Libmonster ID: UA-2373

Share this article with friends
Заглавие статьи РОСТ ЧЕЛОВЕКА: ФАКТОРЫ ГЕНЕТИКИ
Автор(ы) Татьяна АКСЕНОВИЧ, Павел БОРОДИН
Источник Наука в России,  № 2, 2010, C. 11-15

Автор: Татьяна АКСЕНОВИЧ, Павел БОРОДИН

Доктора биологических наук Татьяна АКСЕНОВИЧ,

Павел БОРОДИН, Институт цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск)

Более века назад английский психолог и антрополог Френсис Гальтон предсказывал рост ребенка на основе усредненного роста родителей. За прошедшие десятилетия разработаны новые методы генетического анализа. Но может ли современная наука дать более точный прогноз роста, чем удавалось ранее?

Полная расшифровка генома человека стала одной из наиболее впечатляющих побед естествознания конца XX - начала XXI в. Изучая геном, мы видим следы эволюции, оцениваем степень нашего родства с иными организмами, начинаем понимать, как устроены гены, как они функционируют в сложном взаимодействии друг с другом и с факторами внешней среды. Расшифровка дала ключ к диагностике моногенных (обусловленных точковыми мутациями отдельных генов) наследственных болезней, таких как муковисцидоз*, фенилкетонурия**, некоторые формы онкологических заболеваний. Значительно продвинулось понимание детерминируемых многими генетическими и средовыми факторами патологий, к числу которых относятся гипертония, сахарный диабет, болезнь Альцгеймера и др.

Но мы, к сожалению, до сих пор поразительно мало знаем о наследовании нормальных признаков, характеризующих морфологию и конституцию человеческого тела***. Первые работы в этом направлении были посвящены анализу роста и веса, цвета кожи, волос и глаз, формы носа, уха, бровей и т.п. Именно по этим критериям потомки визуально похожи на родителей, поэтому их наследование привлекло внимание генетиков в первую очередь.

В настоящей статье мы расскажем об изучении роста взрослого человека, о достижениях и проблемах в этой области, о парадоксах, с которыми столкнулись исследователи.

ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ НОРМЫ

Как правило, количественные признаки не стабильны. В зависимости от состава и объема пищи, уровня физических нагрузок, интенсивности стрессов у каждого индивида меняются концентрация холестерина и глюкозы в крови, вес и артериальное давление. В отличие от них рост, достигнув максимума к 18 - 20 годам, не меняется в течение нескольких последующих десятилетий. Для его измерения, входящего в протоколы всех обследований, не нужны сложные приборы, до-


* Муковисцидоз - заболевание желез внутренней секреции, а также поджелудочной железы и печени, характеризующееся, в первую очередь, поражением желудочно-кишечного тракта и органов дыхания (прим. ред.).

** Фенилкетонурия - заболевание, связанное с нарушением метаболизма некоторых аминокислот, что приводит к тяжелому поражению нервной системы, проявляющемуся в виде нарушения умственного развития (прим. ред.).

*** См.: С. Савельев. Эмбриональная патология мозга. - Наука в России, 2010, N 1 (прим. ред.).

стр. 11

статочно сантиметровой ленты. Поэтому собрать данные для изучения наследования роста человека - не проблема. Сложность в другом - как их анализировать.

По замечанию польского сатирика Станислава Ежи Леца, "генетика - это наука, которая объясняет, почему ребенок похож на отца, если он действительно похож, и почему не похож, если так получилось". Но оставим иронию и задумаемся, в чем проявляется это сходство? В ребенке мы видим то, что отличает его отца и мать от остальных людей - по росту, цвету глаз, форме носа, походке, даже по отвращению к молочным пенкам или жареному луку. Сведения о том, что у мальчика или девочки столько же рук, ног, глаз, ушей, сколько и у каждого из родителей, ничего не дают для определения сходства.

Основной вопрос, на который пытаются ответить генетики: почему люди отличаются друг от друга по тому или иному признаку? Наша главная задача - поиск генов, определяющих это разнообразие, структура которых несхожа у людей с разными значениями признака. Поэтому для генетиков интересны лишь те из них, для которых известен полиморфизм.

Несмотря на то, что для каждого взрослого человека рост - стабильная характеристика, по этому показателю в целом жители Земли далеко не одинаковы. Например, согласно Книге рекордов Гиннесса рост мужчин варьирует от 48 до 272 см.

