацією, яка не має сенсу, розуміють генну мутацію, яка так змінює структуру гена, що зчитування з нього інформації стає неможливим, або утворюється послідовність іРНК, яка не може транслюватися рибосомою.
Трансзіціонная мутація полягає в заміні пуринів (аденін на гуанін або навпаки) або піримідинів. Трансверзіонная мутація - це заміна пурину на піримідин або навпаки.
Мутагени - це чинники будь-якої природи, що змінюють структуру геному і викликають мутації. Виділяють ендогенні і екзогенні мутагени. Це можуть бути дії фізичної природи (іонізуюча радіація, ультрафіолетове випромінювання, травми, підвищена температура). Хімічними мутагенами є деякі пестициди, промислові отрути (бензол, бензопірен, епоксиди, деякі альдегіди), сполуки ртуті, цитостатики. Мутагенну дію надають деякі харчові добавки (цикламати, ароматичні вуглеводи), пероксидні сполуки ліпідів, вільних кисневих радикалів, що містяться в пероксид водню і озоне.
В результаті мутацій виникають генетичні захворювання.
1. Захворювання, повністю викликані впливом патологічного гена. Ці порушення проявляються завжди незалежно від особливостей, що передують життєдіяльності клітин і організму в цілому. Зазвичай прояви, викликані такими мутаціями, можна спостерігати вже з моменту народження тварини або людини. З віком ступінь пошкоджень може посилюватися або перебувати в малодинамічними (стаціонарному) стані. Однак є ряд мутацій, які можуть проявлятися і в пізньому віці (деякі міопатії, хорея Гентингтона).
2. Хвороби, при яких генетичний фактор проявляється лише при наявності відповідних умов навколишнього середовища і особливостей індивідуального розвитку. Так, схильність до цукрового діабету може проявитися в залежності від особливостей харчування. Цей вид спадкових захворювань практично завжди виявляють після народження, іноді в похилому і старечому віці.
3. Захворювання, при яких спадковість є провідним причинним фактором. Захворювання проявляється, але його ступінь, швидкість і тяжкість перебігу різні в зв'язку з рівнем акумуляції в організмі наслідків впливу етіологічних факторів, що виникають в процесі життєдіяльності.
Спадкові хвороби можуть передаватися по аутосомно-домінантним, аутосомно-рецесивним механізмом спадковості й бути зчепленими з підлогою.
Аутосомно-домінантний тип спадкування проявляється навіть у випадку монозиготних передачі у спадок і зустрічається в половині випадків, коли один з батьків гетерозиготний по патологічному гену, а другий з батьків здоровий. У разі гомозиготності одного з батьків хвороба зустрічається у всіх дітей.
Аутосомно-рецесивний механізм успадкування мутації супроводжується проявом ознаки в клітці лише в тому випадку, коли гени в обох хромосомах мутантні. Інакше захворювання проявиться, якщо мутантні гени знаходяться в гомозиготному стані.
У разі неповного домінування ген з'являється і в монозиготних і дизиготних станах, але ступінь ураження в монозиготних варіанті набагато слабкіше.
Спадкові захворювання, пов'язані з підлогою, обумовлені передачею генних порушень в статевих хромосомах, тому прояви хвороби прямо пов'язані зі статевою приналежністю особини.
Іноді генні мутації передаються через соматичні хромосоми і їх появи залежні від статі. Наприклад, атеросклероз судин при однакових умовах розвивається раніше у особин чоловічої статі, так як жіночі статеві гормони блокують розвиток захворювання. Хорея Гентингтона раніше розвивається у чоловіків, ніж у жінок, так як у перших швидше йдуть процеси полімеризації генів.
Порушення в реалізації генетичної програми пов'язані з наступними явищами.
Розлади мітозу супроводжуються нерівномірним розподілом хромосом (скороченої мітоз або амитоз) і призводять до дисплазії (утворення клітин-монстрів). Інший варіант наслідків - це утворення поліплоїдних або багатоядерних клітин. Масове придушення мітозів при втраті здатності клітин до поділу веде до порушень регенерації органів і тканин. Причинами є зміни регуляції оперона, пошкодження клітинного центру і / або мікротрубочок, зміна цитотомії на тлі порушення формування мікротрубочок і актомініміозінових взаємодій, порушення енергетичного забезпечення розподілу і т. Д. Порушення в ході мітотичного циклу залежать від стадії. У пресинтетичний період інтерфази виникають розриви в молекулі ДНК в ході зчитування генетичної інформації (транскрипції), тоді хромосоми і система контролю над процесами зчитування генома розподіляються неправильно. У синтетичний період може порушитися процес реплікації ДНК через блокування ДНК-полімерази, нестачі нуклеотидів, недостатності енергетичного забезпечення і т. Д. У постсинтетичний період, як і в попередні, може розвинутися порушення змісту або блокада циклінзалежної киназ і циклінів, великі пошкодження генома . У процесі мітозу можуть статися порушення змісту мітоз-стимулюючого фактора, дуже рання цитотомія або, навпаки, її блокада (порушення активності акто-мініміозінових комплексів), неправильна збірка ниток веретена поділу. Це лише деякі з численних можливих варіантів порушень цього процесу.
Порушення мейозу обумовлені патологією в регуляції оперона, пошкодженням клітинного центру і / або полімеризації мікротрубочок, змінами в цітогоміі на тлі збою в формуванні мікротрубочок і акто-мініміозінових взаємодій, патологією енергетичного забезпечення поділу. Це пов'язано зі зміною активності статевих гормонів, патологією підтримують клітин звивистих канальців сім'яників, фолікулярного епітелію яєчників і призводить до безпліддя або спадковим потворності.
Тератогенні розлади. пов'язані зі зміною розгортання нормальної генетичної програми в момент коммитирование генома і детермінації клітин. Вони супроводжуються вродженими, неуспадковане розладами розвитку (каліцтвами). Клітини починають формувати не ті тканини і органи, які передбачалися програмою розвитку. Тератогенними факторами можуть бути гіповігамінози, гіпервітамінозу, травми, іонізуюче випромінювання, деякі лікарські препарати, гіпоксія і т. Д.
Порушення внеядерная спадковості в першу чергу відбуваються в геномі мітохондрій. Патологічні порушення обумовлені мутаціями в геномі, ушкодженнями трансляції на рРНК і ін. Змінюється активність ланцюгів окисного фосфорилювання, і знижуються захисно-компенсаторні можливості організму до гіпоксії, фізичних навантажень і т. Д.
Одним з порушень функцій генома є синдром передчасного старіння клітин (тканин і організму). Це група захворювань, які можуть бути викликані декількома причинами. Серед них виділяють порушення процесів метилювання ДНК, надмірно швидке руйнування теломерів хромосом, накопичення мутацій в геномі.
Поділіться посиланням з друзями