Геном

Ридли Мэтт

В настоящей главе речь пойдет о методах генетической диагностики двух наиболее частых заболеваний современ­ного человечества. Одно из них является быстрым и безжа­лостным убийцей, а второе — медленным и немилосердным пожирателем памяти. Речь идет о сердечно-сосудистых за­болеваниях и о болезни Альцгеймера. Мне кажется, что современные ученые слишком щепетильны и предупреди­тельны, когда речь заходит о генетических предпосылках обоих заболеваний. Промедление с вводом в практику но­вых средств ранней диагностики делает ученых виновны­ми в смерти людей.

Давайте познакомимся с семейством генов аполипопро- теинов, известных еще как гены АРО. Их разделяют на че­тыре основные группы: А, В, С и, почему-то, Е. Но в каж­дой группе существует еще множество вариантов, пред­ставленных генами на разных хромосомах. Среди них нас наиболее будет интересовать ген АРОЕ, лежащий на хро­мосоме 19. Прежде чем мы приступим к рассмотрению этого гена, давайте разберемся в химических реакциях между холестерином и триглицеридными жирами. Когда вы едите бекон с яичницей, в организм поступает огромная порция жиров с холестерином — жирорастворимым веще­ством, из которого в организме образуются многие гормо­ны (см. главу 11).

Печень переваривает эти вещества и от­правляет с кровотоком в другие органы и ткани. Поскольку триглицеридные жиры и холестерин сами по себе нерас­творимы в воде, их транспортировка по кровотоку осущест­вляется с помощью особого белка, называемого липопроте- идом. В серии химических превращений липопротеид по­степенно отдает свой груз тем клеткам, которые нуждаются в жирах. В начале пути в кровь поступает полностью загру­женный белок, называемый VLDL (very-low-density lipopro­tein — липопротеид очень низкой плотности). По мере того как от белка отрываются триглицериды, он превращается в LDL (low-density lipoprotein — липопротеид низкой плот­ности, или, как его еще называют, «плохой холестерин»). Наконец, отдав клеткам прицепной холестерин, белок пре­вращается в HDL (high-density lipoprotein — липопротеид высокой плотности, или «хороший холестерин»), который возвращается в печень за новой порцией жиров.

Работа белка АРОЕ (читается как «апо-эпсилон») состо­ит в контроле за взаимодействием белка VLDL и рецепто- pa на поверхности клетки, нуждающейся в триглицеридах. Другой белок, АРОВ (апо-бета), управляет обменом холесте­рина между липопротеидом и рецепторами клетки. Вполне очевидно, что мутации в генах АРОЕ и АРОВ могут вести к развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Если они пло­хо работают, то жиры и холестерин задерживаются в крове­носном русле и в конце концов оседают на стенках сосудов. Нокаутирование у мыши гена АРОЕ ведет к быстрому раз­витию артериосклероза даже при соблюдении нормальной диеты. Безусловно, мутации генов самих липопротеидов и белков-рецепторов также влияют на циркуляцию холе­стерина и жиров в организме, что способствует развитию инфарктов. Так, наследуемое генетическое заболевание, называемое семейной гиперхолестеринемией, вызывается редкой мутацией в «тексте» гена рецептора холестерина (LyonJ., Corner P. 1996. Altered fates. Norton, New York).

Ген АРОЕ выделяется среди других генов семейства сво­им полиморфизмом. Он почти так же изменчив, как цвет глаз. Известны три основные версии этого гена: Е_т Е и Ej. Поскольку белки от разных версий гена отличаются по способности отщеплять триглицериды от липопротеидов крови, изучение распространения этих версий гена чрез­вычайно важно для прогнозирования частоты сердечно­сосудистых заболеваний. Вариант Е₃ — наиболее активный и чаще всего встречается у европейцев. Свыше 80% евро­пейцев имеют хотя бы одну версию этого гена на своих хромосомах, и у 39% ген представлен в двух копиях. Но в геноме 7% европейцев содержатся две копии гена Е₄, что значительно повышает для них риск развития сердечно-со- судистых заболеваний. Это же справедливо и для 4% насе­ления, геном которых содержит две копии гена Е₂ (Eto М., Watanabe К., Makino I. 1989. Increased frequencies of apolipo- protein E₂ and E₄ alleles in patients with ischemic heart disease. Clinical Genetics 36: 183-188).

