Genetický screening

Genetické testování lze použít, pokud existuje riziko výskytu určité genetické poruchy v rodině. Takové testování je přijatelné pouze tehdy, je-li dobře pochopen genetický vzorec dědičnosti poruchy, je možná účinná terapie a jsou použity spolehlivé, validní, vysoce citlivé, specifické a neškodné testovací metody. Prevalence v dané generaci musí být dostatečně vysoká, aby odůvodnila úsilí vynaložené na testování.

Genetické testování může být zaměřeno na identifikaci heterozygotů, kteří nesou gen pro recesivní poruchu, ale neexprimují ho (např. Tay-Sachsova choroba u aškenázských Židů, srpkovitá anémie u černochů, talasemie u několika etnických skupin). Pokud má heterozygotní pár také heterozygota, existuje riziko, že bude mít postižené dítě.

Testování může být nutné před objevením příznaků, pokud se v rodinné anamnéze vyskytuje závažná dědičná porucha, která se projeví později v životě (např. Huntingtonova choroba, rakovina prsu). Testování určuje riziko vzniku poruchy, takže osoba může později přijmout preventivní opatření. Pokud test ukáže, že je osoba nositelem poruchy, může se také rozhodnout o tom, zda bude mít potomstvo.

Prenatální testování může zahrnovat také amniocentézu, odběr choriových klků, testování pupečníkové krve, testování krve matky, testování mateřského séra nebo inkarceraci plodu. Mezi běžné důvody pro prenatální testování patří věk matky (nad 35 let); rodinná anamnéza poruchy, kterou lze diagnostikovat prenatálním testováním; abnormální výsledky testů mateřského séra; a určité příznaky, které se vyskytují během těhotenství.

Screening novorozenců umožňuje použití profylaxe (speciální dieta nebo substituční terapie) pro fenylpyruvátovou oligofrenii, galaktózový diabetes a hypotyreózu.

Vytvoření rodinné genealogie. Genetické poradenství hojně využívá vytvoření rodinné genealogie (rodokmenu). V tomto případě se používají konvenční symboly k označení členů rodiny a poskytnutí potřebných informací o jejich zdraví. Některé rodinné poruchy se shodnými fenotypy mají několik modelů dědičnosti.

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

Abnormality mitochondriální DNA

Mitochondrie obsahuje unikátní kulatý chromozom, který nese informace o 13 proteinech, různých RNA a několika regulačních enzymech. Informace o více než 90 % mitochondriálních proteinů jsou však obsaženy v jaderných genech. Každá buňka obsahuje ve své cytoplazmě několik stovek mitochondrií.

Mitochondriální poruchy mohou být důsledkem mitochondriálních abnormalit nebo abnormalit jaderné DNA (např. narušení, duplikace, mutace). Tkáně s vysokou energií (např. svaly, srdce, mozek) jsou obzvláště ohroženy dysfunkcí v důsledku mitochondriálních abnormalit. Různé typy tkáňových dysfunkcí korelují se specifickými abnormalitami mitochondriální DNA.

Mitochondriální abnormality se vyskytují u mnoha běžných onemocnění, jako jsou některé formy Parkinsonovy choroby (která může způsobit rozsáhlé mitochondriální deleční mutace v buňkách bazálních ganglií) a mnoho dalších typů svalových poruch.

Abnormality mitochondriální DNA jsou určeny mateřskou dědičností. Celá mitochondrie se dědí z cytoplazmy vajíčka, takže všichni potomci postižené matky jsou ohroženi děděním poruchy, ale neexistuje žádné riziko dědění poruchy od postiženého otce. Rozmanitost klinických projevů je pravidlem, což lze částečně vysvětlit variabilitou kombinací zděděných mutací a normálního mitochondriálního genomu (heteroplazmy) buněk a tkání.