Но не будем говорить о гигантах, т.е. тех, кто выше 200 см, и карликах, недостигающих 130 см. Эти отклонения обычно вызваны нарушением секреции гормона роста. Остановимся на нормальном росте человека. Его вариабельность наблюдается как между популяциями, так и внутри них. Самыми высокими на планете считаются африканцы племени сари, у которых средний рост мужчин составляет 182 см. Наиболее низкорослая группа живет в центральном Китае: каждый из 800 ее представителей не выше 120 см.

Во всех популяциях женщины в среднем на 10 - 15 см ниже мужчин, а современные молодые люди на столько же выше своих сверстников, живших в середине XX в. За несколько минувших веков средний рост человека неоднократно уменьшался, а затем увеличивался на несколько сантиметров. Последнее снижение в России наблюдалось во второй половине XIX в., с начала же XX столетия началось его увеличение, отмеченное не только в нашей стране, но и в Европе. Южной и Северной Америке. Явление это, называемое акселерацией, связывают с улучшением условий жизни и состояния здоровья, полноценным питанием.

Пол и возраст объясняют примерно половину разнообразия роста в популяции. И чтобы уменьшить "шум" от этих факторов, прежде чем проводить анализ, интересующий нас показатель "выравнивают" (в дальнейшем говоря о росте, мы будем иметь в виду не исходные его измерения, а значения, полученные после такой поправки).

Благодаря различию условий жизни людей и полиморфизму структуры генов, влияющих на рост, выровненный признак сохраняет свое разнообразие. Обычно выделяют две компоненты его полиморфизма: средовую и генетическую. Доля последней в разнообразии признака называется наследуемостью.

В принципе о наследовании роста известно давно, поскольку у высоких родителей дети, как правило, были выше, чем у низкорослых. Однако серьезное генетическое исследование впервые провел лишь в 1886 г. упомянутый Фрэнсис Гальтон. Он показал: существует положительная корреляция между ростом потомков и средним ростом их родителей. Как оказалось, последний объясняет около 40% вариабельности потомков.

Сейчас считают: 80 - 90% варьирования признака определяется генотипом. Общепринятой считается гипотеза о полигенном контроле роста. Согласно ей признак контролируется суммарным эффектом значи-

стр. 12

Рост 3 тыс. жителей голландской изолированной популяции, измеренный в 2002 - 2005 гг. Мужчины (синие точки) в среднем на 13 см выше женщин (красные точки). Взрослые люди, рожденные в 1985 г., в среднем на 10 см выше тех, кто появился на свет в 1935 г.

тельного числа генов, более или менее равномерно распределенных по всему геному. Вклад каждого из них мал и примерно одинаков.

SNP-МАРКЕРЫ

Для поиска генов, отвечающих за сложные признаки, используют информацию о структуре отдельных участков генома, называемых генетическими маркерами. Чаше в качестве их используют точковые мутации, связанные с заменой одного нуклеотида в цепи ДН К (в английской литературе их называют SNP-маркерами - Single Nucleotide Polymorphism). Обычно ученые выбирают участки с известным полиморфизмом, ибо у разных людей в заданной позиции генома могут находиться несхожие нуклеотиды. А число маркеров достигает нескольких миллионов; они более или менее равномерно покрывают всю генетическую карту человека. Причем их полиморфизм далеко не всегда функционален, т.е. замена одного нуклеотида на другой сама по себе не влияет на рост. Но если в момент мутации, приводящей к изменению последнего, рядом с функциональным аллелем* находился тот или иной вполне определенный аллель маркера, то в течение многих поколений оба они будут передаваться вместе.

Самый простой метод картирования генов, контролирующих количественный признак, основан на одновременном анализе значений последнего и аллелей маркера у конкретных людей. Если у одних с высоким значением признака преобладает один аллель, а у других с низким - иной, то говорят об ассоциации аллелей маркера с признаком. Наличие ассоциации свидетельствует о расположении гена, контролирующего данный признак, вблизи этого маркера.

Для SNP-маркеров, имеющих лишь два аллеля, можно определить, какой из них ассоциирован с высоким значением признака (плюс-аллель), а какой - с низким (минус-аллель). Обычно считается, что вклады обоих одинаковы по абсолютному значению, но разнонаправлены: один обеспечивает некоторое увеличение признака по сравнению со средним, другой - уменьшение на ту же величину. Представим, что люди с нуклеотидной последовательностью AAGCCTA* в среднем на I см выше имеющих последовательность AAGCTTA. Тогда мы можем приписать аллелю C эффект в +0,5 см, а аллелю T -0,5 см.

