Признаки х сцепленного доминантного типа наследования. Х-сцепленное наследование. Понятие "сцепление" генов. Х-сцепленное наследование признаков у человека

Гены, локализованные в половых хромосомах, обозначают как сцепленные с полом. Они по-разному распределяются у мужчин и женщин. Сцепленные с полом гены могут располагаться как на X, так и на Y-хромосоме. Однако в клинической генетике практическое значение имеют Х-сцепленные заболевания, т.е. такие, когда патологический ген расположен на Х-хромосоме.

Распределение Х-сцепленного признака зависит от распределения Х-хромосомы, несущей аномальный ген. Учитывая, что у женщин имеется две Х-хромосомы, а у мужчин одна, возможны следующие варианты генотипов: у мужчины - ХАY, ХаY, у женщины - ХАХА, ХАХа, ХаХа.

Рецессивный Х-сцепленный тип

Наследования заболевания

Х-сцепленное рецессивное заболевание (или признак) всегда проявляется у мужчин, имеющих соответствующий ген, а у женщин- только в случаях гомозиготного состояния (что наблюдается крайне редко). Примером Х-сцепленного рецессивного заболевания является гемофилия А, характеризующаяся нарушением свертываемости крови вследствие дефицита VIII фактора - антигемофиль-ного глобулина А. Родословная больного с гемофилией представлена на рис. IX.11. Клинически заболевание проявляется частыми длительными кровотечениями даже при небольшом ранении, кровоизлияниями в органы и ткани. Частота заболевания составляет 1 на 10 000 новорожденных мальчиков. Используя приведенные выше обозначения, можно определить все возможные генотипы в потомстве больного мужчины и здоровой женщины (рис. IX. 12).

Согласно схеме все дети будут фенотипически здоровы, но ге-нотипически все дочери являются носителями гена гемофилии. Если женщина - носитель гена гемофилии, выйдет замуж за здорового мужчину, возможны следующие варианты генотипов потомства (рис. IX. 13).

Дочери в 50% случаев будут носителями патологического гена, а для сыновей существует 50 %-ный риск быть больным гемофилией.

Таким образом, основными признаками Х-сцепленного рецессивного наследования являются следующие:

1) заболевание встречается в основном у лиц мужского пола;

2) признак (заболевание) передается от больного отца через его фенотипическм здоровых дочерей половине его внуков;

3) заболевание никогда не передается от отца к сыну;

4) у носителей иногда выявляются субклинические признаки патологии.

Доминантный Х-сцепленный тип наследования заболевания

В отличие от заболеваний с Х-сцепленным рецессивным типом наследования заболевания с Х-сцсштенным доминантным типом наследования встречаются в 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. Главная характеристика Х-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 Х-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола (рис. IX.14).

Особенности распределения больных в родословной зависят от пола пораженного родителя (рис. IX. 15).

Рис. 1Х.14.

Родословная с Х-сцепленным доминантным

Типом наследования заболевания

(витамин-Д-резистентный рахит)

Рис. IX. 15.:

А - болен отец (индивид II-1 родословной, приведенной на рис. IX. 14); б - больна мать (индивид 1-2, рис. IX. 14) Основными признаками Х-сцепленного доминантного типа наследования являются следующие:

1) болезнь встречается у мужчин и женщин, но у женщин в два раза чаще;

2) больной мужчина передает мутантный аллель только своим дочерям, а не сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-хромосому;

3) больные женщины передают мутантный аллель половине своих детей независимо от пола;

4) женщины в случае болезни страдают менее тяжело (они гетерозиготы), чем мужчины (являющиеся гемизиготами).

В норме гемизиготными являются гены, локализованные в половых хромосомах у гетерогаметного пола, т.е. пола, который образует различные типы половых клеток. Гемизиготность возникает также в результате анеуплоидии или делеции, когда в генотипе сохраняется только один из пары аллельных генов, который может проявиться как рецессивная мутация.

