Genetske študije: indikacije, metode

V zadnjih letih opažamo 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 preprečevati dedne in prirojene bolezni.

Dedna nagnjenost je verjetno lastna skoraj vsem boleznim, vendar se njena stopnja precej razlikuje. Če upoštevamo vlogo dednih dejavnikov pri nastanku različnih bolezni, lahko ločimo naslednje skupine.

• Bolezni, katerih izvor v celoti določajo genetski dejavniki (vpliv patološkega gena); v to skupino spadajo monogenske bolezni, katerih dedovanje je podvrženo osnovnim pravilom Mendelovih zakonov (Mendelove bolezni), vpliv zunanjega okolja pa lahko vpliva le na intenzivnost določenih manifestacij patološkega procesa (njegovih simptomov).
• Bolezni, katerih pojav je določen predvsem z vplivom zunanjega okolja (okužbe, poškodbe itd.); dednost lahko vpliva le na nekatere kvantitativne značilnosti telesne reakcije, določa značilnosti poteka patološkega procesa.
• Bolezni, pri katerih je dednost vzročni dejavnik, vendar so za njeno manifestacijo potrebni določeni vplivi okolja, njihovo dedovanje ne upošteva Mendelovih zakonov (ne-Mendelove bolezni); imenujemo jih multifaktorske.

Dedne bolezni

Razvoj vsakega posameznika je rezultat interakcije genetskih in okoljskih dejavnikov. Nabor človeških genov se vzpostavi med oploditvijo in nato skupaj z okoljskimi dejavniki določa značilnosti razvoja. Nabor genov organizma se imenuje genom. Genom kot celota je precej stabilen, vendar se pod vplivom spreminjajočih se okoljskih razmer v njem lahko pojavijo spremembe – mutacije.

Osnovne enote dednosti so geni (odseki molekule DNK). Mehanizem prenosa dednih informacij temelji na sposobnosti DNK, da se samopodvaja (replicira). DNK vsebuje genetsko kodo (sistem zapisovanja informacij o lokaciji aminokislin v beljakovinah z uporabo zaporedja nukleotidov v DNK in informacijski RNK), ki določa razvoj in presnovo celic. Geni se nahajajo v kromosomih, strukturnih elementih celičnega jedra, ki vsebujejo DNK. Mesto, ki ga zaseda gen, se imenuje lokus. Monogene bolezni so monolokusne, poligene bolezni (multifaktorske) pa multilokusne.

Kromosomi (paličaste strukture v jedrih celic, vidne pod svetlobnim mikroskopom) so sestavljeni iz več tisoč genov. Pri ljudeh vsaka somatska ali nespolna celica vsebuje 46 kromosomov, ki jih predstavlja 23 parov. Eden od parov, spolni kromosomi (X in Y), določa spol posameznika. V jedrih somatskih celic imajo ženske dva kromosoma X, moški pa en kromosom X in en kromosom Y. Spolni kromosomi moških so heterologni: kromosom X je večji in vsebuje veliko genov, odgovornih tako za določanje spola kot za druge značilnosti organizma; kromosom Y je majhen, ima drugačno obliko 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. par kromosomov), B (4., 5. par), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. par, pa tudi kromosom X, ki je po velikosti podoben kromosomoma 6 in 7), D (13., 14., 15. par), E (16., 17., 18. par), F (19., 20. par), G (21., 22. par in kromosom Y).

Geni so linearno razporejeni vzdolž kromosomov, pri čemer vsak gen zaseda strogo določeno mesto (lokus). Geni, ki zasedajo homologne lokuse, se imenujejo alelni. Vsaka oseba ima dva alela istega gena: enega na vsakem kromosomu vsakega para, z izjemo večine genov na kromosomih X in Y pri moških. Kadar homologne regije kromosoma vsebujejo identične alele, govorimo o homozigotnosti; kadar vsebujejo različne alele istega gena, govorimo o heterozigotnosti za dani gen. Če gen (alel) kaže svoj učinek, ko je prisoten samo na enem kromosomu, se imenuje dominanten. Recesivni gen kaže svoj učinek le, če je prisoten v obeh članih kromosomskega para (ali na enem samem kromosomu X pri moških ali pri ženskah z genotipom X0). Gen (in ustrezna lastnost) se imenuje X-vezan, če je lokaliziran na kromosomu X. Vsi drugi geni se imenujejo avtosomni.

Razlikujemo med dominantnim in recesivnim dedovanjem. Pri dominantnem dedovanju se lastnost kaže tako v homozigotnem kot heterozigotnem stanju. Pri recesivnem dedovanju se fenotipske (niz zunanjih in notranjih lastnosti organizma) manifestacije opazijo le v homozigotnem stanju, medtem ko so pri heterozigotnosti odsotne. Možno je tudi spolno vezano dominantno ali recesivno dedovanje; na ta način se dedujejo lastnosti, povezane z geni, lokaliziranimi v spolnih kromosomih.

