Генетичні дослідження: показання, методи

В останні роки простежується збільшення частки спадкових хвороб в загальній структурі захворювань. У зв'язку з цим зростає роль генетичних досліджень в практичній медицині. Без знання медичної генетики неможливо ефективно проводити діагностику, лікування і профілактику спадкових і вроджених захворювань.

Спадкова схильність, ймовірно, властива практично всіх захворювань, але ступінь її значно варіює. Якщо розглядати роль спадкових факторів у виникненні різних захворювань, то можна виділити наступні їх групи.

• Захворювання, походження яких повністю визначається генетичними факторами (впливом патологічного гена); до цієї групи належать моногенні хвороби, успадкування яких підпорядковується основним правилам законів Менделя (Менделюючі захворювання), а вплив зовнішнього середовища може впливати лише на інтенсивність тих чи інших проявів патологічного процесу (на його симптоматику).
• Хвороби, виникнення яких визначається в основному впливом зовнішнього середовища (інфекції, травми і т.п.); спадковість може лише впливати на деякі кількісні характеристики реакції організму, визначати особливості перебігу патологічного процесу.
• Захворювання, при яких спадковість є причинним фактором, але для його прояви необхідні певні дії зовнішнього середовища, їх успадкування не підкоряється законам Менделя (неменделірующіе захворювання); вони отримали назву мультіфак-торіальних.

Спадкові захворювання

Розвиток кожного індивіда - результат взаємодії генетичних і факторів зовнішнього середовища. Набір генів людини встановлюється при заплідненні і потім разом з факторами зовнішнього середовища визначає особливості розвитку. Сукупність генів організму отримала назву генома. Геном в цілому досить стабільний, але під впливом мінливих умов зовнішнього середовища в ньому можуть відбуватися зміни - мутації.

Основні одиниці спадковості - гени (ділянки молекули ДНК). Механізм передачі спадкової інформації заснований на здатності ДНК до Самоудвоение (реплікації). ДНК містить генетичний код (система запису інформації про розташування амінокислот в білках за допомогою послідовності розташування нуклеотидів в ДНК і інформаційної РНК), який визначає розвиток і метаболізм клітин. Гени розташовані в хромосомах, структурних елементах ядра клітини, що містять ДНК. Місце, займане геном, називається локусом. Моногенні захворювання - монолокусние, полігенні хвороби (мультифакторіальні) - мультілокусние.

Хромосоми (видимі в світловому мікроскопі паличкоподібні структури в ядрах клітин) складаються з багатьох тисяч генів. У людини кожна соматична, тобто не статева, клітина містить 46 хромосом, представлених 23 парами. Одна з пар - статеві хромосоми (Х і Y) - визначає стать індивіда. В ядрах соматичних клітин у жінок присутні дві хромосоми X, у чоловіків - одна хромосома Х і одна хромосома Y. Статеві хромосоми чоловіків гетерологічние: хромосома X більше, в ній міститься безліч генів, що відповідають як за визначення статі, так і за інші ознаки організму; хромосома Y маленька, має відмінну від хромосоми X форму і несе головним чином гени, що детермінують чоловіча стать. Клітини містять 22 пари аутосом. Аутосомні хромосоми людини поділяють на 7 груп: А (1-, 2-, 3-тя пари хромосом), В (4, 5-я пари), С (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12-я пари, а також хромосома Х, за розмірами подібна до хромосомами 6 і 7), D (13-, 14-, 15-я пари), Е (16-, 17-, 18-я пари ), F (19-, 20-я пари), G (21-, 22-я пари і хромосома Y).

Гени розташовані уздовж хромосом лінійно, причому кожен ген займає строго певне місце (локус). Гени, що займають гомологічні локуси, називаються алельних. Кожна людина має по два алелі одного і того ж гена: по одному на кожній хромосомі кожної пари, за винятком більшості генів на хромосомах X і Y у чоловіків. У тих випадках, коли в гомологічних ділянках хромосоми присутні однакові алелі, говорять про гомозиготности, коли ж в них містяться різні аллели одного і того ж гена, то прийнято говорити про гетерозиготності по даному гену. Якщо ген (алель) проявляє свій ефект, коли вони присутні тільки в одній хромосомі, він називається домінантним. Рецесивний ген проявляється лише в тому випадку, якщо він присутній в обох членів хромосомної пари (або в єдиній хромосомі X у чоловіків або у жінок з генотипом Х0). Ген (і відповідний йому ознака) називається Х-зчепленим, якщо він локалізується в хромосомі X. Всі інші гени називаються аутосомними.