К заболеваниям, характеризующимся Х-сцепленным доминантным наследованием, относятся витамин-Д-резистентный рахит (рахит, не поддающийся лечению обычными дозами витамина Д), рото-лице-пальцевый синдром (множественные гиперплазированные уздечки языка, расщелины губы и нёба, гипоплазия крыльев носа, асимметричное укорочение пальцев) и другие болезни.

Наследование рецессивных Х-сцепленных фенотипов вызывает отчетливо выраженные и легко узнаваемые типы родословных. Х-сцепленная рецессивная мутация обычно фенотипически проявляется у всех имеющих ее мужчин и только у гомозиготных женщин. Следовательно, Х-сцепленное рецессивное заболевание обычно ограничено мужчинами и редко бывает среди женщин (см. раздел о манифестных гетерозиготах далее в этой главе).

А - классическое Х-сцепленное заболевание свертывания крови, вызванное недостаточностью фактора VIII, одного из белков, участвующих в свертывании крови. Наследственная природа гемофилии и даже тип передачи известны с древних времени, заболевание стало известно как «королевская гемофилия» из-за наличия среди потомков королевы Великобритании Виктории, которая была носительницей.

Как уже сказано, Xh - мутантный аллель фактора VIII, вызывающий гемофилию А, Хн - нормальный аллель. Если больной гемофилией женится на здоровой женщине, все сыновья получают отцовскую хромосому Y и материнскую X и здоровы, все дочери получают отцовскую Х-хромосому с алле-лем гемофилии и становятся облигатными носителями.

Гемофилия больного дедушки, не проявившаяся у его собственных детей, имеет 50% вероятность появления у сыновей любой из его дочерей. В то же время она не проявится среди потомков его сыновей. Дочь женщины-носителя имеет 50% шанс оказаться носительницей. Случайным образом, прежде чем проявиться в потомке-мужчине, Х-сцепленный рецессивный аллель может передаваться необнаруженным через серию женщин-носительниц.

Гомозиготные больные женщины

Ген для Х-сцепленного заболевания может случайно присутствовать как у отца, так и у материносительницы, и тогда девочки могут оказаться гомозиготными больными, как показано на родословной Х-сцепленного дальтонизма, сравнительно частого Х-сцепленного заболевания. Большинство Х-сцепленных болезней достаточно редкие, поэтому женщины нечасто бывают гомозиготными, если ее родители не кровные родственники.

Манифестные гетерозиготы и несбалансированная инактивация при Х-сцепленных болезнях

В тех редких случаях, когда женщина-носительница рецессивного Х-сцепленного аллеля имеет фенотипические проявления болезни, ее называют манифестной гетерозиготой. Манифестные гетерозиготы описаны для многих Х-сцепленных рецессивных заболеваний, включая дальтонизм, гемофилию А (классическая гемофилия, недостаток фактора VIII), гемофилию В (болезнь Кристмаса, недостаток фактора IX), мышечную дистрофию Дюшенна, синдром Вискотта-Олдрича (Х-сцепленный иммунодефицит) и несколько Х-сцепленных заболеваний глаз.

Будет ли гетерозиготная женщина манифестной, зависит от множества факторов. Во-первых, поскольку Х-инактивация происходит случайно, но на этапе эмбрионального развития, когда эмбрион имеет менее 100 клеток, соотношение в различных тканях женщин-носительниц клеток с нормальным и мутантным аллелем в активной хромосоме может сильно варьировать. Если случится, что патологический аллель чаще присутствует на активной, а нормальный на неактивной хромосоме, появляется несбалансированный или «скошенный» результат Х-инактивации.

Если такая «скошенная » инактивация представлена в соответствующих тканях, она может вызвать у женщины-носительницы признаки и симптомы заболевания.