Ассоциацию можно установить не с одним, а с несколькими SNP-маркерами. Если общее число плюс-аллелей больше, чем минус-аллелей, то суммарный эффект положителен и выражается в увеличении значения признака по сравнению со средним. В случае преобладания минус-аллелей мы наблюдаем обратный эффект.

Когда стали доступны многочисленные маркеры, расположенные по всему геному, многие специалисты попытались идентифицировать гены, контролирующие рост взрослого человека. Первоначально дело представлялось не очень сложным. Однако надежды не оправдались - в подавляющем большинстве работ не обнаружили достоверную связь между значением признака и генотипами маркеров. На начало 2008 г. во всемирно известной электронной базе данных, находящейся в Национальном центре биотехнологической информации (США), было зафиксировано всего 8 локусов, ассоциированных с ростом. Словом, решение задачи требовало дополнительных усилий. Сконцентрировать их можно было на двух направлениях: увеличить размер выборки или предложить новые подходы к поиску генов.

ПЕРВЫЕ 54 ГЕНА РОСТА

В 2008 г. в США и Великобритании три независимые группы ученых провели поиск генов, контролирующих рост взрослого человека. В сумме их поиск опирался на данные, полученные более чем у 60 тыс. человек, у которых были известны генотипы свыше 300000


* Аллели - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных (парных) хромосом; определяют варианты развития одною и того же признака (прим. ред.).

** Латинскими буквами обозначаются азотистые основания, входящие в состав молекул ДНК: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тнмнн (T) (прим. ред.).

стр. 13

Три достоверных (выше красной линии) сигнала на хромосомах 1,2 и 16. В районе пика на участке длиной 10 млн. пар оснований (Mb) генотипировано 11840 дополнительных SNP. 19 из них, локализованных внутри гена CDH13, показали достоверную ассоциацию с ростом.

Точность предсказания роста на основе генотипов 54 известных локусов, среднего роста родителей и по гипотетическим локусам, объясняющим 80% вариабельности. Красные линии ограничивают 5% самых высоких и самых низких людей; чем дальше они отстоят друг от друга, тем точнее можно предсказать экстремально высокий или низкий рост. Синие линии показывают зависимость между предсказанным и реальным ростом. И чем больше их наклон и меньше разброс точек вокруг, тем большую долю разнообразия объясняет предсказание. (Печатается с согласия Macmillan Publishers Ltd: Eur J Hum Genet 17:1070 - 1075, © 2009)

маркеров, расположенных вдоль генома. В итоге обнаружили 54 SNP-маркера, достоверно связанных с ростом и более или менее равномерно разбросанных по всему геному. Это подтвердило справедливость полигенной* модели наследования признака. Оценили и эффекты отдельных локусов. Оказалось: генотипами каждого из них можно объяснить изменение роста на несколько миллиметров. Но поскольку генов нашли много, то поначалу предположили, что их суммарный эффект объяснит основную часть генетического разнообразия. В прессе появились восторженные комментарии: ожидалось, что вскоре на основе генотипирования родителей мы сможем предсказывать рост их будущих детей.

В свою очередь, на независимой выборке мы проверили обоснованность этих надежд, оценив суммарный эффект всех 54 локусов. И наш результат оказался печальным: разрекламированный ключ к решению проблемы объясняет только 5% вариабельности признака.

Если вспомним, что генетическая компонента разнообразия по росту составляет 80 - 90%, то становится понятным: известные сейчас 54 локуса - малая часть генов, контролирующих интересующий нас признак. Для идентификации остальных генов потребуется выборка поистине астрономическая.

ТРИ ГЕНА С СИЛЬНЫМИ ЭФФЕКТАМИ

Мы решили пойти другим путем, нежели наши британские и американские коллеги. Они рассматривали рост как чисто полигенный признак. Это допущение удобное, хотя не вполне верное. Недавно мы и ряд других специалистов показали: в изменчивость этого признака наряду с полигенами существенный вклад вносят и майоргены**. Все работы, выполненные на разных популяциях, продемонстрировав важную роль этой составляющей в вариабельности роста. Оценка ее эффекта колебалась от 15 до 57%.


