Наследование признаков, сцепленных с полом

В том случае, когда гены ответственны за формирование какого-либо

признака, расположены в аутосомах, наследование осуществляется независимо от того, какой из родителей (мать или отец) является носителем изучаемого признака. Но ситуация резко изменяется, когда признаки определяются генами, лежащими в половых хромосомах.

X и Y-хромосомы гомологичны, поскольку обладают общими (сходными) гомологичными участгами, где находятся локусы аллельных генов. Но эти хромосомы различаются по морфологии. Помимо общих участков они несут большой набор различающихся генов. В X-хромосоме лежат гены, которых нет в Y-хромосоме, а некоторые гены Y-хромосомы отсутствуют в X-хромосоме.

У мужчин в половых хромосомах некоторые гены не имеют второго аллеля в гомологической хромосоме. В таком случае признак определяется не парой аллельных генов, как обычный менделирующий признак, а только одним аллелем. Подобное состояние гена называют гемизиготным.

Признаки, развитие которых обусловлено одиночным аллелем, расположенным в одной из альтернативных половых хромосом, получили название сцепленныхс полом.

Признаки преимущественно развиваются у одного из двух полов и по-разному наследуются у мужчини женщин. Признаки, сцепленные с X-хромосомой, могут быть рецессивными и доминантными. К рецессивным относятся: атрофия зрительного нерва, гемофилия, дальтонизм. К доминантным - рахит, не поддающийся лечению витамином D, и темная эмаль зубов.

Рассмотрим наследование, сцепленное с X-хромосомой, на примере рецессивного гена гемофилии. У мужчин ген гемофилии, локализованный в X-хромосоме, не имеет аллеля в Y-хромосоме, т. е. находится в гемизиготном состоянии. Следовательно, несмотря на то, что признак рецессивный, у мужчин он проявляется:

N - ген нормальной свертываемости крови;

h - ген гемофилии;

XhY -мужчина с гемофилией;

XNY - мужчина здоров.

У женщин признак определяется парой аллельных генов в половых хромосомах XX, следовательно гемофилия может проявиться только в гомозиготном состоянии:

XNXN - женщина здорова;

XNXh - гетерозиготная женщина, носительница гена гемофилии, но здорова;

XhXh - женщина с гемофилией.

Такое наследование получило название «крисс-кросс» или крест-накрест): сыновья наследуют фенотипический признак матери, а дочери - признак отца.

Законы передачи признаков, сцепленных с X-хромосомами, были впервые изучены Т. Морганом.

Помимо X-сцепленных, у мужчин имеются Y-сцепленные признаки. Они называются голандрическими и локализованы в тех районах Y-хромосом, которые не имеют аналогов в X-хромосоме. Голандрические признаки также определяются одним аллелем, а поскольку их ген находится только в Y-хромосоме, то выявляются они только у мужчин и передаются от отца ко всем сыновьям.

К голандрическим признакам относятся: волосатость ушей, перепонки между пальцами ног, ихтиоз (кожа имеет глубокую исчерченность и напоминает рыбью чешую).

Признаки, связанные с аллельными генами, находящимися в X- и Y-хромосоме, наследуются по классическим законам Г. Менделя.

АНАЛИЗ РОДОСЛОВНЫХ

В тех случаях, когда невозможно применить гибридологический анализ, например при малочисленном потомстве, используются другие методы генетического анализа, в том числе генеалогический, т. е. анализ нескольких поколений родственников. Этот метод применяется обычно у человека и домашних животных, но иногда и у растений. С помощью генеалогического анализа можно решать такие вопросы: какова природа признака (наследственная или ненаследственная), характер наследования признака (доминантный или рецессивный, аутосомный, сцепленный с полом, зависимый от пола и т. д.).

Генеалогический метод включает в себя два этапа:

• составление родословной и ее графическое изображение;

• генетический анализ полученных данных.

Сбор сведений о семье начинается с пробанда - индивида, Который является предметом интереса врача (исследователя) в данной конкретной родословной. Чаще всего это больной или носитель изучаемого признака. Родословная включает известных родственников как по нисходящей линии (дети, внуки, правнуки и т. д.), так и по восходящей (родители, деды, прадеды и т. д.). Дети одной родительской пары (братья и сестры) называются сибсами. Обычно родословная собирается по одному или нескольким признакам. Чем больше поколений прослежено в родословной, тем она полнее и выше шансы на получение достоверных сведений. Сбор генетической информации производится путем опроса, анкетирования, личного обследования семьи. При составлении родословной ведется краткая запись данных о каждом члене рода с указанием его родства по отношению к пробанду, а также указываются фамилия, имя, отчество, дата рождения и смерти, возраст, национальность, место жительства семьи, профессия, наличие хронических заболеваний в семье, причина смерти умерших и др.

После сбора сведений составляют графическое изображение родословной, используя систему условных обозначений. Целью генеалогического анализа является установление генетических закономерностей.

Первая задача при анализе родословной - установление наследственного характера признака. Если в родословной встречается один и тот же признак (или болезнь) несколько раз, можно думать о его наследственной природе.

После того как установлен наследственный характер признака или заболевания, необходимо установить тип наследования. Для этого используют принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных, полученных из родословной.

Менделевским закономерностям наследования подчиняются только моногенные наследственные заболевания, т. е. заболевания, этиологическим фактором которых является мутация одного гена. В зависимости от локализации и свойств гена различают:

- аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный типы наследования, когда ген расположен в одной из 22 пар аутосом (неполовых хромосом), X-сцепленные доминантный и рецессивный типы наследования,

- когда ген расположен в X-хромосоме,

- Y-сцепленное (голандрическое) наследование, когда ген расположен в Y-хромосоме.