Во-вторых, в зависимости от заболевания , о котором идет речь, женщины-гетерозиготы могут иметь весьма разную степень пенетрантности и экспрессивности болезни, даже при равной степени перекоса инактивации, из-за особенностей физиологического функционирования гена. Например, при лизосомной болезни накопления, вызываемой недостаточностью сульфоидуронат сульфатазы (синдром Хантера), те клетки, в которых активна Х-хромосома, несущая нормальный ген, могут передать фермент во внеклеточное пространство, откуда он попадает в клетки с мутантным аллелем и скорректировать дефект.

В результате пенетрантность синдрома Хантера среди женских гетерози-гот чрезвычайно низкая, даже когда Х-инактивация значительно отклоняется от ожидаемого случайного отношения 50%-50%. С другой стороны, почти половина всех женщин-гетерозигот по синдрому ломкой Х-хромосомы имеют аномалии развития, хотя обычно меньшей выраженности, чем у мужчин.

Кроме манифестных гетерозигот , возможен характерный для нескольких Х-сцепленных заболеваний противоположный вариант несбалансированной или скошенной инактивации (т.е. с мутантным аллелем, преимущественно обнаруживаемым на неактивной Х-хромосоме в некоторых или всех тканях гетерозиготной женщины). В основном такой перекос инактивации наблюдают у бессимптомных гетерозигот.

Полагают, что он отражает способность к выживанию или недостаток пролиферативной активности для клеток, первоначально имевших мутантный аллель на активной Х-хромосоме. Феномен скошенной инактивации в соответствующих тканях используют для диагностики состояния носительства для некоторых Х-сцепленных заболеваний, включая некоторые Х-сцепленные иммунодефициты, врожденный дискератоз (Х-сцепленная форма болезни кожи и костного мозга) и недержание пигмента (Х-сцепленное заболевание кожи и зубов).

Характеристика рецессивного Х-сцепленного наследования :
Встречаемость признака значительно выше у мужчин, чем у женщин.
Гетерозиготные женщины обычно здоровы, но некоторые могут проявлять симптомы заболевания варьирующей тяжести в зависимости от случайной Х-инактивации.
Ген, ответственный за болезнь, передается от больного человека через всех его дочерей. Любой из сыновей его дочери имеет 50% шанс унаследовать болезнь.
Мутантный аллель обычно никогда не передается непосредственно от отца к сыну, но передается больным мужчиной всем его дочерям.
Мутантный аллель может передаваться через серию женщин-носительниц; в таком случае больные мужчины в родословной связаны через женщин.
Значимая пропорция изолированных случаев - следствие новой мутации.

Гены, локализованные в Х-хромосоме, так же как и при аутосомном наследовании, могут быть доминантными и рецессивными. Главной особенностью Х-сцепленного наследования является отсутствие передачи соответствующего гена отца – сыну, т.к. мужчины, будучи гемизиготными (имеют только одну Х-хромосому) передают свою Х-хромосому только дочерям.

Если в Х-хромосоме локализуется доминантный ген, такой тип наследования называется Х-сцепленным доминантным. Для него характерны следующие признаки:

Если болен отец, то все дочери будут больны, а все сыновья здоровы;

Больные дети появляются только в том случае, если болен один из родителей;

У здоровых родителей все дети будут здоровы;

Заболевание прослеживается в каждом поколении;

Если мать больна, то вероятность рождения больного ребенка равна 50%, независимо от пола;

Болеют как мужчины, так и женщины, но в целом больных женщин в семье в 2 раза больше, чем больных мужчин.

При локализации в Х-хромосоме рецессивного гена тип наследования называется Х-сцепленным рецессивным. Женщины почти всегда фенотипически здоровы (носители), т.е. гетерозиготы. Тяжесть болезни зависит от степени поражения репродуктивной системы. Для этого типа наследования характерны:

Заболеванием поражаются преимущественно лица мужского пола;

Заболевание наблюдается у мужских родственников пробанда по материнской линии;

Сын никогда не наследует заболевание отца;

Если пробанд – больная женщина, её отец обязательно болен, а также поражены все её сыновья;

В браке между больными мужчинами и здоровыми гомозиготными женщинами все дети будут здоровы, но у дочерей могут быть больные сыновья;

В браке больного мужчины и женщины-носительницы дочери: 50% -больные, 50% - носительницы; сыновья: 50% - больные, 50% - здоровые.

