Повышенное сродство к кислороду приводит к уменьшению количества кислорода, освобождающегося из комплекса с гемом в тканях организма, и вызывает гипоксию. Гипоксия ведет к выделению гормона эритропоэтина, стимулирующего образование эритроцитов и собственно эритроцитоз.

Было обнаружено всего три гемоглобина с уменьшенным сродством к кислороду. При таком дефекте количество кислорода, поступающее в ткани, увеличивается, поэтому следует ожидать уменьшение синтеза эритропоэтина. В двух случаях, как и следовало ожидать, наблюдалась слабовыраженная анемия.

Серповидноклеточные нарушения будут рассматриваться в следующей главе.

Кроме вариантов гемоглобина, обусловленных единичными аминокислотными заменами, есть и гемоглобины возникшие вследствие делеций и дупликаций.

Делеции. Делеции генов Нbα приводят к возникновению α-талассемий. Делеции могут затрагивать один или несколько кодонов, но возможно выпадение и одного, двух нуклеотидов.

Если делеция затрагивает один кодон (триплет нуклеотидов), то это приводит к выпадению из глобиновой цепи соответствующей аминокислоты. Были обнаружены делеции 15 нуклеотидов, что приводило к выпадению 5 аминокислот. Скорее всего, делеции большего объема приводили бы к потере функциональной активности молекулой гемоглобина. Большинство делеционных гемоглобинов либо нестабильны, либо приводят к увеличению сродства к кислороду, а во многих случаях имеют оба эти свойства.

Если число делетированных нуклеотидов не кратно трем, то смысл считываемой генетической информации полностью меняется и в результате возникает новая последовательность аминокислот. То есть возникает мутация сдвига рамки считывания. После анализа мутации «гемоглобин Wayne» оказалось, что она обусловлена делецией одного нуклеотида в 139-м кодоне вблизи конца гена α-глобина, состоящего из 141 триплета. Нуклеотиды 142-го терминирующего кодона считываются по-другому, и новая рамка считывания продолжается до первого в этой рамке терминирующего кодона. Таким образом, формируется слегка удлиненная цепь молекулы гемоглобина, содержащая 5 дополнительных аминокислотных остатков. Совершенно естественно, что делеция локализуется вблизи конца α-цепи, так как любая делеция, вызывающая сдвиг рамки считывания на протяженном участке структурного гена, будет приводить к синтезу функционально неактивных полипептидов.

По-видимому, возникновение делеций является следствием ошибочного спаривания между гомологичными последовательностями во время мейотического деления развивающихся генеративных клеток. При рассмотрении нуклеотидных последовательностей, окружающих области делеций у различных делеционных мутантов, обнаруживаются участки гомологии, которые могут быть причиной неправильного спаривания. Если оно произошло, последующие рекомбинационные события приведут к возникновению делеций различной протяженности.

Результатом неправильного спаривания может быть и образование комбинированных (составных) генов. Белковые продукты таких генов состоят из N-концевой части одного глобина и С-концевой части другого. В качестве примера можно привести гемоглобин Lepore. Его синтез контролируется комбинированным геном Hbδ-β. Известно несколько таких генов, возникающих при кроссинговере в разных точках. Они различаются по относительной длине последовательностей δ- и β-генов, входящих в их состав. Гемоглобин Kenya возникает в результате ошибочного спаривания генов HbAγ и Hbβ и последующего кроссинговера. Его хромосома содержит только ген HbGγ и комбинированный ген HbAγ-β.

Дупликации. Дупликации могут охватывать целые гены. Именно это происходило в ходе эволюции различных цепей глобина. На более поздних этапах при внутрихромосомных дупликациях появились два гена α-глобина и два гена γ-глобина. Известны и внутригенные дупликации. Например, при мутации «гемоглобин Grady» в α-цепи глобина дуплицированы остатки 116-118.

Дупликации одного или двух нуклеотидов могут приводить к мутациям со сдвигом рамки считывания. Подобные мутации вблизи конца гена β-цепи. Возникновение гемоглобина Tak является следствием дупликации нуклеотидов АС после 146-го кодона, а гемоглобин Cranston – дупликации AG сразу после 144-го кодона β-цепи. В положениях 145 и 146 этого гемоглобина находятся аминокислоты, которые не встречаются в соответствующем участке у других вариантов β-глобина. Гемоглобин Tak имеет нормальную аминокислотную последовательность до 146-й аминокислоты включительно. Нормальная β-цепь содержит 146 аминокислот. Сдвиг рамки считывания при дупликации двух нуклеотидов в случае гемоглобинов Tak и Cranston приводит к возникновению идентичных рамок вслед за 146-м кодоном. Оба мутантных гемоглобина имеют на С-конце добавочные аминокислотные последовательности, которые кодируются нуклеотидами, расположенными непосредственно за нормальным стоп-кодоном. Терминация трансляции в этом случае происходит с участием нового нонсенс-кодона (UAA) в 158-м положении.

Если дупликации одного или двух нуклеотидов происходит внутри гена, а не у его конца, рамка считывания нарушается на большом протяжении. Маловероятно, что при этом будет синтезироваться функциональная молекула глобина. Дупликации, также как и делеции, возникают, по-видимому, вследствие ошибочного спаривания и последующего негомологичного кроссинговера.

На примере мутаций глобиновых генов можно увидеть причину разнообразия мутаций в одном генетическом локусе, понять сущность явления, которое называют генетической гетерогенностью болезни.

Глава 3. Серповидно-клеточная анемия.