ҚММУ 4/3-04/02

ҚММУ БЕ 4/02

2007 ж. 14 маусымдағы

ҚазММА жанындағы

ОӘК №6 НХ
Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

Молекулярлық биология және медициналық генетика кафедрасы

Дәріс

Тақырыбы: Мутациялық өзгергіштік және адамның тұқымқуалайтын аурулары. Фармакогенетика негіздері.
Мамандығы: 5В110300 «Фармация»
Курс: 1
Уақыты: 50 мин.

Қарағанды 2013

Кафедра мәжілісінде талқыланып және бекітілген

02.09.2013ж №1 хаттама

Кафедра меңгерушісі ______________ Құлтанов Б.Ж.

Дәріс құрылымы
Тақырыбы: Мутациялық өзгергіштік және адамның тұқымқуалайтын аурулары. Фармакогенетика негіздері.
Мақсаты: . Мутагенездің молекулярлы механизмі теориясының жалпы қағидалары және репарация жүйесінің жұмысын, . генді мутацияның жіктелуіндегі негізгі категорияларын, таралу себебін оқып білу, Фармакогенетика туралы түсініктемені оқып білу.

Дәріс жоспары:

1. 
   Өзгергіштік түрлерінің жіктелуі. Модификациялық өзгергіштік.
   
2. 
   Спонтанды және индуцирленген мутагенез.
   
3. 
   Генді мутацияның жіктелуі.
   
4. 
   Алғашқы патологиялық эффектер
   
5. 
   Дәріге патологиялық реакция.
   
6. 
   Тұқымқуалайтын аурулардың фармакогенетикасы
   

Дәріс тезистері
Өзгергіштік тұқымқуалайтын және тұқымқуаламайтын болып 2-ге бөлінеді. Тұқымқуалайтын немесе модификациялық өзгергіштік сыртқы орта факторларына тәуелді (тіршілік ортасының халі мен қоректеріне байланысты). Мысалы, көптеген адамдар ультракүлгін сәулеге күйеді, тек қана альбиностар күнге күймейді. Егер қоршаған орта факторлары жойылса, модификациялық өзгергіштік қайтымды.

Тұқымқулайтын өзгергіштік комбинативті және мутационды болып бөлінеді.

Мутация – бұл құрылым бұзылысы (нуклеотидті тізбек) және генетикалық материал санының өзгерісі.

Спонтанды мутация дегеніміз өзіндік түзілетін белгінің бағыты болмайды. Түзілу жиілігі өте төмен, мутацияға тұрақты гендер болады. Сонымен қатар мутация түзгіш гендер, басқа гендер мутациясының жиілігін жоғарлататын гендер болады. Мұндай гендер мутатор деп аталады.

Қайта түзілген мутация de novo деп аталады. Экзонды, физикалық, химиялық, биологиялық факторларға тәуелді индуцирленген мутация болады.

Қалыпты геннен патологиялық процестерге бейімді тік мутация деп аталады, ал патологиядан қалыпты халге бейімделу қайтымды мутация деп аталады. Сомалақ клеткалардағы мутация сомалық деп аталады, және олардың кейбіреулері ісік ауруының жетілуіне алып келеді. Жыныс клеткасындағы мутация герминативті деп аталады. Олар гаметогенез уақытында, сомалық мутация негізінде түзіліп ұрпақтан ұрпаққа беріліп, тұқымқуалау ауруының негізі болып табылады.

Мутациялық процесс 4 негзгі түрмен көрсетіледі: гендер мутациясы, хромосомның құрылымды мутациясы, хромосом санының мутациясы, алмасқан немесе мобильді элементтер мутациясы.

Индуцирленген мутация физикалық, химиялық және биологиялық факторлардың әсеріне байланысты түзіледі. Бұл факторлар мутагендер немесе мутагенді деп аталады. Мутагендер саны өте көп. Сонымен қатар комутаген, антимутаген және десмутагендер кездесіп отырады.

Комутаген - өзіндік мутагенді әсері болмайды, бірақта басқа факторлардың мутагенді эффектісін күшейтіп отырады. Комутагендерге органикалық емес (кадмий, никель хлориді, калий, селен т.б. жатады), органикалық табиғатқа (верапамиль ) және биогенді түріне (никотин, темекі түтіні конденсаттары, кофеин) жатады.

Десмутагендер дегеніміз – бұл факторлар клеткаға дейін мутагендер әсерін төмендетіп мутация саны мен жиілігін төмендетеді. Десмутагендерге витаминдер, несеп қышқылы, сутегі пероксиді – мутагені, ферменттер, жоғары молекулалы өнімдер, мысалы: капуста экстрактісі, көк бұрыш, лапух жатады.