В браке между здоровым мужчиной и гетерозиготной женщиной вероятность рождения больного ребенка составит: 50% - для мальчиков и 0% - для девочек.

Сестры-носительницы имеют 50% больных сыновей и 50% дочерей-носительниц.

Родословная с Х-рецессивным типом наследования

Родословная с Х-доминантным типом наследования

Y-сцепленный тип наследования

В редких случаях наблюдается отцовский или голандрический тип наследования, обусловленный присутствием мутаций в генах Y-хромосомы.

При этом болеют и передают через Y-хромосому свое заболевание сыновьям только мужчины. В отличие от аутосом и Х-хромосомы, Y-хромосома несет сравнительно мало генов (по последним данным международного каталога генов OMIM, всего около 40).

Небольшая часть таких генов гомологична генам X-хромосомы, остальные присутствующие только у мужчин, участвуют в контроле детерминации пола и сперматогенеза. Так, на Y-хромосоме находятся гены SRY и AZF, ответственные за программу половой дифференцировки.

Мутации в любом из этих генов приводят к нарушениям развития яичек и блоку сперматогенеза, что выражается в азооспермии. Такие мужчины страдают бесплодием, и потому их заболевание не наследуется. Мужчин с жалобами на бесплодие необходимо обследовать на наличие мутаций в указанных генах. Мутациями в одном из генов, расположенных на Y-хромосоме, обусловлены некоторые формы ихтиоза (рыбья кожа), и совершенно безобидный признак - оволосение ушной раковины.

Признак передаётся по мужской линии. В Y-хромосоме имеются гены, отвечающие за оволосение ушной раковины, сперматогенез (азооспермия), интенсивность роста тела, конечностей, зубов.

Родословная с Y-сцепленным типом наследования

X-сцепленное рецессивное наследование (англ. X-linked recessive inheritance ) - один из видов сцепленного с полом наследования. Такое наследование характерно для признаков, гены которых расположены на Х-хромосоме и которые проявляются только в гомозиготном или гемизиготном состоянии. Такой тип наследования имеет ряд врождённых наследственных заболеваний у человека, эти заболевания связаны с дефектом какого-либо из генов, расположенных на половой Х-хромосоме, и проявляются в случае, если нет другой Х-хромосомы с нормальной копией того же гена. В литературе встречается сокращение XR для обозначения X-сцепленного рецессивного наследования.

Для Х-сцепленных рецессивных заболеваний характерно, что обычно поражёнными являются мужчины, для редких Х-сцепленных заболеваний это справедливо почти всегда. Все их фенотипически здоровые дочери являются гетерозиготными носительницами. Среди сыновей гетерозиготных матерей соотношение больных и здоровых равно 1 к 1.

Частным случаем Х-сцепленного рецессивного наследования является крисс-кросс наследование (англ. criss-cross inheritance , также наследование крест-накрест ), в результате которого признаки отцов проявляются у дочерей, а признаки матерей - у сыновей. Название такому типу наследования дал один из авторов хромосомной теории наследования Томас Хант Морган. Он впервые описал такой тип наследования для признака цвета глаз у дрозофилы в 1911 году. Крисс-кросс наследование наблюдается тогда, когда мать является гомозиготой по рецессивному признаку, локализованному в Х-хромосоме, а у отца в единственной Х-хромосоме имеется доминантный аллель этого гена. Выявление такого вида наследования при анализе расщепления является одним из доказательств локализации соответствующего гена на Х-хромосоме.

