Genetické štúdie: indikácie, metódy

V posledných rokoch bol sledovaný nárast podielu dedičných ochorení v celkovej štruktúre chorôb. V tejto súvislosti rastie úloha genetického výskumu v praktickej medicíne. Bez znalosti lekárskej genetiky nie je možné účinne diagnostikovať, liečiť a predchádzať dedičným a vrodeným chorobám.

Dedičná predispozícia je pravdepodobne inherentná takmer vo všetkých chorobách, ale jej stupeň sa značne líši. Ak vezmeme do úvahy úlohu dedičných faktorov pri výskyte rôznych chorôb, môžeme ich odlíšiť od nasledujúcich skupín.

• Choroby, ktorých pôvod je úplne determinovaný genetickými faktormi (vystavenie patologickému génu); Táto skupina zahŕňa monogénne ochorenia, ktorých dedičstvo podlieha základným pravidlám Mendelových zákonov (choroby mendelirovannye) a vplyv vonkajšieho prostredia môže ovplyvniť len intenzitu určitých prejavov patologického procesu (na jeho symptómy).
• Choroby, ktorých výskyt je determinovaný predovšetkým vplyvom vonkajšieho prostredia (infekcie, poranenia atď.); dedičnosť môže ovplyvniť iba niektoré kvantitatívne charakteristiky reakcie tela, určiť zvláštnosti patologického procesu.
• Choroby, pri ktorých je dedičnosť kauzálnym faktorom, ale určité prejavy vonkajšieho prostredia sú pre jeho prejav nevyhnutné, ich dedičstvo nepodlieha zákonom Mendela (nemenštruujúce ochorenia); Nazývajú sa multi-toric.

Dedičné ochorenia

Vývoj každého jednotlivca je výsledkom interakcie genetických a environmentálnych faktorov. Súbor ľudských génov je vytvorený počas oplodnenia a potom spolu s environmentálnymi faktormi určuje vlastnosti vývoja. Telo génov v tele sa nazýva genóm. Genóm ako celok je veľmi stabilný, ale pod vplyvom meniacich sa podmienok prostredia sa v ňom môžu vyskytovať zmeny - mutácie.

Základné jednotky dedičnosti sú gény (časti molekuly DNA). Mechanizmus prenosu dedičných informácií je založený na schopnosti DNA samo-duplikácie (replikácie). DNA obsahuje genetický kód (systém na zaznamenávanie informácií o umiestnení aminokyselín v proteínoch s použitím sekvencie usporiadania nukleotidov v DNA a mediátorovej RNA), ktorý určuje vývoj a metabolizmus buniek. Gény sa nachádzajú v chromozómoch, štruktúrnych prvkoch bunkového jadra, obsahujúcich DNA. Miesto obsadené génom sa nazýva lokus. Monogénne ochorenia - monolokálne, polygénne ochorenia (multifaktoriálne) - multilokus.

Chromozómy (tyčinkovité štruktúry viditeľné vo svetelnom mikroskope v bunkových jadrách) pozostávajú z tisícov génov. U ľudí každá somatická bunka, tj nesexuálne, obsahuje 46 chromozómov reprezentovaných 23 pármi. Jeden z párov - pohlavné chromozómy (X a Y) - určuje pohlavie jedinca. V jadrách somatických buniek u žien existujú dva chromozómy X, u mužov jeden chromozóm X a jeden chromozóm Y. Sexuálne chromozómy mužov sú heterológne: chromozóm X je väčší, obsahuje mnoho génov zodpovedných za určenie pohlavia a iných znakov tela; Y chromozóm je malý, má tvar odlišný od chromozómu X a nesie hlavne gény určujúce mužský sex. Bunky obsahujú 22 párov autozómov. Ľudské autozomálne chromozómy sú rozdelené do 7 skupín: A (1, 2, 3 páry chromozómov), B (4, 5 párov), C (6, 7, 8, 9, 10,, 11-, 12-párové, rovnako ako chromozóm X, podobný vo veľkosti chromozómov 6 a 7), D (13, 14, 15-té páry), E (16, 17, 18-té páry) ), F (19., 20. Pár), G (21., 22. Pár a Y chromozóm).

