Жалпыққан қан ауруының генетикалық берілуі және обаға қарсы тұру қабілеті
Sickle cell trait
Дүрсік пішінді қан ауруының генетикалық себептері, гетерозиготалардың артықшылықтары, және бұл аурудың малярияға қарсы қорғаныс қасиеттері туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
серпалы жасуша ауруларының генетикалық берілуі
the genetic transmission of sickle cell diseases
Серпалы жасушалық қасиет – гемоглобин бета генінің бір бұрмаланған аллелі бар (гетерозигота) жағдайды сипаттайды, бірақ екі аллелі бар (гомозигота) адамдарда кездесетін серпалы жасуша ауруының ауыр белгілерін көрсетпейді. Серпалы жасуша аллелі бойынша гетерозиготалар қалыпты және бұрмаланған гемоглобиннің екеуін де өндіреді (екі аллель қан айналымындағы гемоглобиннің нақты концентрациясына қатысты кодоминантты болып табылады). Серпалы жасуша ауруы – қан ауруы, онда қызыл қан жасушаларының гемоглобин ақуызында бір ғана аминқышқылы алмасады, бұл жасушалардың, әсіресе оттегі аз болғанда, серп тәрізді пішінге түсуіне себеп болады. Серпалы жасуша және серпалы жасуша ауруы қызыл қан жасушаларының малярия паразитіне қарсы тұру қабілетін де арттырады, сондықтан серпалы жасушалық қасиеті бар (гетерозигота) адамдар малярия кең таралған аймақтарда тірі қалуға бейімділікке ие.
Sickle cell trait describes a condition in which a person has one abnormal allele of the hemoglobin beta gene (is heterozygous), but does not display the severe symptoms of sickle cell disease that occur in a person who has two copies of that allele (is homozygous). Those who are heterozygous for the sickle cell allele produce both normal and abnormal hemoglobin (the two alleles are codominant with respect to the actual concentration of hemoglobin in the circulating cells). Sickle cell disease is a blood disorder wherein there is a single amino acid substitution in the hemoglobin protein of the red blood cells, which causes these cells to assume a sickle shape, especially when under low oxygen tension. Sickling and sickle cell disease also confer some resistance to malaria parasitization of red blood cells, so that individuals with sickle cell trait (heterozygotes) have a selective advantage in environments where malaria is present.
Симптомдар мен белгілер
Серпалы жасушалық белгі – гемоглобиннің АС генотипі және көбінесе қаусіз жағдай ретінде қарастырылады. Дегенмен, серпалы жасушалық белгісі бар адамдарда сирек асқынулар пайда болуы мүмкін. Мысалы, 2010 жылдың қараша айында Ұлттық денсаулық институтының дәрігері Джеффри К. Таубенбергер 1918 жылғы тұмау вирусын іздеу кезінде афроамерикалық әскердің мәйітін зерттеу барысында серпалы жасушалы аурудың ең ерте дәлелін тапты. Таубенбергердің зерттеу нәтижелері көрсеткендей, әскерде серпалы жасушалық дағдарыл болған, ол оның өліміне ықпал еткен, бірақ оның генотипінде тек бір геннің ғана көшірмесі болған. Клиникалық көріністерінің қатерлі болуына байланысты серпалы жасушалық белгіні ауру ретінде қайта жіктеу туралы ұсыныстар айтылуда. Бұл белгінің маңыздылығы физикалық жаттығу кезінде артуы мүмкін.
Sickle cell trait is a hemoglobin genotype AS and is generally regarded as a benign condition. However, individuals with sickle cell trait may have rare complications. For example, in November 2010, Dr. Jeffery K. Taubenberger of the National Institutes of Health discovered the earliest proof of sickle cell disease while looking for the virus of the 1918 flu during the autopsy of an African American soldier. Taubenberger's autopsy results showed that the soldier had had a sickle cell crisis that contributed to his death even though he had only one copy of the gene. There have been calls to reclassify sickle cell trait as a disease state, based on its malignant clinical presentations. Significance may be greater during exercise.
