Badania genetyczne: wskazania, metody

W ostatnich latach zaobserwowano wzrost odsetka chorób dziedzicznych w ogólnej strukturze chorób. W związku z tym wzrasta rola badań genetycznych w medycynie praktycznej. Bez znajomości genetyki medycznej niemożliwe jest skuteczne diagnozowanie, leczenie i zapobieganie chorobom dziedzicznym i wrodzonym.

Dziedziczne predyspozycje są prawdopodobnie związane z prawie wszystkimi chorobami, ale ich stopień jest bardzo zróżnicowany. Jeśli weźmiemy pod uwagę rolę czynników dziedzicznych w występowaniu różnych chorób, możemy wyróżnić następujące ich grupy.

• Choroby, których pochodzenie jest całkowicie zdeterminowane przez czynniki genetyczne (ekspozycja na gen patologiczny); Ta grupa obejmuje choroby monogeniczne, których dziedziczenie podlega podstawowym zasadom praw Mendla (choroby mendelirovannye), a wpływ środowiska zewnętrznego może wpływać tylko na intensywność pewnych przejawów procesu patologicznego (na jego objawy).
• Choroby, których występowanie zależy głównie od wpływu środowiska zewnętrznego (infekcje, urazy itp.); dziedziczność może wpływać tylko na pewne ilościowe cechy reakcji organizmu, określać specyfikę procesu patologicznego.
• Choroby, w których dziedziczność jest czynnikiem sprawczym, ale pewne manifestacje środowiska zewnętrznego są konieczne dla jego manifestacji, ich dziedziczenie nie podlega prawom Mendla (choroby nie miesiączkujące); Nazywane są multi-torycznymi.

Choroby dziedziczne

Rozwój każdej osoby jest wynikiem interakcji czynników genetycznych i środowiskowych. Zestaw ludzkich genów jest ustalany podczas zapłodnienia, a następnie, wraz z czynnikami środowiskowymi, określa cechy rozwoju. Ciało genów w organizmie nazywane jest genomem. Genom jako całość jest bardzo stabilny, ale pod wpływem zmieniających się warunków środowiskowych mogą się w nim zmieniać - mutacje.

Podstawowymi jednostkami dziedziczności są geny (części cząsteczki DNA). Mechanizm przekazywania informacji dziedzicznej opiera się na zdolności DNA do samoduplikacji (replikacji). DNA zawiera kod genetyczny (system do rejestrowania informacji o lokalizacji aminokwasów w białkach z wykorzystaniem sekwencji rozmieszczenia nukleotydów w DNA i informacyjnym RNA), która określa rozwój i metabolizm komórek. Geny znajdują się w chromosomach, elementach strukturalnych jądra komórkowego, zawierających DNA. Miejsce zajmowane przez gen nazywane jest locus. Choroby monogeniczne - jednoogniskowe, wielogenowe (wieloczynnikowe) - multilocus.

Chromosomy (struktury w kształcie pręta widoczne w mikroskopie świetlnym w jądrach komórkowych) składają się z wielu tysięcy genów. U ludzi każda komórka somatyczna, czyli nieseksualna, zawiera 46 chromosomów, reprezentowanych przez 23 pary. Jedna z par - chromosomy płci (X i Y) - określa płeć jednostki. W jądrach komórek somatycznych u kobiet występują dwa chromosomy X, u mężczyzn - jeden chromosom X i jeden chromosom Y. Chromosomy płciowe mężczyzn są heterologiczne: chromosom X jest większy, zawiera wiele genów odpowiedzialnych za określenie zarówno płci, jak i innych oznak ciała; Chromosom Y jest mały, ma kształt inny niż chromosom X i przenosi głównie geny określające płeć męską. Komórki zawierają 22 pary autosomów. Ludzkie chromosomy autosomalne są podzielone na 7 grup: A (1, 2, 3 pary chromosomów), B (4, 5 par), C (6, 7, 8, 9, 10,, 11-, 12-te pary, jak również chromosom X, podobny rozmiar do chromosomów 6 i 7), D (13, 14, 15 par), E (16, 17, 18 par) ), F (19 par, 20 par), G (21 par, 22 pary i chromosom Y).

