агностики и в какой мере они важны для медико-генетической
службы нашей страны. Более того, исторически сложилось так,
что именно такие заболевания как муковисцидоз, миодистрофия
Дюшенна, гемофилия А, фенилкетонурия, то 4 0есть 4 0социально
наи-
более значимые, раньше других генных болезней стали предме-
том детального молекулярного анализа в нашей лаборатории и в
других медико-генетических центрах и научно-практических
подразделениях России (см. Баранов, 1991, 1994;
Baranov,1993; Евграфов, Макаров, 1987).
Естественно, что рассмотренными нозологиями отнюдь не
исчерпывается список тех болезней, которые являются объекта-
ми молекулярных исследований в нашей стране. Например, из
обзора выпали такие моногенные 4 0болезни как гиперхолестерине-
мия, гемоглобинопатии, дефицит альфа-1 антитрипсина, мито-
хондриальные болезни. 4 0Для многих из них разработаны и широко
применяются эффективные методы молекулярной диагностики, ве-
дутся исследования по генотерапии. 4 0Мы не касались также ра-
бот проводимых, 4 0главным образом, 4 0в возглавляемой
профессором
Е.И.Шварцем лаборатории молекулярной диагностики ПИЯФ РАН и
посвященных молекулярному анализу мультифакториальных забо-
леваний, 4 0таких как диабет, гипертония, ишемия сердца. Ре-
зультаты этих 4 0исследований 4 0будут, по-видимому,
предметом
следующих обзоров и монографий.
ГЛАВА I
СТРУКТУРА И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ДНК.
Раздел 1.1 Общие представления, центральная догма, гене-
тический код.
Универсальная генетическая субстанция или "энциклопедия
жизни", ДНК, содержит информацию, необходимую для синтеза
белков и нуклеиновых кислот, присутствующих во всех типах
клеток как про- так и эукариот. Дезоксирибонуклеиновые кис-
лоты (ДНК) - это нитевидные молекулы, состоящие из четырех
расположенных в варьирующем порядке нуклеотидов: пуринов -
аденина и гуанина, и пиримидинов - цитозина и тимина, соеди-
ненных в полинуклеотидную цепь с остовом из чередующихся ос-
татков сахара - дезоксирибозы, и фосфата. Последовательность
нуклеотидов ДНК или пар оснований составляет информационную
емкость молекулы, определяя порядок синтеза и аминокислотную
последовательность белков в соответствии с универсальным для
всех живых существ трехбуквенным - триплетным, генетическим
кодом (Табл.1.1). Дезоксирибонуклеиновые кислоты представля-
ют собой единственный тип молекул, способных к самовоспроиз-
водству или репликации, что и обеспечивает преемственность
генетической информации в ряду поколений. Записывается
последовательность ДНК слева направо (5' - 3') первыми заг-
лавными буквами соответствующих нуклеотидов, являющихся од-
новременно единицами измерения молекулы. Размеры ДНК могут
меняться в гигантских пределах от нескольких нуклеотидов до
миллиардов пар оснований (п.о.). В качестве единиц измерения
размеров ДНК используются также килобазы (kb) и мегабазы
(mb) - последовательности, соответствующие тысячи и миллиону
пар оснований, соответственно.
ДНК могут существовать как в виде однонитевых, так и в
виде двухнитевых молекул. Двухнитевые или двухцепочечные мо-
лекулы образуются за счет химического комплементарного спа-
ривания между аденином и тимином (А - Т) и между гуанином и
цитозином (Г - Ц). Эти водородные связи между парами нуклео-
тидов достаточно непрочные, так что цепи ДНК могут легко
диссоциировать - разделяться, и ассоциировать - соединяться,
при изменении температуры или солевых концентраций. При каж-
дом цикле ассоциаци - диссоциации или, как еще говорят, от-
жиге - плавлении, будет точно воспроизводиться двухнитевая
структура - дуплекс, устойчивость которого определяется со-
ответствием нуклеотидных пар. Наиболее устойчивы структуры,
представленные полностью комплементарными нитями ДНК. Про-
цесс образования дуплексов носит название гибридизации. Спо-
собность к комплементарному спариванию оснований - одно из
самых замечательных свойств ДНК, определяющих возможность ее
саморепликации и точного выбора специфических участков акти-
вации молекулы в процессе считывания генетической информа-
ции. Это свойтво широко используется в молекулярной биологии
для поиска и идентификации нужных последовательностей в ог-
ромных молекулах ДНК при использовании в качестве зондов ее
сравнительно небольших меченых фрагментов.