Dominantno dedne bolezni običajno prizadenejo več generacij ene družine. Pri recesivnem dedovanju lahko v družini dolgo časa obstaja latentno heterozigotno nosilstvo mutantnega gena, zaradi česar se lahko bolni otroci rodijo zdravim staršem ali celo v družinah, v katerih bolezen ni prisotna že več generacij.

Genske mutacije so osnova dednih bolezni. Razumevanje mutacij je nemogoče brez sodobnega razumevanja izraza "genom". Trenutno se genom obravnava kot multigenomska simbiotska struktura, ki jo sestavljajo obvezni in fakultativni elementi. Osnova obveznih elementov so strukturni lokusi (geni), katerih število in lokacija v genomu sta dokaj konstantna. Strukturni geni predstavljajo približno 10–15 % genoma. Koncept "gena" vključuje prepisano regijo: eksone (dejanska kodirajoča regija) in introne (nekodirajoča regija, ki ločuje eksone); ter bočna zaporedja – vodilno, ki predhodi začetku gena, in repno neprevedeno regijo. Fakultativni elementi (85–90 % celotnega genoma) so DNK, ki ne nosi informacij o aminokislinskem zaporedju beljakovin in ni strogo obvezna. Ta DNK lahko sodeluje pri regulaciji izražanja genov, opravlja strukturne funkcije, poveča natančnost homolognega parjenja in rekombinacije ter spodbuja uspešno replikacijo DNK. Sodelovanje fakultativnih elementov pri dednem prenosu lastnosti in nastanku mutacijske variabilnosti je zdaj dokazano. Takšna kompleksna struktura genoma določa raznolikost genskih mutacij.

V najširšem smislu je mutacija stabilna, podedovana sprememba v DNK. Mutacije lahko spremljajo spremembe v strukturi kromosomov, ki so vidne pod mikroskopom: delecija - izguba dela kromosoma; podvajanje - podvojitev dela kromosoma, vstavitev (inverzija) - prelom v delu kromosoma, njegov zasuk za 180° in pritrditev na mesto preloma; translokacija - odlomitev dela enega kromosoma in pritrditev na drugega. Takšne mutacije imajo največji škodljiv učinek. V drugih primerih lahko mutacije sestojijo iz zamenjave enega od purinskih ali pirimidinskih nukleotidov enega samega gena (točkovne mutacije). Takšne mutacije vključujejo: missense mutacije (mutacije s spremembo pomena) - zamenjava nukleotidov v kodonih s fenotipskimi manifestacijami; nesmiselne mutacije (brezsmiselne) - zamenjava nukleotidov, ki tvorijo terminacijske kodone, zaradi česar se sinteza proteina, ki ga kodira gen, prezgodaj prekine; spajalne mutacije - zamenjave nukleotidov na stičišču eksonov in intronov, kar vodi do sinteze podolgovatih beljakovinskih molekul.

Relativno pred kratkim je bil identificiran nov razred mutacij - dinamične mutacije ali ekspanzijske mutacije, povezane z nestabilnostjo števila trinukleotidnih ponovitev v funkcionalno pomembnih delih genov. Za številne trinukleotidne ponovitve, lokalizirane v transkribiranih ali regulatornih regijah genov, je značilna visoka stopnja populacijske variabilnosti, znotraj katere se ne opazijo fenotipske motnje (tj. bolezen se ne razvije). Bolezen se razvije le, ko število ponovitev na teh mestih preseže določeno kritično raven. Takšne mutacije se ne dedujejo v skladu z Mendelovim zakonom.

Dedne bolezni so torej bolezni, ki jih povzroča poškodba celičnega genoma, ki lahko prizadene celoten genom, posamezne kromosome in povzroči kromosomske bolezni ali pa prizadene posamezne gene in je vzrok za genske bolezni.

Vse dedne bolezni običajno delimo v tri velike skupine:

• monogenski;
• poligenski ali multifaktorski, pri katerem medsebojno delujejo mutacije več genov in negenetski dejavniki;
• kromosomske nepravilnosti ali anomalije v strukturi ali številu kromosomov.

Bolezni, ki spadajo v prvi dve skupini, se pogosto imenujejo genetske, tiste, ki spadajo v tretjo skupino, pa kromosomske bolezni.

