Genetske študije: indikacije, metode

V zadnjih letih je opaziti povečanje deleža dednih bolezni v celotni strukturi bolezni. V zvezi s tem se povečuje vloga genetskih raziskav v praktični medicini. Brez znanja medicinske genetike je nemogoče učinkovito diagnosticirati, zdraviti in preprečiti dedne in prirojene bolezni.

Dedna predispozicija je verjetno neločljivo povezana z skoraj vsemi boleznimi, vendar se njegova stopnja močno razlikuje. Če upoštevamo vlogo dednih dejavnikov pri pojavljanju različnih bolezni, lahko ločimo naslednje skupine.

• Bolezni, katerih izvor je v celoti odvisen od genetskih dejavnikov (izpostavljenost patološkemu genu); Ta skupina vključuje monogene bolezni, katerih dedovanje je odvisno od osnovnih pravil Mendelovih zakonov (mendelirovannye bolezni), vpliv zunanjega okolja pa lahko vpliva samo na intenzivnost nekaterih manifestacij patološkega procesa (na njegove simptome).
• Bolezni, katerih pojav je odvisen predvsem od vpliva zunanjega okolja (okužbe, poškodbe itd.); dednost lahko vpliva le na nekatere kvantitativne značilnosti telesne reakcije, določi posebnosti patološkega procesa.
• Bolezni, pri katerih je dednost vzročni dejavnik, toda nekatere manifestacije zunanjega okolja so potrebne za njegovo manifestacijo, njihovo dedovanje ni podvrženo zakonu Mendela (ne-menstruacijske bolezni); Imenujejo se multi-torični.

Dedne bolezni

Razvoj vsakega posameznika je posledica interakcije genetskih in okoljskih dejavnikov. Skupina človeških genov se vzpostavi med oploditvijo in nato skupaj z okoljskimi dejavniki določa značilnosti razvoja. Telo genov v telesu se imenuje genom. Genom kot celota je zelo stabilen, vendar pod vplivom spreminjajočih se okoljskih razmer lahko pride do sprememb v njem - mutacij.

Osnovne enote dednosti so geni (deli molekule DNA). Mehanizem prenosa dednih informacij temelji na sposobnosti DNK za samo-podvajanje (replikacijo). DNA vsebuje genetsko kodo (sistem za beleženje informacij o lokaciji aminokislin v beljakovinah z uporabo zaporedja razporeditve nukleotidov v DNA in selitveno RNA), ki določa razvoj in presnovo celic. Geni se nahajajo v kromosomih, strukturnih elementih celičnega jedra, ki vsebujejo DNA. Mesto, ki ga zaseda gen, se imenuje lokus. Monogene bolezni - monolokalne, poligenske (multifactorial) - multilocus.

Kromosomi (paličaste strukture, vidne v svetlobnem mikroskopu v celičnih jedrih) so sestavljeni iz več tisoč genov. Pri ljudeh vsaka somatska, to je ne-spolna, celica vsebuje 46 kromosomov, ki jih predstavlja 23 parov. Eden od parov - spolni kromosomi (X in Y) - določa spol posameznika. V jedrih somatskih celic pri ženskah sta dva kromosoma X, pri moških - en kromosom X in en kromosom Y. Spolni kromosomi moških so heterologni: kromosom X je večji, vsebuje veliko genov, ki so odgovorni za določanje spolnih in drugih znakov telesa; Y kromosom je majhen, ima obliko, ki se razlikuje od kromosoma X in nosi predvsem gene, ki določajo moški spol. Celice vsebujejo 22 parov avtosomov. Človeški avtosomni kromosomi so razdeljeni v 7 skupin: A (1, 2, 3 pare kromosomov), B (4, 5 parov), C (6, 7, 8, 9, 10,, 11-, 12. Pari, kot tudi kromosom X, podobne velikosti kot kromosomi 6 in 7), D (13, 14, 15. Pari), E (16, 17, 18. Pari) ), F (19., 20. Pari), G (21., 22. Pari in Y kromosom).

Geni ležijo vzdolž kromosomov linearno in vsak gen zavzema strogo določeno mesto (lokus). Geni, ki zasedajo homologne lokuse, se imenujejo alelni. Vsaka oseba ima dva alela istega gena: enega za vsak kromosom vsakega para, z izjemo večine genov na kromosomih X in Y pri moških. V primerih, ko so v homolognih predelih kromosoma prisotni isti aleli, govorijo o homozigotnosti in kadar vsebujejo različne alele istega gena, je običajno govoriti o heterozigotnosti za ta gen. Če gen (alel) učinkuje, je prisoten samo v enem kromosomu, se imenuje dominanten. Recesivni gen se kaže samo, če je prisoten v obeh členih kromosomskega para (ali v enem samem kromosomu X pri moških ali ženskah z genotipom X0). Gen (in njegova lastnost) se imenuje X-povezan, če se nahaja na kromosomu X. Vsi drugi geni se imenujejo avtosomalni.