Geny są rozmieszczone wzdłuż chromosomów liniowo, a każdy gen zajmuje ściśle określone miejsce (locus). Geny zajmujące homologiczne loci są nazywane allelicznymi. Każda osoba ma dwa allele tego samego genu: jeden dla każdego chromosomu każdej pary, z wyjątkiem większości genów na chromosomach X i Y u mężczyzn. W przypadkach, gdy te same allele występują w homologicznych regionach chromosomu, mówią o homozygotyczności, a gdy zawierają różne allele tego samego genu, zwykle mówi się o heterozygotyczności dla tego genu. Jeśli gen (allel) wywiera swój wpływ, będąc obecny tylko w jednym chromosomie, nazywa się go dominującym. Gen recesywny manifestuje się tylko wtedy, gdy występuje u obu członków pary chromosomów (lub w pojedynczym chromosomie X u mężczyzn lub kobiet o genotypie X0). Gen (i odpowiadająca mu cecha) nazywany jest wiązaniem X, jeśli znajduje się na chromosomie X. Wszystkie inne geny nazywane są autosomalnymi.

Rozróżnij dziedziczenie dominujące i recesywne. W przypadku dominującego dziedziczenia cecha ta przejawia się zarówno w stanach homozygotycznych, jak i heterozygotycznych. W przypadku dziedziczenia recesywnego przejawy fenotypowe (zestaw zewnętrznych i wewnętrznych cech ciała) są obserwowane tylko w stanie homozygotycznym, podczas gdy nie występują w heterozygotyczności. Możliwy jest również dziedziczenie dominujące lub recesywne związane z płcią; w ten sposób cechy związane z genami zlokalizowanymi na chromosomach płci są dziedziczone.

Kiedy dominują choroby dziedziczne, zazwyczaj dotykają one kilka pokoleń tej samej rodziny. Przy dziedziczeniu recesywnym utajony heterozygotyczny stan nosiciela zmutowanego genu może istnieć przez długi czas w rodzinie, a zatem chore dzieci mogą urodzić się ze zdrowych rodziców lub nawet w rodzinach, które nie chorowały od kilku pokoleń.

Choroby dziedziczne opierają się na mutacjach genowych. Zrozumienie mutacji jest niemożliwe bez nowoczesnego zrozumienia terminu „gen”. Obecnie genom jest uważany za multigenomiczny konstrukt symbiotyczny składający się z elementów obligatoryjnych i opcjonalnych. Podstawą elementów obligatoryjnych są loci strukturalne (geny), których liczba i lokalizacja w genomie są dość stałe. Geny strukturalne stanowią około 10–15% genomu. Termin „gen” obejmuje region transkrybowany: egzony (rzeczywisty region kodujący) i introny (region niekodujący, który oddziela egzony); i sekwencje flankujące - lider, poprzedzający początek genu i region nieulegający translacji ogona. Elementy opcjonalne (85-90% całego genomu) to DNA, które nie zawiera informacji o sekwencji aminokwasowej białek i nie jest ściśle wymagane. DNA może uczestniczyć w regulacji ekspresji genów, pełnić funkcje strukturalne, zwiększać dokładność homologicznego kojarzenia i rekombinacji oraz przyczyniać się do udanej replikacji DNA. Udział elementów elekcyjnych w dziedzicznym przekazie postaci i tworzeniu zmienności mutacyjnej jest obecnie udowodniony. Taka złożona struktura genomu determinuje różnorodność mutacji genowych.