Gény sú umiestnené pozdĺž chromozómov lineárne a každý gén zaujíma presne definované miesto (lokus). Gény, ktoré zaberajú homológne lokusy, sa nazývajú alelické. Každá osoba má dve alely rovnakého génu: jeden pre každý chromozóm každého páru, s výnimkou väčšiny génov na chromozómoch X a Y u mužov. V prípadoch, keď sú rovnaké alely prítomné v homológnych oblastiach chromozómu, hovoria o homozygotnosti a keď obsahujú rôzne alely toho istého génu, je obvyklé hovoriť o heterozygotnosti tohto génu. Ak gén (alela) prejavuje svoj účinok, je prítomný len v jednom chromozóme, nazýva sa dominantný. Recesívny gén sa prejavuje len vtedy, ak je prítomný v oboch členoch chromozomálneho páru (alebo v jednom chromozóme X u mužov alebo žien s genotypom X0). Gén (a jeho zodpovedajúci znak) sa nazýva X-viazaný, ak sa nachádza na chromozóme X. Všetky ostatné gény sa nazývajú autozomálne.

Rozlišujte medzi dominantným a recesívnym dedičstvom. V prípade dominantného dedičstva sa znak prejavuje v homozygotných aj heterozygotných stavoch. V prípade recesívnej dedičnosti sú fenotypové (súbor vonkajších a vnútorných znakov tela) prejavené iba v homozygotnom stave, zatiaľ čo chýbajú s heterozygotnosťou. Je možné aj dominantné alebo recesívne dedičstvo spojené s pohlavím; týmto spôsobom sú dedičné znaky spojené s génmi umiestnenými na pohlavných chromozómoch.

Keď dominantné dedičné ochorenia zvyčajne postihujú niekoľko generácií tej istej rodiny. S recesívnou dedičnosťou môže latentný heterozygotný nosný stav mutantného génu existovať dlhý čas v rodine, a preto sa choré deti môžu narodiť zo zdravých rodičov alebo dokonca v rodinách, ktoré túto chorobu už niekoľko generácií nemali.

Dedičné ochorenia sú založené na génových mutáciách. Pochopenie mutácií je nemožné bez moderného chápania pojmu "gén". V súčasnosti je genóm považovaný za multigenomický symbiotický konštrukt pozostávajúci z povinných a voliteľných prvkov. Základ povinných prvkov tvoria štrukturálne lokusy (gény), ktorých počet a umiestnenie je v genóme pomerne konštantné. Štrukturálne gény predstavujú približne 10 - 15% genómu. Termín „gén“ zahŕňa transkribovanú oblasť: exóny (skutočná kódujúca oblasť) a intróny (nekódujúca oblasť, ktorá oddeľuje exóny); a lemujúce sekvencie - vedúca sekvencia, ktorá predchádza začiatku génu a oblasť, ktorá nie je preložená do konca. Voliteľné elementy (85-90% celého genómu) sú DNA, ktorá nenesie informáciu o aminokyselinovej sekvencii proteínov a nie je nevyhnutne potrebná. Táto DNA sa môže podieľať na regulácii génovej expresie, vykonávať štrukturálne funkcie, zvýšiť presnosť homologického párovania a rekombinácie a prispievať k úspešnej replikácii DNA. Účasť voliteľných prvkov v dedičnom prenose postáv a tvorba mutačnej variability je teraz dokázaná. Takáto komplexná štruktúra genómu určuje diverzitu génových mutácií.