Розрізняють домінант ний і рецесивний тип спадкування. При домінантному спадкуванні ознака проявляється як в гомозиготному, так і в гетерозиготному станах. При рецесивним успадкування фенотипічні (сукупність зовнішніх і внутрішніх ознак організму) прояви спостерігають тільки в гомозиготному стані, в той час як при гетерозиготності вони відсутні. Можливий також зчеплений з підлогою домінантний або рецесивний тип спадкування; таким чином успадковуються ознаки, пов'язані з генами, локалізованими в статевих хромосомах.

При домінантно-успадкованих захворюваннях зазвичай уражаються кілька поколінь однієї родини. При рецесивним успадкування в сім'ї може довго існувати приховане гетерозиготное носійство мутантного гена, в зв'язку з чим хворі діти можуть народжуватися у здорових батьків або навіть в сім'ях, в яких в декількох поколіннях дане захворювання було відсутнє.

В основі спадкових хвороб лежать мутації генів. Розуміння мутацій неможливо без сучасного розуміння терміна «геном». В даний час геном розглядається як мультігеномная симбиотическая конструкція, що складається з облігатних і факультативних елементів. Основу облігатних елементів складають структурні локуси (гени), кількість і розташування яких в геномі досить постійні. На частку структурних генів припадає приблизно 10-15% генома. Поняття «ген» включає транскрібіруемих область: Екзони (власне кодує ділянку) і інтрони (не кодують, що розділяє Екзони ділянку); і фланкирующие послідовності - лідерних, що передує початку гена, і хвостова нетрансльовані область. Факультативні елементи (85-90% від усього генома) представляють собою ДНК, яка не несе інформації про амінокислотної послідовності білків і не є строго обов'язковою. Ця ДНК може брати участь в регуляції експресії генів, виконувати структурні функції, підвищувати точність гомологичного спарювання і рекомбінації, сприяти успішній реплікації ДНК. Участь факультативних елементів в спадкової передачі ознак і формуванні мутаційної мінливості в даний час доведено. Таке складну будову геному визначає різноманітність генних мутацій.

У найширшому сенсі мутація - стійке, що передається у спадщину зміна в ДНК. Мутації можуть супроводжуватися видимими при мікроскопії змінами структури хромосом: делеция - випадання ділянки хромосоми; Дуплікація - подвоєння ділянки хромосоми, инсерция (інверсія) - розрив ділянки хромосоми, поворот його на 180 ° і прикріплення до місця розриву; транслокация - відрив ділянки однієї хромосоми і прикріплення його до іншої. Такі мутації володіють найбільшим шкідливою дією. В інших випадках мутації можуть полягати в заміні одного з пуринових або піримідинових нуклеотидів одиничного гена (точкові мутації). До таких мутацій відносяться: міссенс-мутації (мутації зі зміною сенсу) - заміна нуклеотидів в кодонах з фенотипическими проявами; нонсенс-мутації (безглузді) - заміни нуклеотидів, при яких утворюються терминирующего кодони, в результаті синтез кодується геном білка передчасно обривається; сплайсінговие мутації - заміни нуклеотидів на стику екзонів і інтронів, що призводить до синтезу подовжених молекул білка.

Відносно недавно виявлений новий клас мутацій - динамічні мутації або мутації експансії, пов'язані з нестабільністю кількості тринуклеотидних повторів у функціонально значимих частинах генів. Багато тринуклеотидних повтори, локалізовані в транскрібіруемих або регуляторних областях генів, характеризуються високим рівнем популяційної мінливості, в межах якого не спостерігається фенотипических порушень (тобто хвороба не розвивається). Хвороба розвивається лише тоді, коли кількість повторів в цих сайтах перевершує певний критичний рівень. Такі мутації не успадковуються відповідно до закону Менделя.

Таким чином, спадкові хвороби - це хвороби, обумовлені ушкодженнями геному клітини, які можуть зачіпати весь геном, окремі хромосоми і викликати хромосомні хвороби, або зачіпати окремі гени і бути причиною генних хвороб.

Всі спадкові хвороби прийнято розділяти на три великі групи:

• моногенні;
• полігенні, або мультифакторіальні, при яких мутації декількох генів і негенетичні фактори взаємодіють;
• хромосомні порушення, або аномалії в структурі або кількості хромосом.

Захворювання, що відносяться до двох першим групам, часто називають генетичними, а до третьої - хромосомними хворобами.