Малярия
Дәрілдемелік қан жасушаларының қасиеті, малярия кең таралған аймақтарда қалыпты гемоглобині бар адамдарға қарағанда маляриядан өлім-жітімді азайту арқылы тіршілік етуге артықшылық береді. Бұл қасиет, әсіресе Plasmodium falciparum қоздырғышы болған кезде, маляриядан болатын өлім-жітімнің айтарлықтай төмендеуіне себеп болады. Бұл табиғи іріктелудің көрнекті мысалы, себебі гемоглобин S генінің географиялық таралуы мен Африкадағы малярия таралуы дерлік толық сәйкес келеді. Осы ерекше артықшылықтың нәтижесінде, малярияға шалдыққан адамдардың саны артқан сайын, осы қасиетке ие адамдардың саны да арта түседі. Керісінше, қалыпты гемоглобині бар адамдар малярияның салдарына көбірек бейім. Дәрілдемелік қан жасушаларының маляриядан қорғау механизмі бірнеше факторға байланысты. Ең көп таралған түсіндірулердің бірі – серпілген гемоглобин плазмодий паразиттерінің қызыл қан жасушаларын жұқтыруын тежейді, бұл жұқтыратын малярия паразиттерінің санын азайтады. Тағы бір фактор – серпілген гемоглобинде жоғары концентрацияланған гемооксигеназа 1 (HO 1) ферментінің өндірілуі. Бұл фермент көміртек моноксидін шығарады, ол милық малярияға қарсы қорғанысқа ие екені дәлелденген.
The sickle cell trait provides a survival advantage against malaria fatality over people with normal hemoglobin in regions where malaria is endemic. The trait is known to cause significantly fewer deaths due to malaria, especially when Plasmodium falciparum is the causative organism. This is a prime example of natural selection, evidenced by the fact that the geographical distribution of the gene for hemoglobin S and the distribution of malaria in Africa virtually overlap. Because of the unique survival advantage, people with the trait become increasingly numerous as the number of malaria infected people increases. Conversely, people who have normal hemoglobin are more likely to succumb to the complications of malaria. The way in which sickle cell protects against malaria is attributed to several different things. One of the more common explanations is that the sickle hemoglobin inhibits the plasmodium parasite from infecting the red blood cells which reduces the number of malaria parasites to infect the host. Another factor is the production of heme oxygenase 1 (HO 1) enzyme, which is highly present in the sickle hemoglobin. This enzyme produces carbon monoxide which has been proven to protect against cerebral malaria.
Генетика
Көбінесе адам бета-глобинды (гемоглобин А, АА генотипі) өндіретін геннің екі данасын мұраға алады, бұл нормальды гемоглобин өндіруге қажетті ақуыз. Серпалы жасуша белгісі бар адам бір қалыпты аллель және гемоглобин S-ті (гемоглобин AS генотипі) кодтайтын бір бұзық аллельді мұраға алады. Серпалы жасуша белгісі кодоминанттылық және толық емес доминанттылық ұғымдарын көрсету үшін қолданылуы мүмкін. Қызыл қан жасушасының пішінін қарастырғанда, серпалы жасуша белгісі бар адам толық емес доминанттылық көрсетеді, себебі серпілу тек төмен деңгейдегі оттегі концентрациясында ғана жүреді. Айналымдағы жасушалардағы гемоглобиннің нақты концентрациясына қатысты аллельдер кодоминанттылық көрсетеді, өйткені қан ағынында «қалыпты» және мутантты формалар бірге болады. Осылайша, бұл толық емес доминанттылық пен кодоминанттылықты көрсететін күрделі жағдай. Серпалы жасуша ауруынан айырмашылығы, серпалы жасуша белгісі рецессивті түрде беріледі. АҚШ-та шамамен 72 000 адам серпалы жасуша анемиясына шалдыққан. АҚШ-та серпалы жасуша анемиясымен ауыратын американдықтардың көпшілігі африкалық текті. Бұл ауру Кариб бассейні, Орталық Америка және Оңтүстік Американың кейбір аймақтары, Түркия, Грекия, Италия, Таяу Шығыс және Шығыс Үндістаннан келген американдықтарға да әсер етеді. Серпалы жасуша ауруы және оған байланысты белгілер Африка мен Орталық Америкада ең көп кездеседі, бұл табиғи іріктеуге байланысты: серпалы жасуша белгісі безгек кең таралған аймақтарда тіршілік етуге артықшылық береді, себебі белгісі жоқ адамдар арасында өлім-жітім жоғары. Глобин гендеріндегі өзгерістерді көрсететін зерттеулер де жүргізілген. Бета-глобин тізбегіндегі өзгерістер, яғни «серпалы гемоглобин» анықталды. Серпалы жасуша белгісінің маңыздылығы – ол ешқандай симптомдарды көрсетпейді және қан жасушаларының санында елеулі өзгерістер тудырмайды. Бұл белгі безгекке қарсы шамамен 30% қорғаныш береді және Африка, Үндістан және Таяу Шығыста оның таралуы айтарлықтай артқан. Кейбір зерттеулер сондай-ақ ересек кезінде әдеттегіден гөрі көп мөлшерде ұрықтық гемоглобин сақтайтын адамдарда серпалы жасуша белгісінің азаюын көрсетеді. Ұрықтық гемоглобин серпілудің алдын алуда рөл атқарады. Жоғары деңгейдегі ұрықтық гемоглобин серпалы жасуша ауруы кең таралған популяцияларда байқалды. Бүкіл геномдық тізбектеп оқу талдауы серпалы жасушаның бір ғана бастау тегін анықтады, оның бір гаплотипі барлық серпалы жасуша варианттарының ата-бабасы болып табылады. Бұл гаплотип шамамен 7300 жыл бұрын Голоценнің ылғал кезеңінде Сахарада пайда болған деп есептеледі. Осы ата-баба гаплотипінен туындаған серпалы жасуша варианттары топонимдер немесе этнолингвистикалық топтар (Араб/Үнді, Бенин, Камерун, Орталық Африка Республикасы/Банту және Сенегал варианттары) аттарымен аталатын бес гаплотипті және атипиялық серпалы жасуша гаплотиптеріне арналған тағы бір белгіні қамтиды. Олардың клиникалық маңызы – кейбіреулері жоғары HbF деңгейімен байланысты (мысалы, Сенегал және Сауд Азиялық варианттарында аурудың ағымы жеңілдеу болады).