У человека большая часть ДНК- 3.2 миллиарда пар основа-
ний, находится в ядрах клеток в виде 46 плотно упакованных,
суперскрученных за счет взаимодействий с ядерными белками
структур, называемых хромосомами. Сравнительно небольшая
часть ДНК - около 5%, пристствует в митохондриях - органел-
лах цитоплазмы, обеспечивающих процессы дыхания и энерегети-
ческого обмена клеток эукариот. В большинстве соматических
клеток ДНК представлена в двух копиях - по одной в каждой
хромосоме. Таким образом, в клетках присутствуют 23 пары
хромосом, 22 из которых гомологичны друг другу - аутосомы, и
одна пара (X и Y) - половые хромосомы. Наличие Y хромосомы
определяет мужской пол особи. При записи нормального карио-
типа индивидуума указывается общее число хромосом и тип по-
ловых хромосом. Таким образом, нормальный кариотип мужчины -
46,XY, а женщины -46,XX. В процессе гаметогенеза происходит
случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе и в
каждой зрелой половой клетке - гамете, остается только 23
хромосомы, то есть гаплоидный набор хромосом. При этом в
каждой гамете сохраняется лишь одна половая хромосома - го-
носома. В яйцеклетках это X хромосома, тогда как сперматозо-
иды с равной вероятностью несут как X, так и Y хромосому, то
есть пол будущей особи детерминируется геномом сперматозои-
да. При оплодотворении диплоидный набор хромосом восстанав-
ливается. В соответствии с современными представлениями ге-
ном человека состоит из 25 хромосом, 22 из которых аутосомы,
2 половые хромосомы и одна митохондриальная . В каждой клет-
ках присутствует порядка 1000 митохондрий, а в каждом мито-
хондрионе содержится около 10 кольцевых митохондриальных
хромосом, сходнах с хромосомами бактерий. Таким образом, в
клетках присутствует около 1000 копий митохондриальных хро-
мосом.
В хромосомах эукариот ДНК находится в двухнитевой форме,
что обеспечивает возможность ее точной репликации при каждом
цикле деления клетки. Одна нить кодирующая или смысловая,
комплементарная ей нить - антисмысловая. Декодирование ин-
формации, заключенной в молекуле ДНК, или процесс транскрип-
ции, осуществляется за счет избирательного синтеза молекул
РНК, комплементарных определенным участкам ДНК, так называе-
мых первичных РНК транскриптов. Транскрибируемые участки ДНК
носят название генов. Рибонуклеиновые кислоты (РНК) по своей
структуре очень сходны с молекулами ДНК. Они также состоят
из четырех нуклеотидов, только одно из пиримидиновых основа-
ний - тимин, заменено на урацил и в сахарозном остове вместо
дезоксирибозы представлена рибоза. Молекулы РНК существуют
только в однонитевой форме, но могут образовывать дуплексы с
молекулами ДНК. После синтеза молекулы РНК претерпевают
достаточно сложную модификацию - процессинг. При этом про-
исходят изменения в концевых участках молекул и вырезаются
области, гомологичные интронам - некодирующим частям гена.
Этот процесс называется сплайсингом. В результате из первич-
ных РНК транскриптов образуются молекулы информационной или
матричной РНК (мРНК), представляющие собой непрерывную
последовательность нуклеотидов, гомологичную только экзонам
- смысловым участкам гена. Молекулы мРНК в виде рибонуклео-
протеиновых гранул выходят из ядра в цитоплазму и соединяют-
ся с рибосомами, где происходит процесс трансляции - синтез
полипептидной цепи. Трансляция мРНК происходит в точном со-
ответствии с генетическим кодом, согласно которому последо-
вательность из трех нуклеотидов РНК - кодон, соответствует
определенной аминокислоте или сигналу терминации синтеза по-
липептидной цепи (Табл.1.1). Реализация генетического кода
осуществляется с участием 20-ти типов транспортных РНК
(тРНК), единственных нуклеиновых кислот, содержащих в своем
составе наряду с нуклеотидами одну из аминокислот. тРНК име-
ют кленовообразную форму, в хвостовой части молекулы распо-
ложена определенная аминокислота, в точном соответствии с
последовательности из трех нуклеотидов в области, называемой
антикодоном. Прохождение мРНК по рибосоме является сигналом
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73
