Genetiska studier: indikationer, metoder

Under senare år har en ökning av andelen ärftliga sjukdomar i den övergripande sjukdomsstrukturen observerats. I detta avseende ökar genetisk forskningens roll i praktisk medicin. Utan kunskap om medicinsk genetik är det omöjligt att effektivt diagnostisera, behandla och förebygga ärftliga och medfödda sjukdomar.

Ärftlig predisposition är förmodligen inneboende i nästan alla sjukdomar, men graden varierar avsevärt. Om vi betraktar ärftliga faktorers roll i uppkomsten av olika sjukdomar kan vi urskilja följande grupper.

• Sjukdomar vars ursprung helt bestäms av genetiska faktorer (påverkan av en patologisk gen); denna grupp inkluderar monogena sjukdomar, vars arv är föremål för de grundläggande reglerna i Mendels lagar (Mendelska sjukdomar), och påverkan av den yttre miljön kan endast påverka intensiteten hos vissa manifestationer av den patologiska processen (dess symtom).
• Sjukdomar, vars förekomst huvudsakligen bestäms av den yttre miljöns inverkan (infektioner, skador etc.); ärftlighet kan endast påverka vissa kvantitativa egenskaper hos kroppens reaktion, bestämma egenskaperna hos den patologiska processens förlopp.
• Sjukdomar där ärftlighet är en orsaksfaktor, men för dess manifestation är vissa miljöpåverkan nödvändiga, deras nedärvning följer inte Mendels lagar (icke-Mendelska sjukdomar); de kallas multifaktoriella.

Ärftliga sjukdomar

Varje individs utveckling är resultatet av samspelet mellan genetiska och miljömässiga faktorer. Människans gener etableras under befruktningen och bestämmer sedan, tillsammans med miljöfaktorer, utvecklingens egenskaper. En organisms gener kallas genomet. Genomet som helhet är ganska stabilt, men under påverkan av förändrade miljöförhållanden kan förändringar - mutationer - ske i det.

De grundläggande enheterna för ärftlighet är gener (delar av DNA-molekylen). Mekanismen för överföring av ärftlig information baseras på DNA:ts förmåga att självduplicera (replikera). DNA innehåller en genetisk kod (ett system för att registrera information om aminosyrors placering i proteiner med hjälp av nukleotidsekvensen i DNA och budbärar-RNA), vilket bestämmer cellernas utveckling och metabolism. Gener finns i kromosomer, strukturella element i cellkärnan som innehåller DNA. Platsen som en gen upptar kallas ett lokus. Monogena sjukdomar är monolokus, polygena sjukdomar (multifaktoriella) är multilokus.

Kromosomer (de stavformade strukturerna i cellkärnan som syns under ett ljusmikroskop) består av många tusen gener. Hos människor innehåller varje somatisk, eller könslös, cell 46 kromosomer, representerade av 23 par. Ett av paren, könskromosomerna (X och Y), bestämmer individens kön. I kärnan i somatiska celler har kvinnor två X-kromosomer, medan män har en X- och en Y-kromosom. Mäns könskromosomer är heterologa: X-kromosomen är större och innehåller många gener som ansvarar för både könsbestämning och andra egenskaper hos organismen; Y-kromosomen är liten, har en annan form än X-kromosomen och bär huvudsakligen gener som bestämmer det manliga könet. Cellerna innehåller 22 par autosomer. Mänskliga autosomala kromosomer är indelade i 7 grupper: A (1:a, 2:a, 3:e kromosompar), B (4:e, 5:e par), C (6:e, 7:e, 8:e, 9:e, 10:e, 11:e, 12:e par, samt kromosom X, som är liknande i storlek som kromosomerna 6 och 7), D (13:e, 14:e, 15:e par), E (16:e, 17:e, 18:e par), F (19:e, 20:e par), G (21:a, 22:a par och kromosom Y).

Gener är linjärt arrangerade längs kromosomer, där varje gen upptar en strikt definierad plats (locus). Gener som upptar homologa loci kallas alleliska. Varje person har två alleler av samma gen: en på varje kromosom i varje par, med undantag för de flesta gener på kromosomerna X och Y hos män. När homologa regioner av en kromosom innehåller identiska alleler talar vi om homozygositet; när de innehåller olika alleler av samma gen talar vi om heterozygositet för en given gen. Om en gen (allel) uppvisar sin effekt när den endast finns på en kromosom kallas den dominant. En recessiv gen uppvisar sin effekt endast om den finns i båda medlemmarna av ett kromosompar (eller på den enda X-kromosomen hos män eller hos kvinnor med genotypen X0). En gen (och motsvarande egenskap) kallas X-länkad om den är lokaliserad på kromosom X. Alla andra gener kallas autosomala.

