Раздел 5.1 Полиморфизм, неравновесность по сцеплению.

Молекулярная идентификация мутантных аллелей и разра-

ботка эффективных методов их диагностики у больных и у гете-

розиготных носителей являются той экспериментальной базой,

которая позволяет исследовать распространенность мутаций в

различных этнических группах и популяциях. Одновременно воз-

можен анализ сцепления мутантных аллелей с другими генети-

ческими маркерами и оценка на этой основе предполагаемых ме-

ханизмов возникновения и поддержания в популяциях наблюдае-

мого уровня изменчивости. Но прежде чем перейти к описанию

основных целей и методов популяционного анализа мутаций оп-

ределим более точно два основных понятия, часто используемых

при проведении подобных исследованиях - это понятия полимор-

физма и неравновесности по сцеплению.

Генетическая изменчивость локуса в определенной попу-

ляции измеряется уровнем полиморфизма, и количественным вы-

ражением этой меры служат частоты аллелей. В однолокусной

двухаллельной системе частоты двух вариантов аллелей - А1 и

А2, обозначаются буквами p и q, соответвственно, и (p+q=1).

Когда мы говорим, что в популяции существует полиморфизм по

мутации, это значит, что ее частота выше определенного выб-

ранного в соответствии с какими-то причинами условного уров-

ня, чаще всего выше 5%. Высокополиморфными считаются локусы

с близкими значениями частот аллелей. В больших популяциях

со случайным характером скрещивания, то есть в панмикти-

ческих популяциях, действует закон Харди-Вайнберга, согласно

которому частоты гомозиготных особей в популяции равны p!2 и

q!2, соответстенно, а доля гетерозигот равна 2pq. Таким об-

разом, в двухаллельной модели частота гетерозигот в популя-

ции по полиморфным локусам составляет от 10% и более, а по

высокополиморфным локусам может достигать 50%. Если число

аллелей в локусе больше двух, общая частота гетерозигот в

популяции равна 1 - (p1!2 + p2!2 + ... + pn!2), где pk -

частота аллеля Ak, k = 1, 2, ... n и p1 + p2 +... + pn = 1.

При этом доля гетерозигот в популяции возрастает с увеличе-

нием числа аллелей и достигает максимального предела в каж-

дой группе из n аллелей при равенстве их частот. Таким обра-

зом, при увеличении числа аллелей, встречающихся с равными

вероятностями, частота гетерозигот в популяции будет стре-

миться к единице, то есть подовляющее число особей в популя-

ции будут гетерозиготными по данному локусу. Такая ситуация

характерна для высокополиморфных микросателитных повторов, в

частности STR, что и делает их наряду с другими преимущест-

вами наиболее удобными генетическими маркерами.

Как мы уже упоминали, частыми моногенными наследствен-

ными заболеваниями считаются такие, при которых один больной

ребенок встречается среди 2000 - 10000 новорожденных, то

есть q!2 колеблется в пределах 1 /2000 - 1/10000. Соот-

ветственно, частота мутаций - q, в этих генах составляет от

0.5% до 2.5% и доля гетерозиготных носителей - 2pq, достига-

ет 1% - 5%. Для более редких заболеваний частоты гетерозигот

не превышают десятых долей процента. Тем ни менее, если

учесть, что общее количество различных моногенных заболева-

ний составляет около 5000 нозологий, оказывается, что, в

среднем, каждый человек является носителем мутантных аллелей

около десяти генов. В общем случае, набор этих генов разли-

чен у разных людей, и только в тех семьях, где оба родителя

являются носителями мутаций одного и того же гена появляется

25%-ый риск рождения больного ребенка.

До сих пор мы рассматривали изменчивость в одном локусе

- A. Понятие неравновесности по сцеплению определяет отноше-

ния между изменчивостью в двух локусах - A и B. Ситуация

здесь может быть двоякой. Если изменчивость в этих локусах

независима, то аллели двух локусов встречаются в популяции в

случайных комбинациях. Однако, если аллели различных локусов

в одних комбинациях встречаются чаще, чем в других, то гово-

рят, что существует неравновесность по сцеплению. Количест-

венно эта связь оценивается с помощью детерминанта неравно-

весности по сцеплению - d. Рассмотрим, чему равен детерми-

нант неравновесности по сцеплению в двухлокусной двухаллель-

ной системе. Пусть Pnm, где n=1,2 и m=1,2, частоты четырех

возможных в этом случае типов гамет - A1B1, A2B2, A1B2,

A2B1, а Pn и Rm - частоты аллелей локусов A и B, соот-

ветственно. Если сочетания аллелей в гаметах случайны, то

теоретически ожидаемые частоты гамет четырех типов равны

произведению частот входящих в эти гаметы аллелей, то есть

Pnm=Pn*Rm. В этом случае произведение частот двух типов га-

мет (A1B1 и A2B2), находящихся в состоянии "притяжения",

равно произведению частот гамет в состоянии "отталкивания"

(A1B2 и A2B1), то есть P11*P22 = P1*P2 *R1*R2 = P12*P21. Од-

нако, если сочетания аллелей в гаметах неслучайны, то эти

произведения различны. Их разность служит мерой неравно-

весности по сцеплению - d. Итак d = ¦P11*P22 - P12*P21¦ При

отсутствии неравновесности по сцеплению d = 0. Верхняя гра-

ница d = 0.25. Максимальная неравновесность по сцеплению

достигается при полном отсутствии двух типов гамет, находя-

щихся либо в состоянии "притяжения", либо в состоянии "от-

талкивания", при одновременном равенстве частот оставшихся

двух типов гамет.

Мутации в различных локусах возникают, как правило, не-

зависимо друг от друга и наличие неравновесности по сцепле-

нию, по-видимому, отражает тот факт, что мутация в одном из

локусов возникла в хромосоме, несущей определенный аллель

другого локуса, и далее эта хромосома получила распростране-

ние в популяции. Неравновесность по сцеплению является очень

важной популяционной характеристикой, позволяющей судить о

порядке и примерном времени возникновения различных мутаций,

а также оценивать возможные механизмы их поддержания в попу-

ляции. Обнаружение сильной неравновесности по сцеплению меж-

ду специфическими мутациями гена и определенными аллелями

маркерных локусов имеет важное практическое значение. Часто

наблюдается неравновесность по сцеплению между мутантными

аллелями гена и одновременно несколькими маркерными локуса-

ми. В этом случае анализ маркерных гаплотипов, то есть набо-

ров аллелей различных локусов, локализованных в одной хро-

мосоме, дает возможность с высокой степенью вероятности оце-

нивать характер мутационного повреждения и прослеживать его

наследование в семьях больного.