ПЕНЕТРАНТНОСТЬ ГЕНА

ПЕНЕТРАНТНОСТЬ ГЕНА (лат. penetrare проникать, достигать; ген) — частота или вероятность проявления гена в доминантном или гомозиготно-рецессивном состоянии, выражаемые в процентах (т. е. способность гена проявлять себя тем или иным образом фенотипически). Пенетрантность гена определяют по относительному количеству особей популяции из числа несущих данный ген, у к-рых этот ген фенотипически проявился. Так, 25% пенетрантность аутосомно-доминантного гена указывает на то, что лишь у 1/4 генотипов (см.), несущих этот ген, проявился его эффект: 100% пенетрантность рецессивного гена означает, что все особи, гомозиготные по данному гену, имеют его фенотипическое проявление. Термин «пенетрантность гена» (англ. penetrance проявление) введен Н. В. Тимофеевым-Ресовским в 1925—1927 гг. В советской научной литературе это свойство гена (см.) чаще всего обозначается термином «проявление».

Различают полную и неполную Пенетрантность гена. О полной Пенетрантности гена говорят, если доминантный или рецессивный (в гомозиготном состоянии) аллель (см.) проявляется у каждой особи, несущей эти гены, т е. в 100% случаев. Если доминантный ген фенотипически не проявляется у определенной части гетерозигот, в результате чего происходит количественное уменьшение одного из классов фенотипов, такое явление называют неполной П. г. То же самое справедливо и для рецессивных генов в гомозиготном состоянии.

Н. В. Тимофеев-Ресовский предложил также понятие «экспрессивность гена», обозначающее степень или меру фенотипического проявления гена. Экспрессивность гена определяется по степени развития контролируемого этим геном признака. На экспрессивность гена (см.) влияют гены-модификаторы или специфические условия среды.

При неполной П. г. часто наблюдают неодинаковую экспрессивность гена.

Термин «пенетрантность» применяют не только для определения фенотипического проявления того или иного гена у разных особей, но также и для характеристики проявления гена в пределах одного организма, если данный генотип может проявить себя в двух или нескольких частях тела. Так, в случае полидактилии мутантный ген может с равной вероятностью проявляться на руках и ногах или же только на ногах. Ген может быть пенетрантным на одной руке (шесть пальцев) и непенетрантным на другой (пять пальцев). В этом случае говорят о неполной П. г. у одного и того же индивидуума.

Неполная П. г. может быть результатом сложных генных взаимодействий в ходе развития. На формирование нек-рых наследственных признаков значительное влияние оказывают условия окружающей среды (см. Изменчивость). Наряду с этим есть много признаков (напр., цвет глаз, группа крови, синтез определенных структурных белков и ферментов), к-рые определяются исключительно генетически и не зависят от внешних факторов.

Изучение П. г. имеет большое теоретическое и практическое значение. Неполное проявление генов может искажать численные отношения фенотипических классов при расщеплении, что нередко затрудняет выяснение характера наследования той или иной особенности фенотипа. В таких случаях требуется внесение поправки, а для этого необходимо знать меру пенетрантности участвующих в скрещивании генов.

Мутантные гены, нарушающие формирование того или иного признака, часто имеют неполную пенетрантность. В результате этого при анализе признаков, контролируемых аутосомными доминантными генами с неполной пенетрантностью, в родословных часто наблюдают проскоки или «скачки» через поколение.

Для многих широко распространенных болезней человека наследственность является этиол, фактором, но для пенетрантности мутантных генов необходимо влияние определенных факторов окружающей среды. К таким заболеваниям относятся, напр., атеросклероз, сахарный диабет, гипертоническая болезнь, пигментная ксеродерма, подагра и др.

При соответствующих условиях моно генные формы наследственных заболеваний, т. е. болезни, обусловленные мутантными генами одного какого-либо локуса, могут проявляться с различной частотой, и П. г. может колебаться от полной до нулевой. Так, недостаточность сывороточного белка альфа-1-антитрипсина проявляется как болезнь только при вредном действии веществ, загрязняющих воздух. Наследственная непереносимость лактозы наблюдается после приема молока или молочной пищи у людей, гомозиготных по аутосомно-рецессивному гену, обусловливающему отсутствие активности фермента бета-галактозидазы в клетках слизистой оболочки кишечника. У таких больных лактоза не усваивается и под действием микрофлоры кишечника подвергается брожению. Т. о., молоко является экзогенным фактором, делающим очевидной наследственную предрасположенность к нарушению кишечного пищеварения. Патол. симптомы проявления мутантного гена, обусловливающего пигментную ксеродерму, обнаруживаются только у тех индивидуумов, кожа к-рых подвергается ультрафиолетовому облучению. Если люди, гомозиготные по этому аутосомно-рецессивному гену, избегают прямых солнечных лучей, то признаков заболевания пигментной ксеродермой у них не возникает.