Mitochondriální poruchy

Porušení	Popis
Chronická progresivní externí oftalmoplegie	Progresivní paralýza extraokulárních svalů, obvykle předcházející bilaterálnímu, symetrickému, progresivnímu poklesu, začínajícímu měsíce nebo roky před paralýzou
Kearnsův-Sayreův syndrom	Multisystémová varianta chronické progresivní externí oftalmoplegie, která také způsobuje srdeční blok, degeneraci pigmentu sítnice a degeneraci CNS
Leberova hereditární optická neuropatie	Přerušovaná, ale často zničující bilaterální ztráta zraku, ke které nejčastěji dochází v dospívání v důsledku bodové mutace v mitochondriální DNA.
Murphův syndrom	Myoklonický záchvat, drsná červená vlákna, demence, ataxie a myopatie
Melasový syndrom	Mitochondriální encefalomyopatie, laktátová acidóza a ataky podobné cévní mozkové příhodě
Pearsonův syndrom	Sideroblastická anémie, pankreatická insuficience a progresivní onemocnění jater, které začíná v prvních měsících života a často končí smrtí dítěte.

Defekty jednotlivých genů

Genetické poruchy způsobené vadou pouze jednoho genu („Mendelovské poruchy“) jsou nejjednodušší na analýzu a dosud nejdůkladněji prozkoumané. Věda popsala mnoho specifických poruch tohoto druhu. Vady jednoho genu mohou být autozomálně nebo vázané na X, dominantní nebo recesivní.

[ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]

Autozomálně dominantní znak

K projevu autozomálně dominantního znaku je zapotřebí pouze jedna autozomální alela genu; to znamená, že postiženi jsou jak heterozygot, tak homozygot abnormálního genu.

Obecně zde platí následující pravidla:

• Nemocný člověk má nemocného rodiče.
• Heterozygotní postižený rodič a zdravý rodič mají v průměru stejný počet postižených a zdravých dětí, což znamená, že riziko vzniku onemocnění je u každého dítěte 50 %.
• Zdravé děti nemocného rodiče tuto vlastnost nepředávají svým potomkům.
• Muži i ženy jsou vystaveni stejnému riziku vzniku onemocnění.

[ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ]

Autozomálně recesivní znak

Autozomálně recesivní znak vyžaduje k projevu dvě kopie abnormální alely. V některých generacích je procento heterozygotů (nositelů) vysoké kvůli iniciačnímu efektu (tj. skupina byla založena několika lidmi, z nichž jeden byl nositelem) nebo proto, že nositelé mají selektivní výhodu (např. heterozygotnost pro srpkovitou anémii chrání před malárií).

Obecně platí následující pravidla dědictví:

• Pokud mají zdraví rodiče nemocné dítě, jsou oba rodiče heterozygotní a v průměru bude jedno ze čtyř jejich dětí nemocné, jedno ze dvou heterozygotní a jedno ze čtyř zdravé.
• Všechny děti postiženého rodiče a genotypově normálního jedince jsou fenotypově normální heterozygoti.
• V průměru je nakažena 1/2 dětí nemocné osoby a jednoho heterozygotního nosiče, 1/3 je heterozygotních.
• Všechny děti dvou nemocných rodičů onemocní.
• Muži i ženy jsou stejně ohroženi infekcí.
• Heterozygotní nositelé jsou fenotypově normální, ale jsou nositeli daného znaku. Pokud je znak způsoben defektem specifického proteinu (například enzymu), heterozygotní osoba má obvykle omezené množství tohoto proteinu. Pokud je porucha známa, molekulárně genetické techniky mohou identifikovat heterozygotní, fenotypově normální jedince.

Příbuzní s větší pravděpodobností zdědí stejnou mutantní alelu, a proto manželství mezi blízkými příbuznými (pokrvné sňatky) zvyšují pravděpodobnost narození nemocných dětí. V páru rodič-dítě nebo bratr-sestra se riziko narození nemocného dítěte zvyšuje kvůli přítomnosti 50 % stejných genů.

[ 13 ], [ 14 ]

X-vázaný dominantní

Dominantní znaky vázané na X se nacházejí na chromozomu X. Většina z nich je velmi vzácná. Muži jsou obvykle postiženi závažněji, ale ženy, které nesou pouze jednu abnormální alelu, jsou také postiženy, ale méně závažně.

Obecně platí následující pravidla dědictví:

• Nemocný muž předává tuto vlastnost všem svým dcerám, ale ne synům; pokud si však nemocný muž vezme nemocnou ženu, může mít nemocného syna.
• Postižené heterozygotní ženy předávají tuto vlastnost polovině svých dětí bez ohledu na pohlaví.
• Postižené homozygotní samice předávají tuto vlastnost všem svým potomkům.
• Tuto vlastnost nese dvakrát tolik nemocných žen než mužů, pokud u mužů nezpůsobila smrt.

X-vázaná dominantní dědičnost může být obtížně odlišitelná od autozomálně dominantní dědičnosti bez použití molekulárních testů. To vyžaduje rozsáhlé rodokmeny se zvláštním zřetelem na děti postižených rodičů, protože přenos znaku z muže na muže vylučuje X-vazbu (muži předávají svým synům pouze chromozomy Y). Některé X-vázané dominantní poruchy způsobují úmrtnost mužů.

X-vázaný recesivní gen

Recesivní znaky vázané na chromozom X se nacházejí na chromozomu X.

Obecně platí následující pravidla dědictví:

• Téměř všichni pacienti jsou muži.
• Heterozygotní ženy jsou obvykle fenotypově normální, ale jako nositelky mohou tuto abnormalitu předat svým dětem (znak však může představovat novou mutaci v těle muže).
• Nemocný člověk tuto vlastnost nikdy nepředá svým synům.
• Všechny dcery nemocného muže jsou nositelkami této vlastnosti.
• Nositelka předává ďábla polovině svých synů.
• Tato vlastnost se nepřenáší na dcery matky, která je nositelkou (pokud tuto vlastnost – například barvoslepost – nezdědily po svém otci), ale polovina z nich je nositelkou.

Postižená žena musí být obvykle vlastníkem abnormálního genu na obou chromozomech X (homozygotní), aby se znak projevil, tj. musí mít postiženého otce a matku s mutací buď heterozygotním, nebo homozygotním způsobem.

Občas je gen do určité míry exprimován u žen, které jsou heterozygotní pro mutace vázané na chromozom X, ale takové ženy jsou zřídka postiženy tak závažně jako muži, kteří mají pouze jeden pár genů (hemizygotní). Heterozygotní ženy mohou být postiženy, pokud dojde ke strukturální chromozomální přeskupení (např. translokace autosomu X, chybějící nebo zničený chromozom X) nebo ke zešikmené inaktivaci chromozomu X. K té dochází na začátku vývoje a obvykle zahrnuje náhodnou, ale vyváženou inaktivaci chromozomu X zděděného buď od otce, nebo od matky. Někdy se však většina inaktivace vyskytuje na chromozomu X zděděném od jednoho rodiče; tento jev se nazývá zešikmená inaktivace chromozomu X.

Kodominance

Při kodominantní dědičnosti se fenotyp heterozygotů liší od fenotypu obou homozygotů. Každá alela na genetickém lokusu má obvykle odlišný účinek. Například kodominance je rozpoznána u antigenů krevních skupin (např. AB, MN), leukocytárních antigenů (např. DR4, DR3), sérových proteinů s různou elektroforetickou mobilitou (např. albumin, taktilní globulin) a enzymatických procesů (např. paraoxonáza).

[ 15 ], [ 16 ]

Multifaktoriální dědičnost

Mnoho znaků (například výška) je rozloženo podél parabolické křivky (normální rozdělení); toto rozdělení je v souladu s polygenní definicí znaku. Každý znak se k danému znaku přidává nebo od něj odečítá nezávisle na ostatních genech. V tomto rozdělení se jen velmi málo lidí nachází na extrémech a většina se nachází uprostřed, protože lidé nedědí více faktorů, které působí stejným směrem. K normálnímu rozdělení přispívají různé faktory prostředí, které konečný výsledek urychlují nebo zpomalují.

Mnoho relativně běžných vrozených vad a familiárních onemocnění je výsledkem multifaktoriální dědičnosti. U postižené osoby je porucha souhrnem genetických a environmentálních faktorů. Riziko vzniku této vlastnosti je výrazně vyšší u příbuzných prvního stupně (kteří sdílejí 50 % genů postižené osoby) než u vzdálenějších příbuzných, kteří pravděpodobně zdědí pouze několik abnormálních genů.

Mezi běžné poruchy způsobené řadou faktorů patří hypertenze, ateroskleróza, cukrovka, rakovina, onemocnění míchy a artritida. Lze diagnostikovat mnoho specifických genů. Genetické predispoziční faktory, včetně rodinné anamnézy, biochemických a molekulárních parametrů, mohou pomoci identifikovat osoby s rizikem vzniku onemocnění, aby bylo možné přijmout preventivní opatření.