Антимутагендер бұл заттар клеткада мутагендер әсерін төмендедетін өнімдер. Оларға кейбір тұздар, кобальт хлориді, витаминдер (аскорбин қышқылы), және репарация жүйесінің ферменттері, яғни қайта қалпына келу жатады.

Индуцирленген мутагенезде мөлшер, қоршаған орта температурасы, комутагендер, десмутагендер және антимутагендердің өзіндік әсеріне, мутагендердің бір-бірімен өзіндік әсері (егер олардың табиғаты әр түрлі болса) үлкен маңызды болады.

Мутагенді факторлар табиғаты:

Мутагенездің физикалық факторына – ионды сәулемен зақымдалу түрлері, яғни гамма, рентген және ультракүлгін сәулелерімен зақымдалу жатады.

Химиялық мутагенез факторларына органикалық, органикалық емес және биогенді қосылыстар жатады.

Органикалық емсе мутагендердің 8 топтары белгілі. Мысалы: оларға литий, кадмий, азот, фосфор және т.б. жатады. Органикалық мутагендерге гетероциклді қосылыстар, күрделі қосылыстар, көмірсутектер жатады.

Биогенді мутагендер өз алдына бөлек топ астына жатады. Оларға алколоидтар, флавоноидтар, токсинді саңырауқұлақтар, кейбір антибиотиктер жатады (Қазақстандық авторлар Шигаева және әріптертері).

Химиялық мутагендер нағыз немесе тік және тік емес (промутагендер) болып бөлінеді. Нағыз мутагендер мутация туғызады. Промутагендер организмдегі метоболизмдік белсенділіктен кейін мутагенді қасиетке ие болады, мысалы, микроорганизмдер мен бактерияға кофеин мутаген болып саналса және комутагенді қасиетке ие болса, ал адамдарда кофеиннің мутагенді эффектісі бауырдағы микросомальді ферменттермен төмендетіледі.

Биологиялық мутагендер – бұл вирустардың РНҚ-сы мен ДНҚ-сы, вирусты емес паразитарлы агенттер (микоплазмалар, бактериялар), паразиттердің метаболизмдік өнімдері (токсоплазма, мысық сорғышы, трихинелла) және транспозондар.

Транспозондар – мобильді элементтермен байланысқан мутагендер түрі. Транспозондар көлемі жүзден бірнеше мың нуклеотидтерге созылады. Мобильді элементтер бір ДНК бөлігінен екінші ДНК бөлігіне клетка көлемінде өте алады. Бұл процестер транспозиция деп аталады. Транспозондар арқылы түзілген мутагендердің 3 түрі белгілі:

1. 
   Құрылымдық гендерге орналасқан нуклеотидтер тізбегінде өзгерістер түзіледі.
   
2. 
   Транспозиция нәтижесінде түзілген ДНК үзілсе, қатемен тігіледі.
   
3. 
   Транспозондар алмасқан кезде көрші нуклеотидтер тізбегіне әсері өтеді.
   

Клеткада репарация жүйесінің 2 типі белгілі: конститутивті және индуцибелді. Конститутивті жүйе – клеткада әр уақытта болатын белок.

Индуцибелді жүйе – клеткада сыртқы факторларға байланысты белок және ферменттер түзіледі. Репарация жүйесі жұмысының эффективтілігі клеткалық цикл фазаларына байланысты. Конститутивті жүйе репарациясының, репликативтіге дейін этабында жұмыс істейтін (эксцизионды репарация) және репликативтен кейінгі этабы бар.

Репликативтіге дейінгі репарация этабында: 1) зақымдалуды тану; 2) зақымдалған жіпті қию; 3) зақымдалуды үзу; 4) ДНК ресинтезі; 5) ДНК жібін тігу.

Бұл процестер ферменттермен бақыланып, бірнеше гендермен реттеледі. Аталынған репарация кезінде ДНК-ның бөліктерінде жіптер қалпына келеді, себебі ДНК рекомбинациясы жүреді. Бұл процесс бір ген – rex А генімен бақыланады.

Индуцибелді репарация жүйесінің 2 типі белгілі: SOS – жауап және адаптивті жауап. Бактерияларда SOS – жауап табылды.