Normally, a person inherits two copies of the gene that produces beta globin, a protein needed to produce normal hemoglobin (hemoglobin A, genotype AA). A person with sickle cell trait inherits one normal allele and one abnormal allele encoding hemoglobin S (hemoglobin genotype AS). The sickle cell trait can be used to demonstrate the concepts of co dominance and incomplete dominance. An individual with the sickle cell trait shows incomplete dominance when the shape of the red blood cell is considered. This is because the sickling happens only at low oxygen concentrations. With regards to the actual concentration of hemoglobin in the circulating cells, the alleles demonstrate co dominance as both 'normal' and mutant forms co exist in the bloodstream. Thus it is an ambiguous condition showing both incomplete dominance and co dominance. Unlike the sickle cell trait, sickle cell disease is passed on in a recessive manner. Sickle cell anemia affects about 72,000 people in the United States. Most Americans who have sickle cell anemia are of African descent. The disease also affects Americans from the Caribbean, Central America, and parts of South America, Turkey, Greece, Italy, the Middle East and East India. Sickle cell disease and the associated trait are most prevalent in Africa and Central America, which is attributed to natural selection: the sickle cell trait confers a survival advantage in areas with a high occurrence of malaria, which has a high death rate among individuals without the trait. There also have been studies that show changes in the globin genes. There have been noted changes in the beta globin sequence, to what is known as the sickle hemoglobin. The significance of the sickle cell trait is that it does not show any symptoms, nor does it cause any major difference in blood cell count. The trait confers about 30% protection against malaria and its occurrence appears to have risen tremendously in Africa, India and the Middle East. Some findings also show the reduction of the sickle cell trait in those who retain much more fetal hemoglobin than usual in adulthood. Fetal hemoglobin likely plays a role in the prevention of sickling. Elevated fetal hemoglobin levels have been observed in populations where sickle cell disease is prevalent. Whole genome sequence analysis has identified a single origin of the sickle trait, with one haplotype ancestral to all sickle cell variants. This haplotype is thought to have originated in the Sahara during the Holocene Wet Phase around 7,300 years ago. Sickle cell variants descended from this ancestral haplotype comprise five haplotypes named after toponyms or ethnolinguistic groups (the Arabian/Indian, Benin, Cameroon, Central African Republic/Bantu, and Senegal variants), and another designation earmarked for atypical sickle cell haplotypes. Their clinical importance is because some are associated with higher HbF levels (e. g., Senegal and Saudi Asian variants tend to have milder disease).