Man skiljer mellan dominant och recessiv nedärvning. Vid dominant nedärvning manifesteras ett drag både i homozygot och heterozygot tillstånd. Vid recessiv nedärvning observeras fenotypiska (en uppsättning externa och interna egenskaper hos en organism) manifestationer endast i homozygot tillstånd, medan de saknas vid heterozygositet. En könsbunden dominant eller recessiv nedärvning är också möjlig; på detta sätt ärvs egenskaper associerade med gener lokaliserade i könskromosomer.

Dominant ärftliga sjukdomar drabbar vanligtvis flera generationer i en och samma familj. Vid recessiv nedärvning kan latent heterozygot bärare av en mutant gen existera i en familj under lång tid, vilket kan leda till att sjuka barn föds av friska föräldrar eller till och med i familjer där sjukdomen har funnits i flera generationer.

Genmutationer ligger till grund för ärftliga sjukdomar. Att förstå mutationer är omöjligt utan en modern förståelse av termen "genom". För närvarande betraktas genomet som en multigenom symbiotisk struktur bestående av obligatoriska och fakultativa element. Grunden för obligatoriska element är strukturella loci (gener), vars antal och placering i genomet är ganska konstant. Strukturella gener står för cirka 10-15% av genomet. Begreppet "gen" inkluderar den transkriberade regionen: exoner (den faktiska kodande regionen) och introner (en icke-kodande region som separerar exoner); och flankerande sekvenser - ledaren, som föregår genens början, och den otranslaterade svansregionen. Fakultativa element (85-90% av hela genomet) är DNA som inte bär information om proteinernas aminosyrasekvens och inte är strikt obligatoriskt. Detta DNA kan delta i regleringen av genuttryck, utföra strukturella funktioner, öka noggrannheten i homolog parning och rekombination, och främja framgångsrik DNA-replikation. Deltagandet av fakultativa element i den ärftliga överföringen av egenskaper och bildandet av mutationsvariabilitet har nu bevisats. En sådan komplex genomstruktur avgör mångfalden av genmutationer.

I vidaste bemärkelse är en mutation en stabil, ärftlig förändring i DNA. Mutationer kan åtföljas av förändringar i kromosomstrukturen som är synliga under ett mikroskop: deletion - förlust av en del av en kromosom; duplicering - fördubbling av en del av en kromosom, insertion (inversion) - ett brott i en del av en kromosom, dess rotation med 180° och fästning vid brottstället; translokation - avbrytning av en del av en kromosom och fästning av den vid en annan. Sådana mutationer har den största skadliga effekten. I andra fall kan mutationer bestå av att en av purin- eller pyrimidinnukleotiderna i en enda gen ersätts (punktmutationer). Sådana mutationer inkluderar: missense-mutationer (mutationer med förändrad betydelse) - ersättning av nukleotider i kodoner med fenotypiska manifestationer; nonsensmutationer (meningslösa) - ersättning av nukleotider som bildar termineringskodoner, vilket resulterar i att syntesen av proteinet som kodas av genen avslutas i förtid; splitsningsmutationer - substitutioner av nukleotider vid korsningen mellan exoner och introner, vilket leder till syntesen av förlängda proteinmolekyler.

En ny klass av mutationer har identifierats relativt nyligen - dynamiska mutationer eller expansionsmutationer associerade med instabilitet i antalet trinukleotidupprepningar i funktionellt signifikanta delar av gener. Många trinukleotidupprepningar lokaliserade i transkriberade eller regulatoriska regioner av gener kännetecknas av en hög nivå av populationsvariabilitet, inom vilken fenotypiska störningar inte observeras (dvs. sjukdomen utvecklas inte). Sjukdomen utvecklas endast när antalet upprepningar på dessa platser överstiger en viss kritisk nivå. Sådana mutationer ärvs inte enligt Mendels lag.

Ärftliga sjukdomar är således sjukdomar som orsakas av skador på cellgenomet, vilka kan påverka hela genomet, enskilda kromosomer och orsaka kromosomsjukdomar, eller påverka enskilda gener och vara orsaken till gensjukdomar.

Alla ärftliga sjukdomar delas vanligtvis in i tre stora grupper:

• monogen;
• polygenisk, eller multifaktoriell, där mutationer av flera gener och icke-genetiska faktorer interagerar;
• kromosomavvikelser, eller anomalier i strukturen eller antalet kromosomer.

Sjukdomar som tillhör de två första grupperna kallas ofta genetiska, och de som tillhör den tredje gruppen kallas kromosomala sjukdomar.