V najširšom zmysle je mutácia stabilná, dedičná zmena v DNA. Mutácie môžu byť sprevádzané zmenami v štruktúre chromozómov, ktoré sú viditeľné počas mikroskopie: delécia je strata časti chromozómu; duplikácia - zdvojenie oblasti chromozómov, inzercia (inverzia) - ruptúra oblasti chromozómov, jej rotácia o 180 ° a pripojenie k miestu roztrhnutia; translokácia - oddelenie časti jedného chromozómu a jeho pripojenie k inému. Takéto mutácie majú najväčší škodlivý účinok. V iných prípadoch môžu mutácie zahŕňať nahradenie jedného z purínových alebo pyrimidínových nukleotidov jedného génu (bodové mutácie). Tieto mutácie zahŕňajú: mutácie chýbajúce (mutácie so zmenou významu) - nahradenie nukleotidov v kodónoch fenotypovými prejavmi; nonsense mutácie (bezvýznamné) - nukleotidové substitúcie, pri ktorých sa vytvárajú terminačné kodóny, ako výsledok, syntéza proteínu kódovaného génom je predčasne ukončená; zostrihové mutácie sú substitúcie nukleotidov v spojení exónov a intrónov, čo vedie k syntéze predĺžených proteínových molekúl.

Relatívne nedávno bola identifikovaná nová trieda mutácií - dynamické mutácie alebo expanzné mutácie spojené s nestabilitou počtu trinukleotidov sa opakujú vo funkčne významných častiach génov. Mnohé trinukleotidové opakovania lokalizované v transkribovaných alebo regulačných oblastiach génov sú charakterizované vysokou úrovňou variability populácie, v rámci ktorej sa nepozorovali žiadne fenotypové poruchy (to znamená, že ochorenie sa nevyvíja). Choroba sa vyvíja len vtedy, keď počet opakovaní v týchto lokalitách presahuje určitú kritickú úroveň. Takéto mutácie nie sú zdedené podľa zákona Mendela.

Dedičné ochorenia sú teda ochorenia spôsobené poškodením genómu bunky, ktoré môžu ovplyvniť celý genóm, jednotlivé chromozómy a spôsobiť chromozómové ochorenia, alebo ovplyvniť jednotlivé gény a spôsobiť génové ochorenia.

Všetky dedičné ochorenia možno rozdeliť do troch veľkých skupín:

• monogenní;
• polygénny alebo multifaktoriálny, v ktorom dochádza k interakcii mutácií niekoľkých génov a negenetických faktorov;
• abnormality chromozómov alebo abnormality v štruktúre alebo počte chromozómov.

Choroby patriace do prvých dvoch skupín sa často nazývajú genetické a tretie chromozomálne ochorenia.

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

Klasifikácia dedičných ochorení

Chromozóm	Monogenní	Multifaktoriálna (polygénna)
Anomálie počtu pohlavných chromozómov: - Shereshevsky-Turnerov syndróm; - Kleinfelterov syndróm; - syndróm trizómie X; - Syndróm 47, XYY Autosome: - Downov syndróm; - Edwardsov syndróm; - syndróm Patau; - čiastočná trizómia 22 Štrukturálne anomálie chromozómov: Syndróm mačacieho plaču; Syndróm delécie 4p; Syndrómy mikrodelecie susedných génov	Autozomálna dominantnye: Marfanov syndróm; von Willebrandova choroba; Anémia Minskskogo-Shophfara a ďalšie Autozomálne recesívne: Fenylketonúria; - galaktozémia; - cystická fibróza atď. X-spojené recesívne: Hemofílie A a B; Myopatiu Dushena; A ďalšie Dominantné pre X: - krivica rezistentná na vitamín D; - hnedá farba Zubné skloviny atď.	CNS: niektoré formy epilepsie, schizofrénie atď. Kardiovaskulárny systém: reumatizmus, hypertenzná choroba, ateroskleróza atď. Koža: atopická dermatitída, psoriáza atď. Respiračný systém: bronchiálna astma, alergická alveolitída atď. Močový systém: urolitiáza, enuréza atď. Tráviaci systém: peptický vred, ulcerózna kolitída atď.