Точность анализа при этом будет зависеть от числа проанализированных поколений и количества персон в каждом поколении при безусловно хороших знаниях ранее рассмотренных закономерностей.

Кратко рассмотрим основные закономерности наследования различных типов, отклоняющихся от нормы признаков.

Наследование аутосомно-доминантного признака. Если заболевание обусловлено редким аутосомно-доминантным геном, то абсолютное большинство больных в популяции рождаются в браках между пораженным и здоровым супругом. В этом случае один из родителей гетерозиготен по аутосомно-доминантному гену (Aa), а другой гомозиготен по нормальному аллелю (aa). В таком браке возможны следующие варианты генотипов у потомства: Aa, Aa, aa, aa. Таким образом, каждый будущий ребенок независимо от его пола в 50 % случаев имеет вероятность получить от больного родителя как аллель A (и, следовательно, быть пораженным), так и нормальный аллель a, и быть здоровым. Отношение числа здоровых детей в потомстве к числу пораженных равно 1 : 1 и не зависит от пола ребенка.

Основными критериями, позволяющими предполагать аутосомно-доминантный тип наследования, являются:

• заболевание проявляется в каждом поколении без пропусков («вертикальный» тип);

• каждый ребенок от родителя, больного аутосомно-доминантным заболеванием, имеет 50 %-ный риск унаследовать это заболевание;

• непораженные дети больных родителей свободны от мутантного гена и имеют здоровых детей;

• заболевание наследуется лицами мужского и женского пола одинаково часто и со сходной клинической картиной.

На сегодняшний день описано около 3000 аутосомно-доминантных признаков человека. По этому типу у человека наследуются брахидактилия, или короткопалость (укороченные и частично редуцированные фаланги пальцев рук и ног), полидактилия, или многопалость (на руке или ноге от 6 до 9 пальцев), арахнодактилия (сильно удлиненные «паучьи» пальцы), некоторые формы близоругости и другие признаки.

Для аутосомно-рецессивного наследования характерны следующие признаки:

• родители больного ребенка, как правило, здоровы и являются гетерозиготными носителями патологического аллеля;

• мальчики и девочки заболевают одинаково часто;

• повторный риск рождения ребенка с аутосомно-рецессивным заболеванием составляет 25 %;

• «горизонтальное» распределение больных, т. е. пациенты чаще встречаются в пределах потомства одной родительской пары;

• увеличение частоты больных детей в родственных браках, причем, чем реже аутосомно-рецессивные заболевания, тем чаще больные происходят из кровнородственных браков;

• в браке двух пораженных родителей все дети больны.

По аутосомно-рецессивному типу наследуются мягкие прямые волосы, курносый нос, светлые глаза, тонкая кожа и резус-отрицательная первая группа крови.

Наиболее частыми и значимыми в клиническом отношении болезнями с аутосомно-рецессивным типом наследования являются: муковисцидоз, фенилкетонурия, многие формы нарушения зрения и слуха и другие.

Рецессивный X-сцепленный тип наследования. X-сцепленное рецессивное заболевание (или признак) всегда проявляется у мужчин, имеющих соответствующий ген, а у женщин - только в случаях гомозиготного состояния (что наблюдается крайне редко).

Основные признаки X-сцепленного рецессивного наследования следующие:

• заболевание встречается в основном у лиц мужского пола;

• признак (заболевание) передается от больного отца через его фенотипически здоровых дочерей половине внуков;

• заболевание никогда не передается от отца к сыну;

• у женщин-носителей иногда выявляются субклинические признаки патологии;

• в браке женщины-носительницы с больным мужчиной 50 % дочерей будут больны, 50 % дочерей будут носителями, 50 % сыновей также будут больны, а 50 % сыновей - здоровые (при заболеваниях, не снижающих репродуктивную способность больных мужчин).

По такому типу наследуется гемофилия A, дальтонизм и другие.

Доминантный X-сцепленный тип наследования. Заболевания с X-сцепленным доминантным типом наследования встречается в 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. Главная характеристика X-сцепленного доминантного наследования заключается в том, что больные мужчины передают аномальный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Больная женщина передает X-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола.

Основные признаки X-сцепленного доминантного типа наследования следующие:

• болезнь встречается у мужчин и женщин, но у женщин примерно в два раза чаще;

• больной мужчина передает мутантный аллель всем дочерям и не передает сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-хромосому;

• больные женщины передают мутантный аллель 50 % своих детей независимо от пола;

• женщины в случае болезни страдают менее (они гетерозиготны), чем мужчины.

Y-сцепленное, или голандрическое, наследование. Длительное время полагали, что Y-хромосома содержит только генетически неактивные участки. В настоящее время в Y-хромосоме выявлена локализиция около 20 генов, в том числе генов, определяющих развитие семенников, отвечающих за сперматогенез, контролирующих интенсивность роста, определяющих оволосение ушной раковины, средних фаланг кистей и некоторых других. Признак, гены которого локализованы в Y-хромосоме, передается от отца только всем мальчикам. Наследование частично сцепленного с полом рецессивного признака (аллели гена имеются в X- и Y-хромосомах) отличается от аутосомно-рецессивного тем, что признак, как правило, в родословной проявляется у потомков одного пола, а именно того, который нес этот признак.