W najszerszym znaczeniu mutacja jest stabilną, odziedziczoną zmianą DNA. Mutacjom mogą towarzyszyć zmiany w strukturze chromosomów, które są widoczne podczas mikroskopii: delecja jest utratą części chromosomu; duplikacja - podwojenie regionu chromosomu, insercja (inwersja) - pęknięcie regionu chromosomu, jego obrót o 180 ° i przywiązanie do miejsca pęknięcia; translokacja - oddzielenie części jednego chromosomu i jego przywiązanie do innego. Takie mutacje mają największy szkodliwy efekt. W innych przypadkach mutacje mogą obejmować zastąpienie jednego z nukleotydów purynowych lub pirymidynowych pojedynczego genu (mutacje punktowe). Mutacje te obejmują: mutacje zmiany sensu (mutacje ze zmianą znaczenia) - zastąpienie nukleotydów w kodonach objawami fenotypowymi; nonsensowne mutacje (bez znaczenia) - substytucje nukleotydowe, w których tworzą się kodony terminacyjne, w wyniku czego synteza białka kodowanego przez gen jest przedwcześnie zakończona; mutacje splicingowe są substytucjami nukleotydów na połączeniu eksonów i intronów, co prowadzi do syntezy wydłużonych cząsteczek białka.

Stosunkowo niedawno zidentyfikowano nową klasę mutacji - dynamiczne mutacje lub mutacje ekspansji związane z niestabilnością liczby powtórzeń trinukleotydów w funkcjonalnie istotnych częściach genów. Wiele powtórzeń trinukleotydowych zlokalizowanych w transkrybowanych lub regulatorowych regionach genów charakteryzuje się wysokim poziomem zmienności populacji, w obrębie której nie obserwuje się zaburzeń fenotypowych (to znaczy choroba nie rozwija się). Choroba rozwija się tylko wtedy, gdy liczba powtórzeń w tych miejscach przekracza określony poziom krytyczny. Takie mutacje nie są dziedziczone zgodnie z prawem Mendla.

Tak więc choroby dziedziczne są chorobami powodowanymi przez uszkodzenie genomu komórki, które mogą wpływać na cały genom, poszczególne chromosomy i powodować choroby chromosomalne, lub wpływać na poszczególne geny i powodować choroby genowe.

Wszystkie choroby dziedziczne można podzielić na trzy duże grupy:

• monogeniczny;
• wielogenowy lub wieloczynnikowy, w którym oddziałują mutacje kilku genów i czynników niegenetycznych;
• nieprawidłowości chromosomalne lub nieprawidłowości w strukturze lub liczbie chromosomów.

Choroby należące do dwóch pierwszych grup są często nazywane chorobami genetycznymi, a trzecie chorobami chromosomowymi.

[1], [2], [3], [4]

Klasyfikacja chorób dziedzicznych

Chromosomalny	Monogeniczny	Wieloczynnikowy (poligeniczny)
Anomalie liczby chromosomów płciowych: - zespół Shereshevsky-Turner; - zespół Kleinfeltera; - zespół Trisomii X; - Syndrome 47, XYY Autosome: - zespół Downa; - zespół Edwardsa; - zespół Patau; - częściowa trisomia 22 Anomalie strukturalne chromosomów: Zespół płaczu kotów; Zespół delecji 4p; Zespoły mikrodelecji sąsiednich genów	Dominacja autosomna: Zespół Marfana; choroba von Willebranda; Niedokrwistość Minskskogo-Shophfara i inne Autosomalny recesywny: - fenyloketonuria; - galaktozemia; - mukowiscydoza itp. Recesywny sprzężony z X: Hemofilia A i B; Miopatia Dushena; I inni Dominujący X: - krzywica oporna na witaminę D; - brązowy kolor Emalie zębowe itp.	CNS: niektóre formy padaczki, schizofrenii itp. Układ sercowo-naczyniowy: reumatyzm, choroba nadciśnieniowa, miażdżyca itp. Skóra: atopowe zapalenie skóry, łuszczyca itp. Układ oddechowy: astma oskrzelowa, alergiczne pęcherzyki płucne itp. Układ moczowy: kamica moczowa, moczenie, itp. Układ trawienny: wrzód trawienny, wrzodziejące zapalenie jelita grubego itp.