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

Класифікація спадкових захворювань

Хромосомні	Моногенні	Мультифакторіальні (полігенні)
Аномалії кількості статевих хромосом: - синдром Шерешевського-Тернера; - синдром Кляйнфелтера; - синдром трисомії Х; - синдром 47, ХYY аутос: - хвороба Дауна; - синдром Едвардса; - синдром Патау; - часткова трисомія 22 Структурні аномалії хромосом: Синдром «котячого крику»; Синдром 4p-делеции; Синдроми мікроделецій сусідніх генів	Автосомно-домінуюче: Синдром Марфана; хвороба фон Віллебранда; Анемія Мінського-Шоффара та ін Аутосомно-рецесивні: - фенілкетонурія; - галактоземія; - муковісцидоз та ін. Х-зчеплені рецесивні: Гемофілія А і B; Міопатія Душена; Та ін. Х-зчеплені домінантні: - вітамін D-резистентний рахіт; - коричневе забарвлення Емалі зубів і ін.	ЦНС: деякі форми епілепсії, шизофренія та ін. Серцево-судинної системи: ревматизм, гіпертонічна хвороба, атеросклероз і ін. Шкіри: атопічний дерматит, псоріаз та ін. Дихальної системи: бронхіальна астма, алергічний альвеоліт і ін. Сечової системи: сечокам'яна хвороба, енурез і ін. Травної системи: виразкова хвороба, неспецифічний виразковий коліт та ін.

Хромосомні хвороби можуть бути обумовлені кількісними аномаліями хромосом (геномні мутації), а також структурними аномаліями хромосом (хромосомні аберації). Клінічно майже всі хромосомні хвороби проявляються порушенням інтелектуального розвитку та множинними вродженими вадами, часто несумісними з життям.

Моногенні хвороби розвиваються внаслідок пошкодження окремих генів. До моногенних хвороб відносяться більшість спадкових хвороб обміну (фенілкетонурія, галактоземія, мукополісахаридози, муковісцидоз, адреногенітальний синдром, глікогенози і ін.). Моногенні хвороби успадковуються відповідно до законів Менделя і за типом успадкування можуть бути розділені на аутосомно-домінантні, аутосомно-рецесивні та зчеплені з хромосомою X.

Мультифакторіальні хвороби є полігенними, для їх розвитку необхідно вплив певних факторів зовнішнього середовища. Загальні ознаки мультифакторіальних захворювань наступні.

• Висока частота серед населення.
• Виражений клінічний поліморфізм.
• Подібність клінічних проявів у пробанда і найближчих родичів.
• Вікові і статеві відмінності.
• Більш ранній початок і деяке посилення клінічних проявів в низхідних поколіннях.
• Вариабельная терапевтична ефективність ліків.
• Подібність клінічних та інших проявів хвороби у найближчих родичів і пробанда (коефіцієнт успадкованого для мультифакторіальних захворювань перевищує 50-60%).
• Невідповідність закономірностейуспадкування законам Менделя.

Для клінічної практики важливо розуміти сутність терміна «вроджені вади розвитку», які можуть бути поодинокими або множинними, спадковими або спорадичними. До спадкових хвороб не можна відносити ті вроджені захворювання, які виникають в критичні періоди ембріогенезу під впливом несприятливих факторів зовнішнього середовища (фізичних, хімічних, біологічних та ін.) І не передаються у спадок. Прикладом такої патології можуть бути вроджені вади серця, які часто обумовлені патологічними впливами в період закладки серця (I триместр вагітності), наприклад вірусною інфекцією, тропной до тканин формується серця; алкогольний синдром плода, аномалії розвитку кінцівок, вушних раковин, нирок, шлунково-кишкового тракту та ін. В таких випадках генетичні чинники формують тільки спадкову схильність або підвищену сприйнятливість до дії певних факторів зовнішнього середовища. За даними ВООЗ аномалії розвитку присутні у 2,5% всіх новонароджених; 1,5% з них зумовлені дією несприятливих екзогенних факторів під час вагітності, інші мають переважно генетичну природу. Розмежування спадкових і вроджених захворювань, які не передаються у спадок, має дуже важливе практичне значення для прогнозування потомства в даній сім'ї.

[5]

Методи діагностики спадкових захворювань

В даний час практична медицина має цілий арсенал діагностичних методів, що дозволяють з певною ймовірністю виявляти спадкові захворювання. Діагностична чутливість та специфічність цих методів різна - одні дозволяють тільки припустити наявність захворювання, інші з великою точністю виявляють мутації, що лежать в основі хвороби або визначають особливості її перебігу.

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

Цитогенетичні методи

Цитогенетичні методи дослідження застосовують для діагностики хромосомних хвороб. Вони включають:

• дослідження статевого хроматину - визначення Х- і Y-хроматину;
• кариотипирование (каріотип - сукупність хромосом клітини) - визначення кількості і структури хромосом з метою діагностики хромосомних хвороб (геномних мутацій і хромосомних аберацій).

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