Генетические основы митохондриальных болезней
Нормальная работа митохондрий зависит от двух геномов, мутации в которых ведут к развитию заболеваний:
- Митохондриальный геном. Представлен кольцевыми молекулами ДНК. Содержит гены, кодирующие транспортные и рибосомальные РНК (тРНК и рРНК), а также белки, непосредственно участвующие в работе дыхательной цепи.
- Ядерный геном. Контролирует синтез подавляющего большинства белков, обеспечивающих процесс окислительного фосфорилирования.
Типы наследования
В зависимости от локализации мутации выделяют два основных типа передачи митохондриальных болезней:
- Менделеевское наследование. Реализуется при мутациях в генах ядерной ДНК.
- Материнский тип передачи. Характерен для дефектов в митохондриальном геноме.
Механизм материнского наследования обусловлен процессом оплодотворения: зигота получает все митохондрии из цитоплазмы материнской яйцеклетки. Отцовские митохондрии, находящиеся в сперматозоиде, в зиготу не попадают и в формировании эмбриона не участвуют.
Клиническая картина и примеры
Симптоматика митохондриальных болезней крайне разнообразна, но чаще всего включает:
- Задержку физического развития;
- Поражение различных структур нервной системы;
- Миопатии и кардиомиопатии;
- Печеночную недостаточность.
К классическим примерам относятся изолированные митохондриальные миопатии и кардиомиопатии, а также комплексный синдром Кейрнса–Сейра. Для этого синдрома характерна триада признаков: пигментная дегенерация сетчатки, офтальмоплегия (паралич глазных мышц) и кардиомиопатия.
Болезни экспансии тринуклеотидных повторов
Отдельную группу наследственных заболеваний представляют патологии, вызванные динамическими мутациями. Их суть заключается в увеличении числа копий тринуклеотидов в кодирующей или регуляторной части гена. Данный тип мутаций обнаружен исключительно у человека.
Патогенез связан с нарушением работы ДНК-полимеразы во время репликации ДНК (в процессах митоза или мейоза). Важная особенность: заболевание манифестирует только при достижении определенного порога проявления — когда количество повторов превышает критический уровень.
Пример: Хорея Гентингтона
Классическим примером болезни экспансии тринуклеотидных повторов является хорея Гентингтона — тяжелая наследственная нейродегенерация.
- Локализация мутации: короткое плечо хромосомы 4.
- Молекулярный дефект: увеличение числа повторов цитозин-аденин-гуанин (ЦАГ / CAG) в кодирующей части гена. Это ведет к избытку остатков аминокислоты глутамина в синтезируемом белке хантингтине, который критически важен для работы головного мозга.
- Клиническое течение: болезнь стартует поздно (в возрасте 40–50 лет), неуклонно прогрессирует и приводит к полной утрате умственных и двигательных функций в течение 5–10 лет.
Для запоминания триады синдрома Кейрнса–Сейра используйте аббревиатуру ПОК: Пигментная дегенерация сетчатки, Офтальмоплегия, Кардиомиопатия.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему при митохондриальных мутациях заболевания передаются только от матери?
Все митохондрии зародыша происходят из цитоплазмы яйцеклетки. Сперматозоид свои митохондрии в зиготу не передает.
Всегда ли митохондриальные болезни наследуются по материнской линии?
Нет. Если мутация затрагивает гены белков окислительного фосфорилирования, расположенные в ядерном геноме, наследование будет происходить по классическим менделеевским законам.
В чем суть феномена порога проявления при динамических мутациях?
Клинические симптомы заболевания (например, при хорее Гентингтона) возникают не при любом количестве тринуклеотидных повторов, а только когда их число превышает определенный критический уровень.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы участия ядерных белков в окислительном фосфорилировании
- Структура и функции кольцевой митохондриальной ДНК
- Патогенез поражения нервной системы при дефектах энергетического обмена
- Механизмы сбоя ДНК-полимеразы при образовании тринуклеотидных повторов
- Функции нормального белка хантингтина в головном мозге
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Митохондриальные болезни» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Медицинская генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.