* Полигоны - набор неаллельных генов слабого действия, каждый из которых вносит небольшой вклад в проявление количественного признака (прим. ред.).

** Майоргены (олигогены) - гены сильного действия, каждый из которых вносит существенный вклад в проявление количественного признака (прим. ред.).

стр. 14

Возникает закономерный вопрос: где находятся столь значимые гены, почему ранее ученые идентифицировали полигены, влияние которых на особенности признака ничтожно мало, но никто до сих пор не обнаружил гены, эффект которых составляет 15% и более? Самое простое объяснение парадокса в том, что методы анализа ассоциаций, используемые при идентификации 54 локусов, предназначены именно для поиска генов малого эффекта. А для выявления майоргенных требуются подходы, основанные на изучении сцепления генов, - они базируются на анализе родословных и учитывают совместную передачу аллелей маркерного и функционального локусов от родителей потомкам. Предшествующий же метод рассматривал совместное нахождение, а не передачу аллелей этих локусов. Известно: при образовании половых клеток происходят рекомбинации, разрушающие связь аллелей разных локусов. Поэтому анализ совместной передачи аллелей - более точный метод, чем выявление их совместного нахождения. Увы, при изучении генетики роста данные подходы серьезно не рассматривали. Мы же решили восполнить этот пробел.

В качестве материала выбрали информацию о разнообразии роста, собранную нашими голландскими коллегами среди членов огромной родословной из изолированной популяции. Около 3000 представителей последней были генотипированы по 6000 маркеров. Предварительно мы оценили вклад трех компонент в контроль признака: майоргенная составила 19%, полигенная - 68, средовая - 13%.

Анализ сцепления выявил три значимых локуса, лежащих на хромосомах 1, 2 и 16. Район первого сигнала близок к гену COL9A2, чей эффект на рост был показан в нескольких работах (кстати, он входит в число 54 известных локусов). Сигнал на хромосоме 2 локализован в районе гена неурексин 1 (NRXN1), одного из самых протяженных в геноме человека (ранее его описали как способный влиять на рост).

Самый сильный из сигналов, лежащий на хромосоме 16, мы обнаружили первыми. Поэтому подробно изучили район значимого сцепления, насытив его дополнительными 11 840 маркерами. В их числе нам удалось выявить блок из 19 маркеров, продемонстрировавших достоверную ассоциацию с ростом человека. Сигналы "пойманы" в районе локализации гена кадхерин 13 (CDH13), кодирующего белок, обеспечивающий контакты между клетками и участвующий в их делении. Ранее было показано: семейство таких белков играет важную роль в дифференцировке костных клеток.

Мы оценили вклад генотипов одного из маркерных локусов, наиболее сильно ассоциированных с ростом, в проявление признака. Как оказалось, один этот локус объясняет 1,5% разнообразия признака. Много это или мало? Если учесть, что генетическая составляющая вариабельности роста составляет 80 - 90%, то наш локус, конечно же, объясняет лишь малую долю изменчивости. Но поскольку обнаруженные ранее 54 локуса вместе взятые объяснили 5% изменчивости, то значение обнаруженного нами с эффектом 1,5% нельзя недооценивать.

ЧТО ПРЕДСТОИТ УЗНАТЬ?

Итак, на сегодня мы знаем о генетической архитектуре роста людей следующее. 80 - 90% разнообразия признака в популяциях определяет генотип, а остальные - случайные средовые эффекты. Средний рост родителей объясняет около 40% вариабельности роста потомков. Обнаружены 54 локуса, достоверно ассоциированные с ним, но их генотипы объясняют только 5% разнообразия признака. Если бы мы идентифицировали все необходимые гены, то могли бы достаточно точно предсказать рост, зная лишь ДНК человека. Зачем это нужно?

Во-первых, такие знания необходимы в криминалистике и судебной медицине. Герой повестей знаменитого английского писателя Артура Конан Дойла (1859 - 1930) сыщик Шерлок Холмс определял рост и другие приметы преступника, пользуясь дедуктивным методом. Так, в "Тайне Боскомской долины", осмотрев лишь место события, он немедленно заключил: это "высокий человек, левша, курит индийские сигары". Следует ожидать, что в будущем анализ ДНК, выделенной из волос или следов крови потенциального обвиняемого, позволит достаточно точно определить его пол и рост, тем самым сузив круг подозреваемых.