Эти данные были получены для европейцев в целом. Как и во многих других случаях генетического полиморфизма, в изменчивости гена АРОЕ прослеживается четкая географи­ческая закономерность. Чем дальше мы будем продвигаться на север Европы, тем больше будет увеличиваться в популя­ции доля гена Е₄ и сокращаться доля гена Е_у (Частота, с ко­торой встречается ген Е₂, остается постоянной.) В Швеции и Финляндии ген Е₄ встречается почти втрое чаще, чем в Италии. Примерно в таких же пропорциях возрастает ча­стота сердечно-сосудистых заболеваний (Lucotte G., Loirat F., Hazout S. 1997. Patterns of gradient of apolipoprotein E allele *₄ frequencies in western Europe. Human Biology 69: 253-262). Чем дальше от Центральной Европы, тем больше разнообразие. Примерно 30% европейцев имеют в гено­ме хотя бы одну копию гена Е₄. В Восточной Азии частота встречаемости этого гена минимальная — примерно у 15% населения. У афроамериканцев, африканцев и полинезий­цев — более 40% людей содержат хотя бы одну копию гена Е₄, в Новой Гвинее — более 50%. Это распределение гена, вероятно, отображает долю жирной пищи в питании лю­дей за несколько последних тысячелетий. Так, известно, что в племенах Новой Гвинеи сердечно-сосудистые заболе­вания случались редко, пока люди жили в джунглях и пита­лись традиционной пищей: сахарным тростником, клубня­ми таро и лишь временами — мясом опоссумов и древесных кенгуру. Но когда они находили работу в городах и перехо­дили на гамбургеры и чипсы, частота сердечно-сосудистых заболеваний возрастала стремительно, превышая показа­тели для работающих вместе с ними европейцев (Kamboh М. I. 1995. Apolipoprotein Е polymorphism and susceptibility to Alzheimer's disease. Human Biology 67: 195-215; Flannery T. 1998. Throwingway leg. Weidenfeld and Nicolson, London).

Сердечно-сосудистые заболевания можно предупреж­дать и лечить. Те люди, у которых в геноме две копии гена Е₂,

легко могут избежать инфаркта, если будут помнить о том, что жирная и богатая холестерином пища для них смертельна. Сколько человеческих жизней мог бы спасти простой генетический тест.

У многих людей существует ложное представление, что генетические дефекты можно предупреждать только абор­тами или сложной генетической терапией. Негативных последствий дефектов в генах часто можно избежать с по­мощью специальной диеты или гимнастических упражне­ний. Вместо того чтобы внушать всему человечеству мысль о вреде жирной пищи, врачи действовали бы с большей эффективностью, если могли бы очертить группу риска, позволив остальным людям наслаждаться гоголь-моголем. Возможно, это противоречит профессиональному пури­танскому инстинкту врачей, но по крайней мере не проти­воречит клятве Гиппократа.

Но я не для того привел вас к генам АРОЕ, чтобы расска­зывать о сердечно-сосудистых заболеваниях, хотя, боюсь, мне снова придется нарушить свое обещание не связывать гены с болезнями. Гены этой группы давно находятся под пристальным вниманием ученых, поскольку предполагает­ся их связь с еще более зловещим и неизлечимым заболева­нием: болезнью Альцгеймера. Прогрессирующую потерю памяти и деградацию личности, сопутствующие старости (у некоторых людей эти симптомы появляются в молодом возрасте), связывали с самыми разными факторами: окру­жающей средой, патологией и несчастными случаями. Диагностическим признаком болезни Альцгеймера явля­ются нерастворимые белковые включения в клетках моз­га. Увеличение в размере этих включений ведет к гибели нервных клеток. Первой гипотезой была вирусная инфек­ция. Затем под подозрение попали частые травмы головы, например у боксеров. Наличие алюминия в составе вклю­чений бросило тень на использование кухонной алюми­ниевой посуды. По общему убеждению врачей гены здесь ни при чем, поскольку во всех учебниках указывается на отсутствие сведений о передаче этого заболевания по на­следству.