SOS – жауап -15 генмен бақыланады және SOS регулон деп аталады. Бұл комплекс белок – репрессормен бөгелген. Қолайсыз халде белок синтезі жүріп, репрессорды бұзады және SOS – жауап қосылады. SOS – репарация қатемен жұмыс істейді және мутация жиілігін жоғарылатып, яғни бактерия популяциясындағы генетикалық өзгергіштікке байланысты клетка тіршілігін күшейтеді.

Адаптивті жауап. Алғаш рет бактерия, ашытқы да, жоғары эукариоттарда анықталынды. Бұл процесте мутагеннің аз мөлшері әсер еткенде репарация жүйесі белсенді болады, ал жоғары мөлшерде репарация жүйесі жұмыс істеп, зақымдалуды жояды. Адаптивті жауап бір ген ada – генмен реттеледі. Адаптивті жауап химиялық мутагендер әсерімен сипатталынады.

Генді мутаци және генді аурулар.

Генді мутация 3 - негізгі категорияға бөлінеді: 1 категория – бір негіздің екінші негізге алмасуы; 2 категория – рамкадан жылжуды санау; 3 категория – гендегі нуклеотидтердің орналасуының өзгеруі.

1. 
   Категория. Бірінші мутагенез ДНК негізінің модификациясымен байланысты (20%).
   

Негіздің алмасуы 2 типке бөлінеді: транзиция және трансверсия. Транзиция кезінде пуринді пуринді негізбен, пиримидинді пиримидинді негізбен (Т-Ц және А-Г) алмасады.

Трансверсия кезінде пуринді пиримидинді негізбен алмасады, немесе керісінше. Негіздің алмасуының басқа себебі, ДНК шынжырына негіздің химиялық өзгерісі қате қосылады (немесе модифицирленген негіздің).

Генді мутацияның түрі негіздің алмасуы, репликацияға дейін болады, болмаса репликация процесінде. Егер бұл өзгерістер репарация процесінде жөнделмесе, онда олар алдымен бір, ал сосын екінші ДНК- шынжырына өтеді. Осы мутация категориясының шығуы, репликация немесе репарация процестерінің қателіктері болып саналады.

Бір комплементарлы жұп нуклеотидтерінің басқаға алмасуы нәтижесінде жаңа триплет пайда болады. Алмасудан тұратын, геннің нуклеотидті қайталануы транскрибленуі мүмкін. Бұл кезде м-РНК сайтқа сәйкес комплементарлық алмасуға ие болады. Осының салдарынан келесі құбылыстар болуы мүмкін:

1. 
   Егер алмасу үшінші нуклеотид кодонында жүрсе, генетикалық кодқа байланысты мутация көрінбейді;
   
2. 
   Миссенс – эффект, бір аминқышқылы басқамен алмасады. Аминқышқыл тізбегіндегі алмасу приемлимді, жартылай приемлимді және приемлимді емес болып бөлінеді.
   

Приемлимді миссенс – мутация: Хикари гемоглобин молекуласында (2-і жапон жанұясында анықталынды): аспарагин аминқышқылы бета шынжырындағы лизинге алмасады, бірақ та гемоглобин қызметі өзгермейді.

Жартылай приемлимді мутация: S – гемоглобин (орақ тәрізді – клеткалы анемия). Глутаминнің валинге алмасуы байланыс механизмінің өзгеруіне және оттегін босатуға алып келеді.

Приемлимді емес миссенс – мутация жұмыс істемейтін гемоглобинді туғызады. Мысалы, мутация, метгемоглобин пайда болады және оттегін тасымалдай алмайды.

3. 
   Нонсенс – кодон белок синтезінің ерте терминациясына алып келеді.
   

2. 
   категория. Генді мутацияның келесі түрі – рамкадан жылжыған мутацияны санау. Ол гендер тізбегіндегі делеция немесе үзілу, инсерция немесе нуклеотидтердің жалғасуы, және үшнуклеотидті қайталау санының өзгеруі кезінде болады. Тағы басқа түрі, ол мобилді генетикалық элементтердің нуклеотидті тізбегіне қойылуы болып саналады. Генетикалық кодтың тоқтаусыз және жабылмауына байланысты нуклеоитдер санының өзгеруі рамкадан жылжуды санауға алып келеді. Сондықтан да ДНҚ-дағы кезектесіп жазылған биологиялық ақпараттың мағынасын өзгертеді. Нәтижесінде қосымша аминқышқылдарының қосылуы, немесе керісінше полипептидтағы шынжырдан аминқышқылдың бөлігі түсіп қалуы болып табылады.
   