В результате экстремальных воздействий может наблюдаться пенетрантность аутосомно-рецессивных генов даже у гетерозигот. Так, напр., при снижении содержания кислорода в воздухе у лиц, гетерозиготных по мутантному гену, обусловливающему одну из аномалий гемоглобина (появление HbS), начинается гемолиз эритроцитов и анемия. При другой форме гемоглобинопатии — талассемии — у гетерозиготных женщин бо время беременности может возникнуть анемия в результате повышения функциональной нагрузки на крогетсорную систему.

Генотипическая среда, образующаяся в результате взаимодействия генов различных локусов, может оказывать существенное влияние на пенетрантность того или иного гена. Генетический анализ многих признаков вскрывает их сложную наследственную прирсду, обусловленную действием многих генов. Так, было установлено, что для развития серой окраски дикой мыши необходимо присутствие в генотипе доминантных аллелей по крайней мере шести локусов. Эксперименты по скрещиванию показали, что при наличии доминантных аллелей в каждом из этих локусов может возникнуть 32 разновидности цветовых вариаций окраски шерсти. Однако все эти генотипы не проявятся, если животное оказывается гомозиготным по рецессивному аллелю основного фактора окраски (с). У альбиносов (генотип сс) может скрываться наследственность для любой цветовой вариации, к-рая может обнаружиться при соответствующих скрещиваниях.

Вариации в клин, полиморфизме моногенных наследственных болезней (см.) объясняются наличием генов-модификаторов. Гетерозиготные состояния по аутосомно-рецессивным генам не приводят к заболеваниям, однако они могут способствовать переходу другого наследственного заболевания из острой формы в хроническую.

К генотипической среде, обусловливающей клинический полиморфизм наследственных болезней, можно отнести также и пол, к-рый оказывает существенное влияние на проявление многих генов. Так, ген, вызывающий раннее облысение, локализуется в аутосоме и является доминантным с преимущественным проявлением у мужчин.

Количественная характеристика П. г. в мед. генетике представляет значительные трудности, тем более, что доля индивидуумов, у к-рых данный признак проявляется, варьирует в разных семьях. Определить коэффициент пенетрантности аутосомно-доминантных генов значительно проще, чем аутосомно-рецессивных генов. В родословной (или в ряде родословных) выявляются все пораженные лица, имеющие детей, и коэффициент пенетрантности выражается отношением действительного числа пораженных потомков к теоретически ожидаемому их числу (в процентах). При доминантном типе наследования с полной П. г. больные члены семьи передают заболевание половине своих детей, а в случае неполной пенетрантности — меньшему числу детей. Напр., болезнь Гиштеля — Линда у передается по аутосомно-доминантному типу с П. г. ок. 50%, и риск унаследовать заболевание от пораженного родителя составляет V2 >< 50, т. е. 25%.

Естественно, что риск проявления заболевания резко повышен в семьях, в которых больны оба родителя, и в случаях, когда заболевание у отца или матери обусловлено гомозиготным состоянием гена. Современные методы диагностики позволяют выявлять гетерозиготных носителей многих аутосомно-рецессивных заболеваний. В таких случаях так же, как и при аутосомно-доминантном типе наследования, можно определить коэффициент П. г.

Данные о влиянии факторов окружающей среды на П. г. помогают подбирать для развивающихся организмов условия, способствующие или подавляющие фенотипическое проявление соответственно полезных или вредных генов, что имеет важное значение для медицины и сельского хозяйства. Изучение пенетрантности мутантных генов имеет прямое отношение к проблемам экологической генетики человека. Для генетических прогнозов в отношении новых факторов окружающей среды, в т. ч. и новых лекарственных средств, необходимо учитывать их влияние на пенетрантность скрытых или нейтральных мутантных генов в популяциях человека, к-рые могут в таких условиях проявить свое патол, действие.

Библиография: Барашнев Ю.К. и Вельтищев Ю. Е. Наследственные болезни обмена веществ у детей, Л., 1978; Бочков Н. П. Генетика человека, Наследственность п патология, М., 1978; Гершензон С. М. Основы современной генетики, Киев, 1979; Давиденкова Е. Ф. и Либерман И. С. Клиническая генетика, Л., 1975; Дубинин Н. П. Общая генетика, М., 1976; Конюхов Б. В. Генетика развития позвоночных, М., 1980; Стивенсон А. и Дэвисон Б. Медико-генетическое консультирование, пер. с англ., М., 1972.

Б. В. Конюхов.