Серповидноклеточная анемия1 «молекуляр-ное» заболевание. Изучение гемоглобина че-ловека началось с открытия наследственного заболевания-серповидноклеточной анемии. В 1910 г. Херрик [1121] обнаружил у студента-негра, страдающего анемией, осо-бую аномалию эритроцитов: они были сер-повидной формы. Вскоре выяснилось, что такая патология довольно часто встречается у американских негров. Больные страдали от гемолитической анемии и частых болей в кишечнике и скелетных мышцах. Было показано, что больные серповидно-клеточной анемией гомозиготны по гену, который в гетерозиготном состоянии (примерно у 8% американских негров) вызывает гораздо менее выраженное отклонение: присутствие в крови некоторого количества серповидных эритроцитов [1226].

Решающую роль в биохимическом и генетическом анализе этой болезни сыграла работа выдающегося химика Полинга,опубликованная под программным заго-ловком «Серповидноклеточная анемия, мо-лекулярное заболевание» [1260] (Полинг узнал об этой болезни от Кастла, известного гематолога и сына одного из пионеров генетики млекопитающих, и предположил, что ее причиной может быть дефект гемо-глобина ) Он писал «Данные, имевшиеся к началу нашей работы, указывали, что процесс образования серповидных эритроцитов может быть тесно связан с состоянием и природой гемоглобина в эритроцитах»

Авторы исследовали гемоглобин людей, в крови которых обнаруживались серповидные эритроциты, гемоглобин больных серповидноклеточной анемией и гемоглобин здоровых людей В работе использовали самый совершенный в то время метод анализа белков - зональный электрофорез по Тизелиусу (рис 4 33) Пики на рисунке

соответствуют градиентам концентрации гемоглобина в определенном буфере, рас-положение этих пиков зависит от соотно-шения положительных и отрицательных за-рядов в молекуле белка «Результаты указывают на существование значительных различий в электрофоре-тической подвижности гемоглобина, выделенного из эритроцитов здоровых людей, и гемоглобина, выделенного из эритроцитов больных серповидноклеточной анемией» У людей, в крови которых наряду с нормальными имеются и серповидные эри-троциты, обнаружено 25-40% аномального гемоглобина, такого же как у больных сер-повидноклеточной анемией, остальной ге-моглобин был неотличим от гемоглобина нормальных индивидов Эти данные под-тверждали предположение о том, что больные серповидноклеточной анемией гомозиготны по гену, который находится в гетерозиготном состоянии у людей с признаком серповидноклеточности «Эта работа показала, что молекула белка меняется при аллельном изменении единственного гена, контролирующего его синтез»

Замена одной аминокислоты В 1956 г Ин-грэм работал в Кэмбридже, в той лаборатории, где до этого Перутц исследовал кристаллографию белков, Сэнгер определил аминокислотную последовательность инсулина, а Крик и Уотсон предложили свою модель структуры ДНК Ингрэму удалось точно определить, чем нормальный гемоглобин отличается от серповидно-клеточного [1138] При гидролизе молекулы глобина трипсином, расщепляющим белки, образуется около 60 пептидов, которые были разделены в двумерной системе на бумаге в одном направлении с помощью электрофореза, а в другом-с помощью хроматографии Этим методом (его называют методом «отпечатков пальцев») удалось показать, что гемоглобин серповидных эритроцитов отличается от нормального по подвижности единственного пептида При дальнейшем анализе этого пептида выяснилось, что гемоглобин серповидных эритроцитов отличается от нормального только по одной аминокислоте, глутамино-

В молекуле глутаминовой кислоты по сравнению с молекулой валина имеется до-полнительная карбоксильная группа. Эта разница в зарядах и обусловливает различия в электрофоретической подвижности нормального и серповидноклеточного ге-моглобина.

Впоследствии, по мере совершенствова-ния методов электрофореза, стали выяв-ляться все новые и новые варианты гемо-глобина. В настоящее время их известно более 400 [1194]. Следующими вехами в изучении гемоглобина следует считать уста-новление его полной аминокислотной по-следовательности (Браунитцер и др., 1961) [1016] и трехмерной структуры [1165; 1265]. Позже стали понятны структурно-функциональные взаимоотношения, были обнаружены различные типы мутаций: де-леции и сдвиг рамки считывания. Выделение мРНК гемоглобина позволило по-новому взглянуть на структуру и функциони-рование гена, открыло новые пути к пони-манию механизма его действия.

Исследования гемоглобинов на молеку-лярном уровне продвигались очень быстро. В настоящее время известны полные ну-клеотидные последовательности ряда генов гемоглобинов вместе с фланкирующими их последовательностями, мы хорошо понимаем организацию гемоглобиновых генов, изучена природа мутаций, затрагивающих гемоглобины, в особенности при талассе-миях. Следующий раздел посвящен генетике гемоглобинов.