3. 
   категория. Генді мутацияның келесі түрі – ДНҚ-ы бөлігінің 180 градусқа айналуы немесе инверсия. Инверсия кезінде ДНК-а шешілмейтін ілмек түзеді, репликация деңгейінде дұрыс бағытқа қарама-қарсы жүреді. Инверсия белоктағы аминқышқыл тізбектерінің бұзылысына алып келеді.
   

Сонымен генді мутация нәтижесінде алғашқы патологиялық эффект түзіледі. Бұл өзгеріс клетка, организм және мүше көлемінде биохимиялық каскадты бұзады және генді ауруларға алып келеді.

1-ші вариант кезінде ген белсенділігінің күшті болуына байланысты артық өнімдер түзіледі.

2-ші вариантта аномальді ақуыздар түзіледі;

Мысалы: орақ тәрізді клеткалық анемияда аномальді гемоглобин синтезделінеді. Олар нашар ерігіш және полимеризацияға қабілетті. Оттегінің жетіспеушілігіне байланысты гемоглобин тез кристалға айналады, ал эритроциттер орақ пішінді болады. Олар тез клейленіп капиллярлардың түйінін түзеді.

3-ші вариант алғашқы өнімдердің болмауына байланысты. Ақуыздың болмауына байланысты биохимиялық реакция жүрмейді, яғни токсинді өнімдер түзіледі. Орталық нерв жүйесінің аксонындағы миелинді қабықшаның бұзылу нәтижесінде ойлау қабылеті төмен кеміс организм түзіледі. Сонымен қатар ісік аурулар пайда болады.

4-ші вариант ақуыз өте аө мөлшерде түзіліп өнімдер алмасуының ауытқуына алып келеді.

Фармакогенетика - дәрілік заттардың емдік және токсикалық әсерлерінің генетикалық факторларға тәуелділігін зерттейтін клиникалық фармакологияның бағыты. Бірдей дәрілік препараттарды бірдей дозада қорданғанда әр науқастың оған реакциясы әр түрлі болатыны дәрігерлерге белгілі. Дәрілік заттардың көп бөлігі бауырда метаболизирленеді.

Дәрілік әсерлердің айырмашылықтарының клиникалық бақылауы алғаш рет 1950 жылы басылып шықты. Ол фармакогенетиканың дамуына түрткі болды, кейінірек фармакогеномикаға. Фармакогенетика дәрілер әсерінің генетикалық детерминирленуінің жалпы ерекшеліктерін зерттейді, ал фармакогеномика дәрілік емнің әсерінің жеке бастық айырмашылықтарын түсіндіреді.

Науқастың метаболитикалық фенотипі туралы мәліметтер қарқынды емнің оң нәтиже беруі және дәрілік заттарды қолдану кезінде болатын асқынуларды алдын ала жорамалдау үшін маңызды.

Дәріге патологиялық реакция

Жоғырыда айтылғандарды ескере отырып, дәрілік заттарды ендіргенде генетикалық факторларға байланысты патологиялық реакциялардың бірнеше типін бөлуге болады.

Ондай реакциялар тікелей және жанама болуы мүмкін.Клиникалық жағынан аллергиялық әсер, препараттың әсерінің төмендігі немесе күшеюі, токсикалық әсері, дірінің арнайы әсерінің өзгеруі, препараттың ұзақтық модуляциясы, гемолиз, тыныстың ұзақ уақыт тоқтауы, цианоз, көз қысымының жоғарлауы, гипертермия, атаксия, нистагм.

Дәрілердің метаболизмі

Адам геномында дәрілердің метаболизміне қатысатын ферменттердің 30 –дан астам тұқымдастығы анықталды. Барлық тұқымдастықтардың гендері генетикалық полиморфизммен ерекшеленеді. Ферменттер жалғыз генмен және мультигенді тұқымдастықтармен кодталады, мысалы, СҮР3Ф және Р-450 тұқымдастықтарымен.
Дәрілерді тасымалдаушылар
Абсорбцияның реттелуінде, көптеген дірілердің таралуында және экскрециясында тасымалдағыш белоктар маңызды рөл атқарады. Олардың ішінде кеңінен зерттелген болып АТФ тұқымдастығының мүшесі- кассеталарды байланыстырушылар табылады. Мүшелердің бірі – Р-гликопротеин, АВСВ1 адам генімен кодталады, ол МDR1 деп те аталады.
“Дәрілік нысаналардың генетикалық полиморфизмі”