Chromozomálne ochorenia môžu byť spôsobené kvantitatívnymi chromozómovými abnormalitami (genómové mutácie), ako aj štrukturálnymi chromozómovými abnormalitami (chromozomálne aberácie). Klinicky sa takmer všetky chromozomálne ochorenia prejavujú ako zhoršený vývoj intelektu a mnohopočetné vrodené chyby, často nekompatibilné so životom.

Monogénne ochorenia sa vyvíjajú v dôsledku poškodenia jednotlivých génov. Väčšina dedičných metabolických ochorení (fenylketonúria, galaktozémia, mukopolysacharidózy, cystická fibróza, adrenogénny syndróm, glykogenóza atď.) Patrí k monogénnym ochoreniam. Monogénne ochorenia sú dedené podľa zákonov Mendela a môžu byť rozdelené na autozomálne dominantné, autozomálne recesívne a viazané na chromozóm X podľa typu dedičnosti.

Multifaktoriálne ochorenia sú polygénne, pre ich rozvoj vyžaduje vplyv určitých faktorov prostredia. Bežné príznaky multifaktoriálnych ochorení sú nasledovné.

• Vysoká frekvencia medzi obyvateľstvom.
• Výrazný klinický polymorfizmus.
• Podobnosť klinických prejavov probandu a najbližšieho príbuzného.
• Vekové a pohlavné rozdiely.
• Skorší nástup a určité zosilnenie klinických prejavov v zostupných generáciách.
• Variabilná terapeutická účinnosť liekov.
• Podobnosť klinických a iných prejavov ochorenia v bezprostrednej rodine a probande (koeficient dedičnosti pre multifaktoriálne ochorenia presahuje 50-60%).
• Nekonzistentnosť zákonov dedičstva so zákonmi Mendela.

Pre klinickú prax je dôležité pochopiť podstatu pojmu „vrodené malformácie“, ktoré môžu byť jednoduché alebo viacpočetné, dedičné alebo sporadické. Dedičné ochorenia nemožno pripísať tým vrodeným chorobám, ktoré sa vyskytujú počas kritických období embryogenézy pod vplyvom nepriaznivých environmentálnych faktorov (fyzikálnych, chemických, biologických, atď.) A nie sú dedičné. Príkladom takejto patológie môžu byť vrodené srdcové chyby, ktoré sú často spôsobené patologickými účinkami počas kladenia srdca (I trimester tehotenstva), napríklad vírusová infekcia, tropická tkaniva vyvíjajúceho sa srdca; alkoholový syndróm plodu, abnormálny vývoj končatín, uší, obličiek, tráviaceho traktu, atď. V takýchto prípadoch genetické faktory tvoria iba dedičné predispozície alebo zvýšenú náchylnosť k pôsobeniu určitých faktorov prostredia. Podľa WHO sú vývojové abnormality prítomné u 2,5% všetkých novorodencov; 1,5% z nich je spôsobených pôsobením nepriaznivých exogénnych faktorov počas tehotenstva, zvyšok je predovšetkým genetický. Rozdiel medzi dedičnými a vrodenými chorobami, ktoré nie sú dedičné, má veľký praktický význam pre predpovedanie potomstva v danej rodine.

[5]

Metódy diagnostiky dedičných ochorení

V súčasnosti má praktická medicína celý rad diagnostických metód, ktoré umožňujú identifikovať dedičné ochorenia s určitou pravdepodobnosťou. Diagnostická senzitivita a špecifickosť týchto metód sú odlišné - niektoré umožňujú iba naznačiť prítomnosť ochorenia, iné s veľkou presnosťou identifikujú mutácie, ktoré sú základom ochorenia alebo definujú vlastnosti jeho priebehu.

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

Cytogenetické metódy

Metódy cytogenetického výskumu sa používajú na diagnostiku chromozomálnych ochorení. Zahŕňajú:

• výskum pohlavného chromatínu - stanovenie chromatínu X a Y;
• karyotypovanie (karyotyp - kombinácia chromozómov buniek) - stanovenie počtu a štruktúry chromozómov s cieľom diagnostikovať chromozomálne ochorenia (genomické mutácie a chromozomálne aberácie).

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