Во-вторых, информация о том, какой рост ожидается у ребенка, когда он станет взрослым, нужна в медицинской генетике для тестирования болезней, связанных с аномалиями роста.

К сожалению, сейчас мы знаем малую часть генов, детерминирующих рост. Наиболее точное на сегодня его предсказание можно сделать по среднему показателю у родителей. То есть так, как поступали еще 120 лет назад. Увы, новые знания о генетической природе признака лишь незначительно повышают точность прогноза.

Свидетельствует ли это о том, что современный уровень генетики низок и не может принести практической пользы? Конечно, нет. Прогностическая сила соответствующих знаний определяется в основном архитектурой признака. Например, известные гены, контролирующие уровень холестерина в крови, обеспечивают 3 - 5% вариабельности признака, хотя и среднеродительские его значения объясняют примерно ту же долю разнообразия у потомков. Значит, идентифицированные гены помогают почти вдвое увеличить точность прогноза по сравнению со среднеродительским предсказанием. Ситуация объясняется тем, что генетическая компонента контроля холестерина составляет 30%, а для роста этот показатель втрое выше.

Другой пример. Уже выявлены три локуса, играющие главную роль в формировании окраски радужной оболочки глаза. И знание их генотипов позволяет точно предсказать цвет глаз у будущего ребенка.

Увы, рост относится к признакам с наиболее сложной архитектурой. Поэтому вероятно, что в числе тех из них, генетическая природа которых станет до конца понятной, этот вроде бы простой количественный признак человека будет полностью разгадан лишь в последнюю очередь.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/РОСТ-ЧЕЛОВЕКА-ФАКТОРЫ-ГЕНЕТИКИ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Валентин ПротопоповContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/CashBack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

РОСТ ЧЕЛОВЕКА: ФАКТОРЫ ГЕНЕТИКИ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 23.07.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/РОСТ-ЧЕЛОВЕКА-ФАКТОРЫ-ГЕНЕТИКИ (date of access: 28.07.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Rating
0 votes
Related Articles
Превращаясь в пыль, литий неизбежно поднимается в воздух и отравляет все живое вокруг. Самое меньшее, чем грозит литиевая пыль – это слепота. Погибает рыба, питьевая вода становится непригодной для употребления. Кроме того вода является главным ресурсом для добычи лития. Ее катастрофические сокращение отмечают местные жители всех разрабатываемых месторождений.
Catalog: Экология 
20 hours ago · From Naina Kravetz
БОЛГАРСКИЕ СЛУШАТЕЛИ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОФИЦЕРСКОГО КЛАССА (1901-1914 годы)
Catalog: История 
24 hours ago · From Україна Онлайн
ДИНАСТИЧЕСКАЯ ДИПЛОМАТИЯ В РОССИЙСКО-ФРАНЦУЗСКИХ ОТНОШЕНИЯХ 1856-1870 годов
Catalog: Право 
24 hours ago · From Україна Онлайн
ФРАНЦИЯ И РАСШИРЕНИЕ ЕВРОПЕЙСКОГО СОЮЗА НА ВОСТОК
24 hours ago · From Україна Онлайн
ЗАРУБЕЖНАЯ ИСТОРИОГРАФИЯ ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКИ ПРАВИТЕЛЬСТВ М. ТЭТЧЕР И ДЖ. МЭЙДЖОРА (1980 - 1990-Е ГОДЫ)
Catalog: История 
2 days ago · From Україна Онлайн
ЛОРД ПАЛЬМЕРСТОН В ЕВРОПЕЙСКОЙ ДИПЛОМАТИИ
Catalog: История 
2 days ago · From Україна Онлайн
ОБЩЕЕ СОБРАНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИХ НАУК РАН
Catalog: История 
2 days ago · From Україна Онлайн
ВАЖНЫЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ИСТОРИИ США XIX ВЕКА
Catalog: История 
2 days ago · From Україна Онлайн
ИМПЕРАТОР БОКАССА I И ВЛАСТЬ В ПОСТКОЛОНИАЛЬНОЙ АФРИКЕ
Catalog: История 
5 days ago · From Україна Онлайн
СРАЖЕНИЕ ЗА КРИТ В МАЕ 1941 ГОДА
Catalog: История 
5 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
РОСТ ЧЕЛОВЕКА: ФАКТОРЫ ГЕНЕТИКИ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones