Genetické studie: indikace, metody

V posledních letech byl sledován nárůst podílu dědičných onemocnění v celkové struktuře nemocí. V tomto ohledu roste úloha genetického výzkumu v praktické medicíně. Bez znalosti lékařské genetiky není možné účinně diagnostikovat, léčit a předcházet dědičným a vrozeným onemocněním.

Dědičná predispozice je pravděpodobně inherentní téměř všem onemocněním, ale její stupeň se značně liší. Pokud vezmeme v úvahu roli dědičných faktorů při výskytu různých onemocnění, můžeme je odlišit od následujících skupin.

• Nemoci, jejichž původ je zcela determinován genetickými faktory (vystavení patologickému genu); Tato skupina zahrnuje monogenní onemocnění, jejichž dědictví podléhá základním pravidlům Mendelových zákonů (nemoci mendelirovannye), a vliv vnějšího prostředí může ovlivnit pouze intenzitu určitých projevů patologického procesu (na jeho symptomy).
• Nemoci, jejichž výskyt je dán především vlivem vnějšího prostředí (infekce, poranění apod.); dědičnost může ovlivnit pouze některé kvantitativní charakteristiky reakce těla, určit zvláštnosti patologického procesu.
• Nemoci, u nichž je dědičnost příčinným faktorem, ale pro její projev jsou nezbytné určité projevy vnějšího prostředí, jejich dědictví nepodléhá zákonům Mendela (nemenizujícím onemocněním); Oni jsou voláni multi-toric.

Dědičná onemocnění

Vývoj každého jedince je výsledkem interakce genetických a environmentálních faktorů. Soubor lidských genů je vytvořen během oplodnění a pak spolu s faktory prostředí určuje vlastnosti vývoje. Tělo genů v těle se nazývá genom. Genom jako celek je velmi stabilní, ale pod vlivem měnících se podmínek prostředí mohou nastat změny v jeho mutacích.

Základní jednotky dědičnosti jsou geny (části molekuly DNA). Mechanismus přenosu dědičných informací je založen na schopnosti DNA samo-duplikace (replikace). DNA obsahuje genetický kód (systém pro zaznamenávání informací o poloze aminokyselin v proteinech pomocí sekvence uspořádání nukleotidů v DNA a messenger RNA), který určuje vývoj a metabolismus buněk. Geny se nacházejí v chromozomech, strukturních prvcích buněčného jádra, které obsahují DNA. Místo obsazené genem se nazývá lokus. Monogenní nemoci - monolocal, polygenní nemoci (multifaktoriální) - multilokus.

Chromozomy (tyčinkovité struktury viditelné ve světelném mikroskopu v buněčných jádrech) se skládají z mnoha tisíc genů. U lidí každá somatická buňka, tj. Nesexuální, obsahuje 46 chromozomů reprezentovaných 23 páry. Jeden z párů - pohlavní chromozomy (X a Y) - určuje pohlaví jedince. V jádrech somatických buněk u žen existují dva chromozomy X, u mužů - jeden chromosom X a jeden chromozóm Y. Sexuální chromosomy mužů jsou heterologní: chromozóm X je větší, obsahuje mnoho genů zodpovědných za určování jak pohlaví, tak jiných znaků těla; Y chromozóm je malý, má tvar odlišný od chromozomu X a nese hlavně geny určující mužský sex. Buňky obsahují 22 párů autosomů. Lidské autosomální chromozomy jsou rozděleny do 7 skupin: A (1, 2, 3 páry chromozomů), B (4, 5 párů), C (6, 7, 8, 9, 10,, 11-, 12. Páry, stejně jako chromozóm X, podobný velikosti chromozomů 6 a 7), D (13, 14, 15 párů), E (16, 17, 18 párů) ), F (19., 20. Pár), G (21., 22. Pár a Y chromozóm).

Geny jsou umístěny podél chromozomů lineárně a každý gen zaujímá přesně definované místo (lokus). Geny, které zabírají homologní lokusy, se nazývají alelické. Každá osoba má dvě alely stejného genu: jeden pro každý chromozom každého páru, s výjimkou většiny genů na chromozomech X a Y u mužů. V případech, kdy jsou stejné alely přítomny v homologních oblastech chromozomu, hovoří o homozygositě, a když obsahují různé alely stejného genu, je obvyklé hovořit o heterozygotnosti tohoto genu. Jestliže gen (alela) projeví jeho účinek, být přítomný jen v jednom chromozomu, to je voláno dominantní. Recesivní gen se projevuje pouze tehdy, je-li přítomen v obou členech chromozomálního páru (nebo v jediném chromozomu X u mužů nebo žen s genotypem X0). Gen (a jeho odpovídající znak) se nazývá X-spojené, pokud se nachází na chromozomu X. Všechny ostatní geny se nazývají autozomální.

Rozlišujte mezi dominantním a recesivním dědictvím. V případě dominantního dědictví se znak projevuje v homozygotních i heterozygotních stavech. V případě recesivní dědičnosti se fenotypové projevy (soubor vnějších a vnitřních znaků těla) projevují pouze v homozygotním stavu, zatímco u heterozygotnosti chybí. Možné je také dominantní nebo recesivní způsob dědictví spojený s pohlavím; tímto způsobem jsou dědičné vlastnosti spojené s geny umístěnými na pohlavních chromozomech.

Když dominantní dědičné nemoci obvykle postihují několik generací stejné rodiny. S recesivní dědičností, latentní heterozygotní nosný stav mutantního genu může existovat dlouho v rodině, a proto nemocné děti mohou být narozeny od zdravých rodičů nebo vyrovnat v rodinách, které neměly nemoc pro několik generací.

Dědičná onemocnění jsou založena na genových mutacích. Pochopení mutací je nemožné bez moderního chápání pojmu "gen". V současné době je genom považován za multigenomický symbiotický konstrukt skládající se z povinných a volitelných prvků. Základ povinných prvků tvoří strukturní lokusy (geny), jejichž počet a umístění je v genomu poměrně konstantní. Strukturální geny tvoří přibližně 10–15% genomu. Termín "gen" zahrnuje transkribovanou oblast: exony (skutečná kódující oblast) a introny (nekódující oblast, která odděluje exony); a lemující sekvence - vedoucí, předcházející začátku genu, a ocas netranslatovaná oblast. Volitelné elementy (85-90% celého genomu) jsou DNA, která nenese informaci o aminokyselinové sekvenci proteinů a není striktně vyžadována. Tato DNA se může podílet na regulaci genové exprese, provádět strukturální funkce, zvyšovat přesnost homologního párování a rekombinace a přispívat k úspěšné replikaci DNA. Nyní je prokázána účast volitelných prvků v dědičném přenosu znaků a vytváření mutační variability. Taková složitá struktura genomu určuje diverzitu genových mutací.

V nejširším smyslu je mutace stabilní, zděděná změna v DNA. Mutace mohou být doprovázeny změnami ve struktuře chromozomů, které jsou viditelné během mikroskopie: delece je ztráta části chromozomu; duplikace - zdvojení oblasti chromozomu, inzerce (inverze) - ruptura oblasti chromozomu, její rotace o 180 ° a připojení k místu ruptury; translokace - oddělení části jednoho chromozomu a jeho připojení k jinému. Tyto mutace mají největší škodlivý účinek. V jiných případech mohou mutace zahrnovat nahrazení jednoho z purinových nebo pyrimidinových nukleotidů jednoho genu (bodové mutace). Tyto mutace zahrnují: missense mutace (mutace se změnou významu) - nahrazení nukleotidů v kodonech fenotypovými projevy; nonsense mutace (bezvýznamné) - nukleotidové substituce, při kterých jsou vytvořeny terminační kodony, jako výsledek, syntéza proteinu kódovaného genem je předčasně ukončena; sestřihové mutace jsou substituce nukleotidů ve spojení exonů a intronů, což vede k syntéze rozšířených proteinových molekul.

Relativně nedávno byla identifikována nová třída mutací - dynamické mutace nebo expanzní mutace spojené s nestabilitou počtu trinukleotidových repetitů ve funkčně významných částech genů. Mnoho opakování trinukleotidů lokalizovaných v transkribovaných nebo regulačních oblastech genů je charakterizováno vysokou úrovní variability populace, v rámci které nejsou pozorovány žádné fenotypové poruchy (tj. Onemocnění se nevyvíjí). Onemocnění se vyvíjí pouze tehdy, když počet opakování v těchto lokalitách překročí určitou kritickou úroveň. Tyto mutace nejsou zděděny podle zákona Mendela.

Dědičná onemocnění jsou tedy onemocnění způsobená poškozením genomu buňky, která může ovlivnit celý genom, jednotlivé chromozomy a způsobit chromozomální onemocnění nebo ovlivnit jednotlivé geny a způsobit genová onemocnění.

Všechna dědičná onemocnění lze rozdělit do tří velkých skupin:

• monogenní;
• polygenní nebo multifaktoriální, ve kterých dochází k interakci mutací několika genů a negenetických faktorů;
• chromozomální abnormality nebo abnormality ve struktuře nebo počtu chromozomů.

Nemoci patřící do prvních dvou skupin se často nazývají genetické a třetí chromozomální onemocnění.

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

Klasifikace dědičných onemocnění

Chromozomální	Monogenní	Multifaktoriální (polygenní)
Anomálie počtu pohlavních chromozomů: - Shereshevsky-Turnerův syndrom; - Kleinfelterův syndrom; - syndrom Trisomie X; - Syndrom 47, XYY Autosome: - Downův syndrom; - Edwardsův syndrom; - syndrom Patau; - částečná trizomie 22 Strukturální anomálie chromozomů: Syndrom kočičího plaču; Syndrom delece 4p; Syndromy mikrodelece sousedních genů	Autosomno-dominantní: Marfanův syndrom; von Willebrandova choroba; Anémie Minskskogo-Shophfara a další Autosomálně recesivní: - fenylketonurii; - galaktosémie; - cystická fibróza atd. X-spojené recesivní: Hemofilie A a B; Myopatie Dushena; A další Dominantní X: - křivice rezistentní na vitamín D; - hnědá barva Zubní emaily atd.	CNS: některé formy epilepsie, schizofrenie atd. Kardiovaskulární systém: revmatismus, hypertenzní onemocnění, ateroskleróza atd. Kůže: atopická dermatitida, lupénka atd. Respirační systém: bronchiální astma, alergická alveolitida atd. Močový systém: urolitiáza, enuréza atd. Trávicí systém: peptický vřed, ulcerózní kolitida atd.

Chromozomální onemocnění mohou být způsobena kvantitativními chromozómovými abnormalitami (genomové mutace), jakož i strukturálními chromozómovými abnormalitami (chromozomální aberace). Klinicky se téměř všechna chromozomální onemocnění projevují jako zhoršený vývoj intelektu a mnohočetné vrozené vady, často neslučitelné se životem.

Monogenní onemocnění vznikají v důsledku poškození jednotlivých genů. Většina dědičných metabolických onemocnění (fenylketonurie, galaktosémie, mukopolysacharidózy, cystická fibróza, adrenogenitální syndrom, glykogenóza atd.) Patří k monogenním onemocněním. Monogenní nemoci jsou zděděny podle zákonů Mendela a mohou být rozděleny na autozomálně dominantní, autozomálně recesivní a vázané na chromozóm X typem dědičnosti.

Multifaktoriální onemocnění jsou polygenní, pro jejich vývoj vyžaduje vliv určitých faktorů prostředí. Společné příznaky multifaktoriálních onemocnění jsou následující.

• Vysoká četnost obyvatelstva.
• Výrazný klinický polymorfismus.
• Podobnost klinických projevů probandu a nejbližšího příbuzného.
• Věkové a pohlavní rozdíly.
• Dřívější nástup a určité zesílení klinických projevů v sestupných generacích.
• Variabilní terapeutická účinnost léčiv.
• Podobnost klinických a jiných projevů nemoci v bezprostřední rodině a probandu (koeficient dědičnosti pro multifaktoriální onemocnění přesahuje 50-60%).
• Nesoulad zákonů dědictví se zákony Mendela.

Pro klinickou praxi je důležité pochopit podstatu pojmu „vrozené vady“, který může být jednoduchý nebo vícečetný, dědičný nebo sporadický. Dědičné nemoci nelze přičítat těm vrozeným onemocněním, která se vyskytují v kritických obdobích embryogeneze pod vlivem nepříznivých faktorů prostředí (fyzikální, chemické, biologické atd.) A nejsou dědičné. Příkladem takové patologie mohou být vrozené srdeční vady, které jsou často způsobeny patologickými účinky během kladení srdce (I trimestr těhotenství), například virová infekce, tropická tkáň vyvíjejícího se srdce; alkoholový syndrom plodu, abnormální vývoj končetin, uší, ledvin, trávicího traktu atd. V takových případech genetické faktory tvoří pouze dědičnou predispozici nebo zvýšenou náchylnost k působení určitých faktorů prostředí. Podle WHO jsou vývojové abnormality přítomny u 2,5% všech novorozenců; 1,5% z nich je způsobeno působením nepříznivých exogenních faktorů během těhotenství, zbytek jsou převážně genetické povahy. Rozdíl mezi dědičnými a vrozenými chorobami, které nejsou zděděné, má velký praktický význam pro předvídání potomků v dané rodině.

[5]

Metody diagnostiky dědičných onemocnění

V současné době má praktická medicína celý arzenál diagnostických metod, které umožňují určit dědičná onemocnění s určitou pravděpodobností. Diagnostická senzitivita a specifičnost těchto metod jsou rozdílné - některé umožňují pouze naznačit přítomnost onemocnění, jiné s velkou přesností identifikují mutace, které jsou základem onemocnění nebo definují rysy jeho průběhu.

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

Cytogenetické metody

Metody cytogenetického výzkumu se používají k diagnostice chromozomálních onemocnění. Zahrnují:

• výzkum pohlavního chromatinu - stanovení chromatinu X a Y;
• karyotypování (karyotyp - kombinace buněčných chromozomů) - stanovení počtu a struktury chromozomů za účelem diagnostiky chromozomálních onemocnění (genomové mutace a chromozomální aberace).

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