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

Klassificering av ärftliga sjukdomar

Kromosomal	Monogen	Multifaktoriell (polygenisk)
Avvikelser i antalet könskromosomer: - Shereshevsky-Turners syndrom; - Klinefelters syndrom; - trisomi X-syndrom; - syndrom 47, XYY -autosomer: - Downs syndrom; - Edwards syndrom; - Pataus syndrom; - partiell trisomi 22 Strukturella avvikelser hos kromosomer: Cri du chat-syndrom; 4p-deletionssyndrom; Mikrodeletionssyndrom i närliggande gen	Autosomalt dominant: Marfans syndrom; von Willebrands sjukdom; Minkowski-Shoffar anemi och andra Autosomalt recessivt: - fenylketonuri; - galaktosemi; - cystisk fibros, etc. X-länkad recessiv: Hemofili A och B; Duchennes myopati; Med flera. X-länkad dominant: - vitamin D-resistent rakit; - brunfärgning Tandemalj, etc.	CNS: vissa former av epilepsi, schizofreni, etc. Hjärt-kärlsystemet: reumatism, högt blodtryck, ateroskleros, etc. Hud: atopisk dermatit, psoriasis, etc. Andningssystemet: bronkialastma, allergisk alveolit, etc. Urinvägarna: urolithiasis, enures, etc. Matsmältningssystemet: magsår, ospecifik ulcerös kolit, etc.

Kromosomsjukdomar kan orsakas av kvantitativa kromosomavvikelser (genomiska mutationer), såväl som strukturella kromosomavvikelser (kromosomavvikelser). Kliniskt manifesterar sig nästan alla kromosomsjukdomar som intellektuella funktionsnedsättningar och multipla medfödda defekter, ofta oförenliga med livet.

Monogena sjukdomar utvecklas som ett resultat av skador på enskilda gener. Monogena sjukdomar inkluderar de flesta ärftliga metabola sjukdomar (fenylketonuri, galaktosemi, mukopolysackaridoser, cystisk fibros, adrenogenitalt syndrom, glykogenoser, etc.). Monogena sjukdomar ärvs enligt Mendels lagar och kan, beroende på arvstyp, delas in i autosomalt dominant, autosomalt recessiv och X-länkad.

Multifaktoriella sjukdomar är polygena, och deras utveckling kräver påverkan av vissa miljöfaktorer. De allmänna tecknen på multifaktoriella sjukdomar är följande.

• Hög frekvens i befolkningen.
• Uttalad klinisk polymorfism.
• Likhet i kliniska manifestationer hos probanden och nära släktingar.
• Ålders- och könsskillnader.
• Tidigare debut och viss ökning av kliniska manifestationer i nedåtgående generationer.
• Variabel terapeutisk effekt av läkemedel.
• Likhet mellan kliniska och andra manifestationer av sjukdomen hos nära släktingar och probanden (ärftlighetskoefficienten för multifaktoriella sjukdomar överstiger 50-60%).
• Inkonsekvens i arvsmönster med Mendels lagar.

För klinisk praxis är det viktigt att förstå innebörden av termen "medfödda missbildningar", som kan vara enstaka eller multipla, ärftliga eller sporadiska. Ärftliga sjukdomar inkluderar inte de medfödda sjukdomar som uppstår under kritiska perioder av embryogenesen under påverkan av ogynnsamma miljöfaktorer (fysiska, kemiska, biologiska, etc.) och inte är ärftliga. Ett exempel på en sådan patologi kan vara medfödda hjärtfel, som ofta orsakas av patologiska effekter under hjärtbildningsperioden (första trimestern av graviditeten), till exempel en virusinfektion som är tropisk för vävnaderna i det utvecklande hjärtat; fetalt alkoholsyndrom, utvecklingsanomalier i extremiteter, öron, njurar, matsmältningskanal, etc. I sådana fall utgör genetiska faktorer endast en ärftlig predisposition eller ökad mottaglighet för effekterna av vissa miljöfaktorer. Enligt WHO förekommer utvecklingsanomalier hos 2,5% av alla nyfödda; 1,5% av dem orsakas av ogynnsamma exogena faktorer under graviditeten, resten är huvudsakligen av genetisk natur. Skillnaden mellan ärftliga och medfödda sjukdomar som inte är ärftliga är av stor praktisk betydelse för att förutsäga avkomma i en given familj.

[ 5 ]

Metoder för diagnostik av ärftliga sjukdomar

För närvarande har praktisk medicin en hel arsenal av diagnostiska metoder som gör det möjligt att upptäcka ärftliga sjukdomar med en viss sannolikhet. Den diagnostiska känsligheten och specificiteten hos dessa metoder varierar – vissa tillåter bara att anta förekomsten av en sjukdom, medan andra med stor noggrannhet upptäcker mutationer som ligger till grund för sjukdomen eller bestämmer egenskaperna hos dess förlopp.

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

Cytogenetiska metoder

Cytogenetiska forskningsmetoder används för att diagnostisera kromosomala sjukdomar. De inkluderar:

• könskromatinstudier - bestämning av X- och Y-kromatin;
• karyotypning (karyotyp är en cells kromosomuppsättning) - bestämning av antalet och strukturen hos kromosomer i syfte att diagnostisera kromosomsjukdomar (genomiska mutationer och kromosomavvikelser).

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