Nekonvenční dědičnost

Mozaicismus. Mozaicismus je přítomnost dvou nebo více buněčných linií, které se liší genotypem nebo fenotypem, ale pocházejí ze stejné zygoty. Pravděpodobnost mutace je vysoká během buněčného dělení u jakéhokoli velkého mnohobuněčného organismu. Pokaždé, když se buňka dělí, dojde v genomu odhadem ke čtyřem nebo pěti změnám. Jakýkoli velký mnohobuněčný organismus má tedy subklony buněk s mírně odlišným genetickým složením. Tyto somatické mutace – mutace, ke kterým dochází během mitotického buněčného dělení – nemusí vést k jasně definovanému znaku nebo onemocnění, ale lze je klasifikovat jako poruchy, které vedou k skvrnitým změnám. Například McCune-Albrightův syndrom způsobuje skvrnité dysplastické změny v kostech, abnormality endokrinních žláz, skvrnité pigmentové změny a velmi vzácně srdeční nebo jaterní abnormality. Pokud by k takové mutaci došlo ve všech buňkách, způsobila by předčasnou smrt, ale mozaiky (chiméry) přežívají, protože normální tkáně podporují abnormální tkáně. Někdy se zdá, že rodič s poruchou jediného genu má mírnou formu onemocnění, ale ve skutečnosti se jedná o mozaiku. Potomci mohou být postiženi závažněji, pokud zdědí embryonální buňku s mutací v alele, a proto mají abnormalitu v každé buňce. Chromozomální mozaika se vyskytuje u některých embryí a lze ji detekovat v placentě odběrem choriových klků. Většina embryí a plodů s chromozomálními abnormalitami se spontánně potratí. Přítomnost normálních buněk v rané fázi vývoje však může podporovat některé chromozomální abnormality, což umožňuje dítěti narodit se živé.

Genomický imprinting. Genomický imprinting je diferenciální exprese genetického materiálu v závislosti na tom, zda je zděděn po matce nebo otci. Rozdíl v expresi vyplývá z diferenciální aktivace genu. Genomický imprinting je závislý na tkáni a vývojovém stádiu. V některých tkáních se může vyskytovat bialelická neboli biparentální exprese alely, zatímco v jiných tkáních se vyskytuje exprese alely zděděné po jednom rodiči. V závislosti na tom, zda je genetická exprese zděděna po mateřské nebo otcovské straně, může v případě genu genomicky imprintovaného vzniknout nový syndrom. Zvláštní pozornost je třeba věnovat genomickému imprintingu, pokud se poruchy nebo onemocnění přenášejí napříč generacemi.

Uniparentální dizomie. Uniparentální dizomie nastává, když jsou dva chromozomy z páru zděděny pouze od jednoho rodiče. Toto je extrémně vzácné a předpokládá se, že je způsobeno trisomickým únikem. To znamená, že zygota původně měla tři chromozomy, ale jeden byl ztracen, což vedlo k dané dizomii v jedné třetině případů. K imprintingovým efektům může dojít, protože neexistují žádné informace o druhém rodiči. Také pokud existují kopie stejného chromozomu (isodizomie), které obsahují abnormální alelu pro autozomálně recesivní poruchu, postižení jedinci jsou vystaveni riziku vzniku poruchy, i když ji nese pouze jeden rodič.

Poruchy tripletových (trinukleotidových) repetic. Nukleotidový triplet se vyskytuje často a někdy má mnoho repetic. Stává se, že počet tripletů v genu se zvyšuje z generace na generaci (normální gen má relativně málo tripletových repetic). Když se gen přenáší z jedné generace na druhou, nebo někdy v důsledku buněčného dělení v těle, tripletová repetic může růst a zvětšovat se, což brání genu v normálním fungování. Toto zvýšení lze detekovat molekulárním testováním, tento typ genetické změny není běžný, ale vyskytuje se u některých poruch (např. dystrofická myotonie, mentální retardace fragilního X), zejména u těch, které postihují centrální nervový systém (např. Huntingtonova choroba).

Anticipace. Anticipace nastává, když má onemocnění časný nástup a je výraznější v každé následující generaci. Anticipace se může objevit, když je rodič mozaikový (chimérický) a dítě má kompletní mutaci ve všech buňkách. Může se také projevit tripletovou opakující se expanzí, pokud se počet opakování, a tedy závažnost poškození fenotypu, zvyšuje s každým dalším potomkem.