Особенности наследования рецессивных признаков, сцепленных с полом, у человека

У человека, как у всех млекопитающих, мужской пол гетерогаметный (XY), а женский пол гомогаметный (XX). Это означает, что у мужчин только одна Х- и одна Y-хромосома, а у женщин имеется две Х-хромосомы. В Х-хромосомах и Y-хромосомах есть небольшие гомологичные участки (псевдоаутосомные регионы). Наследование признаков, гены которых расположены в этих областях, аналогично наследованию аутосомных генов, и в этой статье оно не рассматривается.

Признаки, сцепленные с Х-хромосомой, могут быть рецессивными и доминантными. Рецессивные признаки не проявляются у гетерозиготных особей в присутствие доминантного признака. Так как у мужчин есть только одна Х-хромосома, мужчины не могут быть гетерозиготными по тем генам, которые находятся в Х-хромосоме. По этой причине у мужчин возможны всего два состояния X-сцепленного рецессивного признака:

при наличии в единственной Х-хромосоме аллеля, детерминирующего признак или расстройство, у мужчины проявляется таковой признак или расстройство, а все его дочери получают от него этот аллель вместе с Х-хромосомой (сыновья получат Y-хромосому);
если такового аллеля в единственной в Х-хромосоме нет, то у мужчины этот признак или расстройство не проявляется и потомству не передаётся.

Так как у женщин две Х-хромосомы, то для Х-сцепленных рецессивных признаков у них возможны три состояния:

аллель, определяющий этот признак или расстройство, отсутствует в обеих Х-хромосомах - признак или расстройство не проявляется и потомству не передаётся;
аллель, определяющий признак или расстройство, присутствует только в одной Х-хромосоме - признак или расстройство обычно не проявляется, а при наследовании примерно 50 % потомков получают от неё этот аллель вместе с Х-хромосомой (другие 50 % потомков получат другую Х-хромосому);
аллель, определяющий признак или расстройство, присутствует в обеих Х-хромосомах - признак или расстройство проявляется и потомству передаётся в 100 % случаев.

Некоторые расстройства, наследующиеся по X-сцепленному рецессивному типу, могут быть настолько тяжёлыми, что приводят к внутриутробной гибели плода. В этом случае среди членов семьи и среди их предков может не быть ни одного известного больного.

Женщины, которые имеют только одну копию мутации, называются носителями. Обычно такая мутация не выражается в фенотипе, то есть никак не проявляется. Отдельные заболевания с Х-сцепленным рецессивным наследованием всё же имеют некоторые клинические проявления у женщин-носителей вследствие механизма дозовой компенсации, благодаря которому в соматических клетках случайно инактивируется одна из Х-хромосом, и в одних клетках организма экспрессируется один Х-аллель, а в других - другой.

Некоторые X-сцепленные рецессивные заболевания человека

Распространённые

Часто встречающиеся X-сцепленные рецессивные заболевания:

Наследственное нарушение цветового зрения (дальтонизм). Разной степенью слабостью красно-зелёного восприятия в Северной Европе страдают примерно 8 % мужчин и 0,5 % женщин.
X-сцепленный ихтиоз. На коже пациентов появляются сухие огрубевающие участки вследствие избыточного накопления сульфированных стероидов. Встречается у 1 из 2000-6000 мужчин.
Мышечная дистрофия Дюшенна. Заболевание, сопровождающееся дегенерацией мышечной ткани и приводящее к смерти в молодом возрасте. Встречается у 1 из 3600 новорожденных мужского пола.
Гемофилия A (классическая гемофилия). Заболевание, связанное с недостаточностью VIII фактора свёртываемости крови, встречается у одного из 4000-5000 мужчин.
Гемофилия B. Заболевание, связанное с недостаточностью IX фактора свёртываемости крови, встречается у одного из 20 000-25 000 мужчин.
Мышечная дистрофия Беккера. Заболевание аналогичное мышечной дистрофия Дюшенна, но протекающее несколько мягче. Встречается у 3-6 из 100 000 новорожденных мужского пола.
Синдром Кабуки - множественные врождённые дефекты (пороки сердца, дефицит роста, потеря слуха, аномалии мочевыводящих путей) и умственная отсталость. Распространённость 1:32000.
Синдром нечувствительности к андрогенам (синдром Морриса) - индивид с завершённым синдромом обладает женской внешностью, развитой грудью и влагалищем, несмотря на кариотип 46XY и неопустившиеся яички. Частота встречаемости от 1:20 400 до 1:130000 новорожденных с кариотипом 46,XY.