Спортшылар
Кейбір жағдайларда, серпалы жасуша тасымалдаушылары (sickle cell trait) элиталық спортшылармен салыстырғанда, қалыпты гемоглобині (AA) бар спортшылар сияқты деңгейде нәтижелерге жете алмайды. Серпалы жасуша тасымалдаушылары және олардың жаттықтырушылары, әсіресе ыстық және дегидратацияланған жағдайларда, анаэробтық жүктеме кезінде туындайтын қауіптер туралы білуі керек. Бұл тақырып бойынша толық зерттеулер қажет болғанымен, серпалы жасуша тасымалдаушылары мен кенеттен өлімге ұшырау қаупінің артуы арасындағы байланыс, жаттығу кезінде микроциркуляциялық бұзылыстармен байланысты болып көрінеді. Соңғы жылдары NCAA ACSM-мен серіктестік құрып, серпалы жасуша тасымалдаушылығының таралуы және оның ықтимал қауіп факторлары туралы спортшыларды ескертетін бірлескен мәлімдеме жариялады. NCAA сондай-ақ спортшыларды өздерінің серпалы жасуша тасымалдаушылығының статусын білуге шақырады, себебі бұл тасымалдаушылықтың өзі әдетте қалыпты жағдайларда симптомдарға себеп болмайды, бірақ спортшылардың күнделікті жаттығуларына ұқсас, жоғары қарқынды физикалық белсенділік кезінде қауіпті болуы мүмкін. Қалыпты гемоглобин (және оттегі бар кезде гемоглобин S) эритроциттерге кішігірім қан тамырларына, соның ішінде бұлшықет тініндегі капиллярларға және мүшелер тініндегі қанмен қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін деформациялық қасиетке ие. Гемоглобин S оттегіден айырылғанда, полимерленуі мүмкін, нәтижесінде "серпалы" жасушалар пайда болады. Бұлшықет жасушаларының некрозынан туындаған жасуша ішіндегі материалдың қабынуы мен ағуы, қан ағынына миоглобин деп аталатын белгілі бір белокты шығарады. Миоглобин бұлшықет тінінде темір мен оттекті байланыстыру үшін қажет болғанымен, қан ағынымен айналып жүргенде бүйрек жасушаларына зиян келтіретін кішірек қосылыстарға ыдырайды, бұл серпалы жасуша тасымалдаушыларында жоғары физикалық жүктеме кезінде байқалатын түрлі асқынуларға әкелуі мүмкін. Деформациялық қасиет пен серпалы жасушалар арасындағы байланыстың нәтижесінде, деформациялық қасиетті қандағы серпалы жасушалардың мөлшерін бағалау үшін пайдалануға болады. Микроциркуляциялық стресті тудыратын эритроциттердің деформациялық қасиетін басқа геморреологиялық сипаттамалар арқылы да көрсетуге болады. Тәжірибелі, серпалы жасуша тасымалдаушылары бар адамдарда альфа-талассемияның болуы жаттығудан бұрын, жаттығу кезінде және жаттығудан кейін микроқан тамырларының стресіне қарсы қорғаныш әсерін көрсетеді. Тағы бір жиі кездесетін қосымша әсер немесе симптом - депрессия, әсіресе егер ауру емделмесе. Қандағы оттегі деңгейінің жеткілікті болуын қамтамасыз ету арқылы құлаудың алдын алуға болады. Бұл алдын алу шараларының бірі - дұрыс гидратация және жылу, ылғал және биіктіктен ауа қысымының төмендеуі сияқты жағдайларға біртіндеп бейімделу.
In some cases, athletes with sickle cell trait do not achieve the same level of performance as elite athletes with normal hemoglobin (AA). Athletes with sickle cell trait and their instructors must be aware of the dangers of the condition during anaerobic exertion especially in hot and dehydrated conditions. While more research is necessary on the topic, the correlation found between individuals with sickle cell trait and an increased risk of sudden death appears to be related to microcirculatory disorders, during exercise. In recent years the NCAA has partnered with the ACSM and issued a joint statement, warning athletes about both the prevalence and the potential risk factors of sickle cell trait. The NCAA has also recently encouraged athletes to become aware of their sickle cell trait status, as the trait itself does not typically result in symptoms under normal conditions but can become dangerous during extreme physical activity similar to the daily training that athletes undergo. Normal hemoglobin (and hemoglobin S in the presence of oxygen) contains a deformability characteristic that allows erythrocytes to essentially squeeze their way into smaller vessels, including those involved in microcirculation to the capillaries within muscle tissue as well as blood supply embedded within organ tissues. When hemoglobin S is deprived of oxygen, it can polymerize, which is what is proposed to cause the "sickled" cells. The inflammation and leakage of intracellular material resulting from muscle cell necrosis releases a particular protein, myoglobin, into the blood stream. While necessary in muscle tissue to bind iron and oxygen, myoglobin circulating through the bloodstream can break down into smaller compounds that damage kidney cells, leading to various complications, such as those seen in sickle cell trait athletes during high levels of physical exertion. Because of the link between deformability and sickled cells, deformability can be used to evaluate the amount of sickled cells in the blood. Deformability of the erythrocytes that cause the microcirculatory distress can be demonstrated through various other hemorheological characteristics. In endurance trained individuals with sickle cell trait the presence of alpha thalassemia has been shown to act protectively against microvasculatory distress before, during, and after exercise. Another common side effect or symptom is depression especially if the disease is left untreated. A collapse can be prevented by taking steps to ensure sufficient oxygen levels in the blood. Among these preventative measures are proper hydration and gradual acclimation to conditions such as heat, humidity, and decreased air pressure due to higher altitude.