11.9: Генетичний скринінг на фенілкетонурію

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5855

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Фенілкетонурія є одним з найпоширеніших успадкованих порушень - зустрічається приблизно у 1 з 10 000 немовлят, народжених в США. Це відбувається у немовлят, які успадковують два мутантних гени для ферменту фенілаланінгідроксилази (ПАГ - «1» на малюнку зліва). Цей фермент в нормі запускає процес руйнування молекул амінокислоти фенілаланіну, які перевищують потреби організму в синтезі білка.

альт — Малюнок 11.8.1 Шляхи фенілаланіну

Повний шлях показаний на малюнку вище. Фенілаланін, який перевищує потреби організму в синтезі білка, розщеплюється, як показано тут, і використовується в клітинному диханні та для синтезу меланіну в міру необхідності. Атоми вуглецю показані кольором, атоми азоту чорним кольором, а атоми водню - короткими тире.

Оскільки ми успадковуємо дві копії гена для ферменту, обидва повинні бути дефектними, щоб спричинити хворобу. Лабораторний тест, який вимірює, як швидко видаляється ін'єкція фенілаланіну з крові, може відрізнити людину, яка має один ген ФКУ, від людини, у якої його немає, але людина з ним абсолютно здорова, оскільки немутований алель виробляє достатню кількість ферменту. Однак ці гетерозиготні особини є «носіями» захворювання.

Тест на переносимість фенілаланіну

Через короткий час після введення вимірюваної кількості фенілаланіну суб'єкту вимірюється концентрація фенілаланіну в плазмі крові. Рівень зазвичай значно вищий у людей, які несуть один ген ФКУ (хоча вони не виявляють ознак захворювання), ніж у осіб, які є гомозиготними для немутованого гена. Обидва батьки повинні бути гетерозиготними (тобто повинні бути «носіями» ознаки), щоб виробляти дитину з ФКУ. Шанс їх зробити це становить 1 на 4.

Неможливість видалити надлишок фенілаланіну з крові в дитинстві та ранньому дитинстві створює різноманітні проблеми, включаючи розумову відсталість. На щастя, простий тест (потребує лише краплі крові), зроблений незабаром після народження, може виявити генетичний дефект, і при пильній увазі до кількості фенілаланіну у своєму раціоні діти можуть нормально розвиватися.

Алкаптонурія - ще одне спадкове захворювання, пов'язане з цим шляхом. Це є результатом успадкування двох мутантних генів для ферменту («4»), який перетворює гомогентизну кислоту в малеилацетооцтову кислоту. При блокуванні 4 стадії в крові накопичується гомогентизная кислота. Нирка виділяє цей надлишок з сечею, а окислення гомогентизної кислоти повітрям перетворює сечу в чорний колір. Такі захворювання, як ФКУ та алькаптонурія, називаються «вродженими помилками обміну речовин», оскільки вони передаються у спадок, і кожна характеризується виразним метаболічним дефектом.

Генетичний скринінг

У Сполучених Штатах приблизно 1 людина з 50 успадкував алель PKU. Це означає, що близько 5 мільйонів людей в США є «перевізниками». Чи повинні вони бути перевірені, перш ніж вони вирішать стати батьками? Тестуючи ДНК майбутніх батьків, їх генотип можна визначити і розраховувати їх шанси на отримання постраждалої дитини. У випадку ФКУ, якщо обидва батьки гетерозиготні для гена, існує ймовірність 1 з 4, що вони народять дитину з хворобою.

Проблеми:

Оцінки різних мутацій в гені ПАГ можуть викликати захворювання. Зонд для одного, ймовірно, не зможе визначити другий. Може бути використана суміш зондів, по одному на кожну з найбільш поширених мутацій. Але залишається проблема «помилкових негативів»: люди, яким помилково кажуть, що вони не несуть мутантного гена.
При наявності ефективного лікування ФКУ, чи повинні гетерозиготні батьки відмовитися від народження дітей?
Вони хочуть, щоб їх медична страхова компанія знала свій статус?

Приклад генетичного скринінгу

Вгорі: схема частини гена, що кодує фермент фенілаланінгідроксилазу (PAH), що показує ділянки, вирізані рестрикційним ферментом HindiIII (» H «) і область, з якою радіоактивний зонд зв'язує мутантну версію гена з делецією, яка руйнує його функцію. Видалення усуває ділянку HindIII в Exon 2, подовжуючи фрагмент ДНК, з яким зонд зв'язується від 3,3 до 4,2 тис. Пар основ (кб) (і таким чином виявляючи RFLP).
Середина: Дочка (суцільне коло) з ПКУ успадкувала по одному алелю ПКУ від кожного з батьків (наполовину заповнені символи). Її брат (відкритий квадрат) побив шанси (0,5) успадкувати принаймні один алель PKU і, таким чином, бути носієм. Якби він був перевізником, хотів би він знати?
Внизу: пляма показує фрагменти, до яких зонд зв'язується безпосередньо під кожною особою в родоводу. Він виявляє лише фрагмент 3.3 кб для брата, лише фрагмент 4.2 kb для сестри, і обидва для кожного з батьків.

Особлива мутація в цій сім'ї є лише однією з багатьох мутантних алелів ПАГ, які викликають ПКУ, і тестування з цим конкретним ферментом і зондом не обов'язково виявлятиме інших.

Фенілаланін гідроксилаза (ПАГ) виробляється в печінці

Докази:

Дитина з ФКУ вилікувався, коли отримав пересаджену печінку (потрібна з причин, не пов'язаних з його ФКУ). (Описано Ваджро, П., та ін., в Новій Англії Журнал медицини 329:363, 29 липня 1993 р.)
Печінковий ядерний фактор 1 (HNF1) - фактор транскрипції, який сильно виражається в клітині печінки (звані гепатоцитами). У цих клітині він зв'язується і активує промотори багатьох генів, виражених в печінці. «Нокаут» миші були створені з ембріональних стовбурових (ES) клітин, що несуть два мутантні гени ПАГ. Серед інших проблем ці миші не виробляли ПАГ і мали важкий ПКУ. (Описано Понтольо, М., та ін., у комірці 84:575, 23 лютого 1996 р.)

Домінантний або рецесивний

Захворювання ФКУ явно успадковується як рецесивна риса. Тільки якщо хтось успадкує мутантний алель від кожного з батьків, у одного буде розвиватися хвороба. Однак гетерозиготних людей легко відрізнити від гомозигот за тестом на переносимість фенілаланіну. Отже, використовуючи тест як критерій, алель ПКУ показує часткове домінування. Отже, взаємозв'язок між генотипом і фенотипом не завжди однозначна. Який критерій фенотипу в даному випадку? хвороба? результати тесту на толерантність?