Редкие

Болезнь Брутона (врождённая агаммаглобулинемия). Первичный гуморальный иммунодефицит. Встречается среди мальчиков с частотой 1:100000 - 1:250 000.
Синдром Вискотта-Олдрича - врождённый иммунодефицит и тромбоцитопения. Распространённость: 4 случая на 1 000 000 новорожденных мужского пола.
Синдром Лоу (окулоцереброренальный синдром) - скелетные аномалии, разнообразные почечные нарушения, глаукома и катаракта с раннего детства. Встречается с частотой 1:500 000 новорожденных мужского пола.
Синдром Аллана-Херндона-Дадли - редкий синдром, встречающийся только у мужчин, при котором нарушено постнатальное развитие головного мозга. Синдром вызван мутацией в гене MCT8, кодирующем белок, транспортирующий тиреоидный гормон. Впервые описан в 1944 году.

Как обсуждалось ранее, Х-сцепленный фенотип считают доминантным, если он обычно проявляется у гетерозигот. доминантное наследование можно легко отличить от аутосомно-доминантного наследования по отсутствию передачи от мужчины к мужчине, явно невозможной при Х-сцепленном наследовании, поскольку мужчины передают сыновьям хромосому Y, а не X.

Таким образом, отличительная черта полностью пенетрантной Х-сцепленной доминантной родословной - все дочери больных мужчин также больны, при этом ни один из сыновей не болен; если есть хотя бы одна здоровая дочь или больной сын, наследование должно быть аутосомным, а не Х-сцепленным. Наследование через женщину не имеет никаких отличий от аутосомно-доминантного наследования; поскольку женщины имеют пару Х-хромосом, как и пары аутосом, каждый ребенок больной женщины имеет 50% шанс наследования признака, независимо от пола.

В многочисленных семьях с Х-сцепленными доминантными заболеваниями клиническая картина обычно мягче у женщин, которые почти всегда гетерозиготны, поскольку мутантный аллель в части их клеток расположен в неактивной Х-хромосоме. Таким образом, большинство Х-сцепленных доминантных заболеваний не полностью доминантны, как и в случае с большинством аутосомно-доминантных заболеваний.

К Х-сцепленным доминантным заболеваниям относятся всего несколько генетических нарушений. Один из примеров - Х-сцепленный гипофосфатемический рахит (или витамин-D-резистентный рахит), нарушающий способность почечных канальцев реабсорбировать фосфаты. Продукт дефектного гена принадлежит к семейству эндопептидаз, активизирующих или деградирующих ряд пептидных гормонов.

Патогенез, благодаря которому недостаток данной эндопептидазы вызывает нарушение метаболизма фосфатов и рахит, неизвестен. Заболевание отнесено к Х-сцепленным доминантным, так как, хотя поражаются оба пола, у гетерозиготных женщин уровень фосфата сыворотки снижен меньше и клиническая картина рахита менее тяжелая, чем у больных мужчин.

Характеристики Х-сцепленного доминантного наследования :
Пораженные мужчины в браке со здоровой женщиной не имеют больных сыновей и здоровых дочерей.
Как сыновья, так и дочери женщин-носителей имеют 50% риск наследования фенотипа. Родословная аналогична аутосомно-доминантному наследованию.
Пораженные женщины встречаются почти в два раза чаще мужчин, но обычно имеют хотя и вариабельные, но более мягкие проявления фенотипа.