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

Klasifikacija dednih bolezni

Kromosomski	Monogeni	Večfaktorski (poligenski)
Anomalije v številu spolnih kromosomov: - Šereševski-Turnerjev sindrom; - Klinefelterjev sindrom; - sindrom trisomije X; - sindrom 47, avtosomi XYY: - Downov sindrom; - Edwardsov sindrom; - Patauov sindrom; - delna trisomija 22 Strukturne nepravilnosti kromosomov: Sindrom kričanja ob klepetu; Sindrom delecije 4p; Sindromi mikrodelecije sosednjih genov	Avtosomno dominantno: Marfanov sindrom; von Willebrandova bolezen; Minkowski-Shoffarjevo anemijo in druge Avtosomno recesivno: - fenilketonurija; - galaktozemija; - cistična fibroza itd. X-vezana recesivna bolezen: Hemofilija A in B; Duchennova miopatija; In drugi. X-vezan dominantni: - rahitis, odporen na vitamin D; - rjava obarvanost Zobna sklenina itd.	CNS: nekatere oblike epilepsije, shizofrenija itd. Kardiovaskularni sistem: revmatizem, hipertenzija, ateroskleroza itd. Koža: atopijski dermatitis, luskavica itd. Dihalni sistem: bronhialna astma, alergijski alveolitis itd. Sečilni sistem: urolitiaza, enureza itd. Prebavni sistem: peptični ulkus, nespecifični ulcerozni kolitis itd.

Kromosomske bolezni lahko povzročijo kvantitativne kromosomske anomalije (genomske mutacije) in strukturne kromosomske anomalije (kromosomske aberacije). Klinično se skoraj vse kromosomske bolezni kažejo kot intelektualne motnje in večkratne prirojene okvare, pogosto nezdružljive z življenjem.

Monogene bolezni se razvijejo kot posledica okvare posameznih genov. Med monogene bolezni spada večina dednih presnovnih bolezni (fenilketonurija, galaktozemija, mukopolisaharidoze, cistična fibroza, adrenogenitalni sindrom, glikogenoze itd.). Monogene bolezni se dedujejo po Mendelovih zakonih in jih glede na vrsto dedovanja lahko delimo na avtosomno dominantno, avtosomno recesivno in X-vezano.

Večfaktorske bolezni so poligenske in njihov razvoj zahteva vpliv določenih okoljskih dejavnikov. Splošni znaki večfaktorskih bolezni so naslednji.

• Visoka pogostost v populaciji.
• Izrazit klinični polimorfizem.
• Podobnost kliničnih manifestacij pri probandu in bližnjih sorodnikih.
• Starostne in spolne razlike.
• Zgodnejši začetek in nekaj povečanja kliničnih manifestacij v nižjih generacijah.
• Spremenljiva terapevtska učinkovitost zdravil.
• Podobnost kliničnih in drugih manifestacij bolezni pri bližnjih sorodnikih in probandu (koeficient heritabilnosti za večfaktorske bolezni presega 50-60%).
• Neskladje vzorcev dedovanja z Mendelovimi zakoni.

Za klinično prakso je pomembno razumeti bistvo izraza "prirojene malformacije", ki so lahko enojne ali večkratne, dedne ali sporadične. Dedne bolezni ne vključujejo tistih prirojenih bolezni, ki se pojavijo v kritičnih obdobjih embriogeneze pod vplivom neugodnih okoljskih dejavnikov (fizikalnih, kemičnih, bioloških itd.) in niso dedne. Primer takšne patologije so lahko prirojene srčne napake, ki jih pogosto povzročajo patološki učinki v obdobju nastajanja srca (prvo trimesečje nosečnosti), na primer virusna okužba, tropna za tkiva razvijajočega se srca; fetalni alkoholni sindrom, razvojne anomalije okončin, ušes, ledvic, prebavil itd. V takih primerih genetski dejavniki tvorijo le dedno predispozicijo ali povečano dovzetnost za učinke določenih okoljskih dejavnikov. Po podatkih SZO so razvojne anomalije prisotne pri 2,5 % vseh novorojenčkov; 1,5 % jih je posledica delovanja neugodnih eksogenih dejavnikov med nosečnostjo, ostale so predvsem genetske narave. Razlikovanje med dednimi in prirojenimi boleznimi, ki niso dedne, je zelo praktičnega pomena za napovedovanje potomcev v določeni družini.

[ 5 ]

Metode diagnosticiranja dednih bolezni

Trenutno ima praktična medicina na voljo cel arzenal diagnostičnih metod, ki omogočajo odkrivanje dednih bolezni z določeno verjetnostjo. Diagnostična občutljivost in specifičnost teh metod se razlikujeta - nekatere omogočajo le domnevo prisotnosti bolezni, druge pa z veliko natančnostjo odkrivajo mutacije, ki so osnova bolezni, ali določajo značilnosti njenega poteka.

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

Citogenetske metode

Citogenetske raziskovalne metode se uporabljajo za diagnosticiranje kromosomskih bolezni. Mednje spadajo:

• študije spolnega kromatina - določanje X- in Y-kromatina;
• kariotipizacija (kariotip je niz kromosomov celice) - določanje števila in strukture kromosomov za namene diagnosticiranja kromosomskih bolezni (genomskih mutacij in kromosomskih aberacij).

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