Razlikovati med dominantnim in recesivnim dedovanjem. V primeru prevladujočega dedovanja se lastnost manifestira tako v homozigotnih kot v heterozigotnih stanjih. V primeru recesivnega dedovanja se fenotipska (skupina zunanjih in notranjih značilnosti telesa) manifestira le v homozigotnem stanju, medtem ko pri heterozigotnosti ni. Možen je tudi prevladujoč ali recesiven način dedovanja, ki je povezan s spolom; na ta način se dedujejo dedne lastnosti, povezane z geni, ki se nahajajo na spolnih kromosomih.

Kadar prevladujoče dedne bolezni običajno prizadenejo več generacij iste družine. Z recesivnim dedovanjem lahko latentno heterozigotno nosilno stanje mutantnega gena obstaja v družini že dolgo časa, zato se lahko bolni otroci rodijo iz zdravih staršev ali celo v družinah, ki niso imele bolezni že več generacij.

Dedne bolezni temeljijo na genskih mutacijah. Razumevanje mutacij je nemogoče brez sodobnega razumevanja izraza "gen". Trenutno se genom obravnava kot multigenomski simbiotski konstrukt, ki ga sestavljajo obvezni in neobvezni elementi. Osnovo obveznih elementov sestavljajo strukturni loci (geni), katerih število in lokacija sta v genomu dokaj konstantni. Strukturni geni predstavljajo približno 10–15% genoma. Izraz "gen" vključuje transkripcijsko regijo: eksone (dejansko kodirno območje) in introne (nekodirno regijo, ki ločuje eksone); in bočne sekvence - voditelj, ki je pred začetkom gena, in rep neprevedeno regijo. Neobvezni elementi (85-90% celotnega genoma) so DNA, ki ne nosi informacij o aminokislinskem zaporedju proteinov in ni nujno potrebna. Ta DNK lahko sodeluje pri regulaciji izražanja genov, izvaja strukturne funkcije, poveča natančnost homolognega parjenja in rekombinacije ter prispeva k uspešni replikaciji DNA. Sodelovanje izbirnih elementov pri dednem prenosu znakov in nastanku mutacijske variabilnosti je dokazano. Takšna kompleksna struktura genoma določa raznolikost genskih mutacij.

V najširšem smislu je mutacija stabilna, podedovana sprememba v DNA. Mutacije lahko spremljajo spremembe v strukturi kromosomov, ki so vidne med mikroskopijo: izbris - izguba dela kromosoma; podvajanje - podvojitev kromosomske regije, vstavitev (inverzija) - ruptura kromosomske regije, njena rotacija za 180 ° in vezava na mesto pretrganja; translokacija - ločitev dela enega kromosoma in njegove vezanosti na drugo. Takšne mutacije imajo največji škodljiv učinek. V drugih primerih lahko mutacije vključujejo zamenjavo enega od purinskih ali pirimidinskih nukleotidov enega gena (točkaste mutacije). Te mutacije vključujejo: misense mutacije (mutacije s spremembo pomena) - zamenjava nukleotidov v kodonih s fenotipskimi manifestacijami; nesmiselne mutacije (nesmiselne) - nukleotidne substitucije, pri katerih se tvorijo zaključni kodoni, zato se sinteza proteina, ki ga kodira gen, predčasno prekine; Spajanje mutacije so substitucije nukleotidov na stičišču eksonov in intronov, kar vodi do sinteze razširjenih molekul proteina.

Relativno nedavno je bil ugotovljen nov razred mutacij - dinamične mutacije ali ekspanzijske mutacije, povezane z nestabilnostjo števila trinukleotidnih ponovitev v funkcionalno pomembnih delih genov. Številne trinukleotidne ponovitve, lokalizirane v prepisanih ali regulativnih regijah genov, so označene z visoko stopnjo variabilnosti populacije, v kateri niso opažene nobene fenotipske motnje (to pomeni, da se bolezen ne razvije). Bolezen se razvije le, če število ponovitev na teh mestih presega določeno kritično raven. Takšne mutacije niso podedovane po Mendlovem zakonu.

Tako so dedne bolezni bolezni, ki jih povzroča poškodba genoma celice, ki lahko prizadene celotni genom, posamezne kromosome in povzroči kromosomske bolezni ali prizadene posamezne gene in povzroči genske bolezni.

Vse dedne bolezni lahko razdelimo v tri velike skupine:

• monogenski;
• poligenske ali multifaktorske, v katerih medsebojno delujejo mutacije več genov in ne-genetskih dejavnikov;
• kromosomskih nepravilnosti ali nepravilnosti v strukturi ali številu kromosomov.

Bolezni iz prvih dveh skupin se pogosto imenujejo genetske, tretje pa kromosomske bolezni.