Но, как сказал первооткрыватель генной инженерии Поль Берг (Paul Berg), «все болезни генетические, даже если они вызываются чем-то другим».

В начале 1990-х годов удалось отыскать несколько се­мей в Америке, выходцев из немцев Поволжья, в которых частота встречаемости болезни Альцгеймера в разных по­колениях превышала уровень случайности. Вскоре были обнаружены три гена — один на хромосоме 21 и два на хро­мосоме 14, — которые удалось связать с развитием болезни в юном возрасте. Позже, в 1993 году, было показано, что гены на хромосоме 19 способствуют развитию болезни Альцгеймера у стариков. Таким образом, у старческого сла­боумия также оказалась генетическая подоплека. Вскоре «преступники» были вычислены. Ими оказались уже знако­мые вам гены АРОЕ( Cook-DeganR. 1995. The gene wars, politics and the human genome. Norton, New York).

To, что гены липидного обмена могут быть связаны с болезнью мозга, можно было предположить заранее. Уже давно было отмечено, что у страдающих болезнью Альцгеймера обычно повышен уровень холестерина в кро­ви. Но то, что влияние холестерина на мозг окажется та­ким существенным фактором развития болезни, стало для всех неожиданностью. И снова «плохой» версией гена ока­зался вариант Е₄. В случае отсутствия гена Е₄ вероятность развития болезни Альцгеймера в возрастной группе около 84 лет не превышает 20%, тогда как одна копия этого гена повышает риск до 47%, и болезнь начинает проявлять­ся уже в возрасте 75 лет. Люди с двумя копиями гена Е₄ с вероятностью в 91% заболевают болезнью Альцгеймера в возрасте 68 лет. К группе риска с генотипом Е₄/ Е₄ отно­сятся 7% европейцев. Но всегда в группе риска находятся люди, избежавшие злого рока. Так, в результатах одного исследования приводится пример мужчины с генотипом Е₄/Е₄, который в свои 86 лет был в здравом уме и ясной памяти. Более того, у многих здоровых людей, без каких- либо симптомов болезни Альцгеймера, в клетках мозга об­наруживаются характерные белковые включения, причем их больше у людей с геном Е₄, чем у тех людей, в геноме которых присутствуют только гены Е_у Есть данные, что ве­роятность заболеть болезнью Альцгеймера у людей с гена­ми Е₂ даже меньше, чем у людей с генами Е_у хотя разница незначительна. Многочисленные экспериментальные дан­ные убеждают нас, что взаимосвязь между генами АРОЕ и болезнью Альцгеймера — не случайность и не результат по­бочного эффекта (Kamboh М. I. 1995. Apolipoprotein Е poly­morphism and susceptibility to Alzheimer's disease. Human Biology 67:195-215; Corder E. H. et al. 1994. Protective effect of apoipoprotein E type 2 allele for late onset Alzheimer disease. Nature Genetics 7: 180-184).

Напомним, что ген E₄ редко встречается у жителей Восточной Азии немного чаще у европейцев, но еще чаще он встречается у африканцев и меланезийцев Новой Гвинеи. Можно предположить, что градиент встречаемости болезни Альцгеймера у стариков должен быть соответству­ющим. Но не все так просто. Генотип Е₄/Е₄ по сравнению с генотипом Е₃/Е₃ в значительно большей степени повы­шает риск возникновения болезни Альцгеймера у жителей Центральной Европы, чем у африканцев или у испанцев и их потомков в Латинской Америке. Вероятно, на развитие болезни оказывает влияние еще какой-то ген, отличающий­ся у людей разных рас и национальностей.