Дәрілердің әрекетіне клеткалық рецепторлардың генетикалық варианттары да әсер етуі мүмкін. Жауапқа тікелей әсері беретін вариантты тізбектілік бета-2-адренорецептор генінде табылды, рецепторды бета-2-агонистерге кодтайды (43,44); арахидон-5-липоксигенезалар (АLOX5), рецепторларды АLOX5 (42) ингибиторларына кодтайды; Дәрілік әсерлерге генетикалық полиморфизмнің тікелей әсер етуі кезінде, дәрінің әсер етуі дәрінің концентрациясының өзгеруіне байланысты. Генетикалық өзгерістер жанама әсер етеді, олар дәрілердің метаболизмімен және транспортымен байланысты емес. Мысалы, метилгуанинметилтрансферазаның (MGMT)генінің промоторын метилдеу, кармустинмен емдеу кезінде глиоманың жауабын өзгертеді. Бұл әсердің механизмі метилирленген MGMTмен пациенттердегі алкилирлі ДНҚ –ң қалпына келу әсерін төмендетуге негізделген.

Дәрілердің әсеріне генетикалық полиморфизмнің жанама әсері

Дәрінің әсерінің өзгеруімен белоктарды кодтаушы дәрілік заттардың тікелей нысанасы болып табылмайтын және олардың тасымалдауына қатыспайтын гендердегі полиморфизм байланысты. Мысалы, коагуляция факторының полиморфизмі аяқ веналарының тромбозына, оральді контроцептивтерді қолданатын әйелдердің миындағы веналардың тромбозына әкеп соғады.

Иондардың клеткалық транспортының генетикалық вариациясы, пациенттің дәрілерге токсикалық әсеріне бейімділігінде жанама рөл атқаруы мүмкін. Мысалы, натрий немесе кальций тасымалдаушыларының вариантты аллельдері бар пациенттер дәрімен индуцирленген ұзарған Q-T интервалы синдромы нәтижесінде ауруға немесе өлімге ұшырауы мүмкін. Кларитромицинді қолдану нәтижесінде жүрек аритмиясына шалдыққан пациенттің KCNE2 генінде мутация идентифицирленген, ол HERG –де кальцилік каналдар түрінде жиналатын мембраналық суббірліктің интеграциясына жауапты.
Тұқым қуалаушы аурулардың фармакогенетикасы

Тұқым құалаушы аурулары бар адамдардың дәріге деген реакциясы биохимиялық ақауларына сәйкес теріс болуы мүмкін. Мысалы, бүйректік порфория барбитураттарды, сульфаниломидтерді, эстрогендерді қолданғанда асқына түседі.

Подагра этанолды, диуретиктерді, салицилаттарды қолданғанда күшее түседі.

Остеогенез кезінде наркоздық препараттарды қолданса, гипертермияға шалдықтырады.

Тұқым қуалаушы қан кету геморрагиясы кезінде аспиринді қолданса ауру күшейе түседі.
Әдебиет:

Негізгі

1. Стамбеков С.Ж., Петухов В.Л. Молекулалық биология. Оқулық/ҚР. Новосибирск: Семей МУ, 2003. –216 бет.

2. Әбилаев С.А. Молекулалық биология және генетика. Шымкент.2008, 424 б

3. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Н. Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов, Москва: Наука, 2003,544 с.

4. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки, Руководство для врачей. Пер с англ. М.: БИНОМ – Пресс,2003- 272 с.

5. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., Медицина,2003.

6. Генетика. Учебник для ВУЗов / Под ред. Академика РАМН В.И. Иванова. – М.: ИКЦ «Академкнига»,2006.-638 с.:ил.

Қосымша:

1. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. Пер. с англ. –М.,Мир, 1994 -520 с.

2. Казымет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. – Астана,2006,2007.

3. Медицинская биология и генетика/ Под.редакцией Куандыкова Е.У., Алматы,2004

Бақылау сұрақтары:

1. Комутагендер, десмутагендер және антимутагендерге жалпы сипаттама.

2. Физикалық, химиялық және биологиялық мутагендерге сипаттама.

3. S –тәуелді және S- тәуелсіз мутагендер.

4. Мутагенез этаптары. Конституциондық және индуцибельдік репарация жүйесіне сипаттама.

5. Алғашқы патологиялық эффектердің варианттарын сипаттаңыз.

6.Миссенс-эффект дегеніміз не және оның салдары.

7.Генді ауруларды сипаттау ерекшеліктерін атаңыз.

8. Дәрілердің метаболизмі

9. Дәрілерді тасымалдаушылар.

10. Дәрілердің әсеріне генетикалық полиморфизмнің жанама әсері