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

Klasifikacija dednih bolezni

Kromosomski	Monogensko	Multifaktorsko (poligensko)
Anomalije števila spolnih kromosomov: - sindrom Shereshevsky-Turner; - Kleinfelterjev sindrom; - sindrom trisomije X; - sindrom 47, avtosom XYY : - Downov sindrom; - Edwardsov sindrom; - Pataujev sindrom; - delna trisomija 22 Strukturne anomalije kromosomov: Sindrom mačjega krika; Sindrom izbrisa 4p; Sindromi mikrodelecije sosednjih genov	Samodejno-dominantno: Marfanov sindrom; von Willebrandova bolezen; Anemija Minskskogo-Shophfara in drugi Avtosomno recesivno: - fenilketonurija; - galaktozemijo; - cistična fibroza itd. X-vezana recesivna: Hemofilija A in B; Miopatija Dushena; In drugi Prevladujoča skupina, povezana z X: - rahitis, odporen na vitamin D; - rjavo barvo Zobne emajle itd.	CNS: nekatere oblike epilepsije, shizofrenije itd. Kardiovaskularni sistem: revmatizem, hipertenzivna bolezen, ateroskleroza itd. Koža: atopični dermatitis, luskavica itd. Dihalni sistem: bronhialna astma, alergijski alveolitis itd. Sečni sistem: urolitiaz, enureza itd. Prebavni sistem: peptični ulkus, ulcerozni kolitis itd.

Kromosomske bolezni lahko povzročijo kvantitativne kromosomske nepravilnosti (genomske mutacije) in strukturne kromosomske nepravilnosti (kromosomske aberacije). Klinično se skoraj vse kromosomske bolezni manifestirajo kot moten intelektualni razvoj in večkratne prirojene deformacije, pogosto nezdružljive z življenjem.

Monogene bolezni se razvijejo kot posledica poškodb posameznih genov. Večina dednih presnovnih bolezni (fenilketonurija, galaktosemija, mukopolisaharidoza, cistična fibroza, adrenogenitalni sindrom, glikogenoza itd.) Spadajo v monogene bolezni. Monogene bolezni so podedovane v skladu z zakoni Mendela in jih lahko razdelimo na avtosomno dominantno, avtosomno recesivno in povezano s kromosomom X po vrsti dedovanja.

Multifaktorske bolezni so poligenske, saj njihov razvoj zahteva vpliv določenih okoljskih dejavnikov. Pogosti simptomi večfaktornih bolezni so naslednji.

• Visoka pogostost med prebivalstvom.
• Izrazit klinični polimorfizem.
• Podobnost kliničnih manifestacij probanda in sorodnikov.
• Razlike v starosti in spolu.
• Zgodnji pojav in nekaj ojačanja kliničnih manifestacij v generacijah navzdol.
• Variabilna terapevtska učinkovitost zdravil.
• Podobnost kliničnih in drugih manifestacij bolezni v bližnji družini in probandu (koeficient heritabilnosti za multifaktorske bolezni presega 50-60%).
• Neskladnost zakonov dedovanja z zakoni Mendela.

Za klinično prakso je pomembno razumeti bistvo izraza »prirojene deformacije«, ki je lahko enojna ali večkratna, dedna ali sporadična. Dedne bolezni ni mogoče pripisati tistim prirojenim boleznim, ki se pojavijo v kritičnih obdobjih embriogeneze pod vplivom škodljivih okoljskih dejavnikov (fizikalnih, kemičnih, bioloških itd.) In niso podedovane. Primer takšne patologije so lahko prirojene okvare srca, ki jih pogosto povzročajo patološki učinki med polaganjem srca (v prvem trimesečju nosečnosti), na primer virusno okužbo, tropsko tkivo v razvoju srca; alkoholni sindrom ploda, nenormalen razvoj udov, ušes, ledvic, prebavnega trakta itd. V takih primerih so genetski dejavniki le dedna predispozicija ali povečana dovzetnost za delovanje določenih okoljskih dejavnikov. Po podatkih Svetovne zdravstvene organizacije so razvojne nepravilnosti prisotne pri 2,5% vseh novorojenčkov; 1,5% jih povzroča delovanje neželenih eksogenih dejavnikov med nosečnostjo, ostali pa so večinoma genetske narave. Razlikovanje med dednimi in prirojenimi boleznimi, ki niso podedovane, je zelo pomembno za napovedovanje potomcev v določeni družini.

[5]

Metode diagnosticiranja dednih bolezni

Trenutno ima praktična medicina celoten arzenal diagnostičnih metod, ki omogočajo določitev dednih bolezni z določeno verjetnostjo. Diagnostična občutljivost in specifičnost teh metod sta različni - nekateri dopuščajo le, da kažejo na prisotnost bolezni, drugi z veliko natančnostjo identificirajo mutacije, ki so podlaga za bolezen, ali definirajo značilnosti njenega poteka.

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

Citogenetske metode

Za diagnosticiranje kromosomskih bolezni se uporabljajo citogenetske raziskovalne metode. Vključujejo:

• raziskave spolne kromatine - določanje kromatina X in Y;
• kariotipiranje (kariotip - kombinacija celičnih kromosomov) - določanje števila in strukture kromosomov za diagnosticiranje kromosomskih bolezni (genomske mutacije in kromosomske aberacije).

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