Choroby chromosomalne mogą być spowodowane ilościowymi nieprawidłowościami chromosomowymi (mutacje genomowe), jak również nieprawidłowościami strukturalnymi chromosomów (aberracje chromosomowe). Klinicznie prawie wszystkie choroby chromosomowe przejawiają się jako upośledzony rozwój intelektualny i liczne wrodzone wady rozwojowe, często niezgodne z życiem.

Choroby monogenowe rozwijają się w wyniku uszkodzenia poszczególnych genów. Większość dziedzicznych chorób metabolicznych (fenyloketonuria, galaktozemia, mukopolisacharydozy, mukowiscydoza, zespół adrenogenitalny, glikogenoza itp.) Należą do chorób monogenowych. Choroby monogeniczne dziedziczone są zgodnie z prawami Mendla i można je podzielić na autosomalne dominujące, autosomalne recesywne i związane z chromosomem X według rodzaju dziedziczenia.

Choroby wieloczynnikowe są wielogenowe, ponieważ ich rozwój wymaga wpływu pewnych czynników środowiskowych. Najczęstsze objawy chorób wieloczynnikowych są następujące.

• Wysoka częstotliwość wśród ludności.
• Wyraźny polimorfizm kliniczny.
• Podobieństwo objawów klinicznych probandu i najbliższych krewnych.
• Różnice wieku i płci.
• Wcześniejszy początek i pewne nasilenie objawów klinicznych u pokoleń w dół.
• Zmienna skuteczność terapeutyczna leków.
• Podobieństwo klinicznych i innych objawów choroby w najbliższej rodzinie i proband (współczynnik odziedziczalności w przypadku chorób wieloczynnikowych przekracza 50–60%).
• Niespójność praw dziedziczenia z prawami Mendla.

W praktyce klinicznej ważne jest zrozumienie istoty terminu „wrodzone wady rozwojowe”, które mogą być pojedyncze lub wielokrotne, dziedziczne lub sporadyczne. Chorob dziedzicznych nie można przypisać wrodzonym chorobom, które występują w krytycznych okresach embriogenezy pod wpływem niekorzystnych czynników środowiskowych (fizycznych, chemicznych, biologicznych itp.) I nie są dziedziczone. Przykładem takiej patologii mogą być wrodzone wady serca, które są często spowodowane efektami patologicznymi podczas układania serca (I trymestr ciąży), na przykład infekcją wirusową, zwrotną do tkanek rozwijającego się serca; zespół alkoholowy płodu, nieprawidłowy rozwój kończyn, uszu, nerek, przewodu pokarmowego itp. W takich przypadkach czynniki genetyczne tworzą jedynie dziedziczną predyspozycję lub zwiększoną podatność na działanie pewnych czynników środowiskowych. Według WHO zaburzenia rozwojowe występują u 2,5% wszystkich noworodków; 1,5% z nich jest spowodowanych działaniem niekorzystnych czynników egzogennych podczas ciąży, reszta ma głównie charakter genetyczny. Rozróżnienie na dziedziczne i wrodzone choroby, które nie są dziedziczone, ma duże znaczenie praktyczne dla przewidywania potomstwa w danej rodzinie.

[5]

Metody diagnozowania chorób dziedzicznych

Obecnie medycyna praktyczna ma cały arsenał metod diagnostycznych, które pozwalają z pewnym prawdopodobieństwem zidentyfikować choroby dziedziczne. Czułość diagnostyczna i specyficzność tych metod są różne - niektóre pozwalają jedynie zasugerować obecność choroby, inne z dużą dokładnością identyfikują mutacje leżące u podstaw choroby lub definiują cechy jej przebiegu.

[6], [7], [8], [9]

Metody cytogenetyczne

Cytogenetyczne metody badawcze są wykorzystywane do diagnozowania chorób chromosomalnych. Obejmują one:

• badania chromatyny płciowej - oznaczanie chromatyny X i Y;
• kariotypowanie (kariotyp - kombinacja chromosomów komórkowych) - określenie liczby i struktury chromosomów w celu zdiagnozowania chorób chromosomalnych (mutacje genomowe i aberracje chromosomowe).

[10], [11], [12], [13],