Genetiske studier: indikasjoner, metoder

I de senere årene har man observert en økning i andelen arvelige sykdommer i den totale sykdomsstrukturen. I denne forbindelse øker rollen til genetisk forskning i praktisk medisin. Uten kunnskap om medisinsk genetikk er det umulig å effektivt diagnostisere, behandle og forebygge arvelige og medfødte sykdommer.

Arvelig predisposisjon er sannsynligvis iboende i nesten alle sykdommer, men graden varierer betydelig. Hvis vi vurderer rollen til arvelige faktorer i forekomsten av ulike sykdommer, kan vi skille mellom følgende grupper.

• Sykdommer hvis opprinnelse er helt bestemt av genetiske faktorer (påvirkningen av et patologisk gen); denne gruppen inkluderer monogene sykdommer, hvis arv er underlagt de grunnleggende reglene i Mendels lover (Mendelske sykdommer), og påvirkningen av det ytre miljøet kan bare påvirke intensiteten til visse manifestasjoner av den patologiske prosessen (dens symptomer).
• Sykdommer, hvis forekomst hovedsakelig bestemmes av påvirkning fra det ytre miljøet (infeksjoner, skader osv.); arvelighet kan bare påvirke noen kvantitative egenskaper ved kroppens reaksjon, bestemme egenskapene til forløpet av den patologiske prosessen.
• Sykdommer der arvelighet er en årsaksfaktor, men visse miljøpåvirkninger er nødvendige for å manifestere dem, og hvor arven ikke følger Mendels lover (ikke-Mendelske sykdommer); de kalles multifaktorielle.

Arvelige sykdommer

Utviklingen til hvert individ er et resultat av samspillet mellom genetiske og miljømessige faktorer. Settet av menneskelige gener etableres under befruktning og bestemmer deretter, sammen med miljøfaktorer, egenskapene til utviklingen. Settet av gener til en organisme kalles genomet. Genomet som helhet er ganske stabilt, men under påvirkning av skiftende miljøforhold kan endringer - mutasjoner - forekomme i det.

De grunnleggende enhetene i arvelighet er gener (deler av DNA-molekylet). Mekanismen for overføring av arvelig informasjon er basert på DNAs evne til å selvduplisere (replikere). DNA inneholder en genetisk kode (et system for å registrere informasjon om plasseringen av aminosyrer i proteiner ved hjelp av sekvensen av nukleotider i DNA og messenger-RNA), som bestemmer utviklingen og metabolismen til celler. Gener er lokalisert i kromosomer, strukturelle elementer i cellekjernen som inneholder DNA. Stedet som et gen okkuperer kalles et lokus. Monogene sykdommer er monolokus, polygene sykdommer (multifaktorielle) er multilokus.

Kromosomer (de stavformede strukturene i cellekjernene som er synlige under et lysmikroskop) består av mange tusen gener. Hos mennesker inneholder hver somatisk, eller ikke-kjønnsbasert, celle 46 kromosomer, representert av 23 par. Ett av parene, kjønnskromosomene (X og Y), bestemmer individets kjønn. I kjernen av somatiske celler har kvinner to X-kromosomer, mens menn har ett X- og ett Y-kromosom. Kjønnskromosomene hos menn er heterologe: X-kromosomet er større og inneholder mange gener som er ansvarlige for både kjønnsbestemmelse og andre egenskaper ved organismen; Y-kromosomet er lite, har en annen form enn X-kromosomet, og bærer hovedsakelig gener som bestemmer det mannlige kjønnet. Celler inneholder 22 par autosomer. Menneskelige autosomale kromosomer er delt inn i 7 grupper: A (1., 2., 3. kromosompar), B (4., 5. par), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. par, samt kromosom X, som er like store som kromosom 6 og 7), D (13., 14., 15. par), E (16., 17., 18. par), F (19., 20. par), G (21., 22. par og kromosom Y).

Gener er ordnet lineært langs kromosomer, der hvert gen opptar en strengt definert plass (locus). Gener som opptar homologe loci kalles alleliske. Hver person har to alleler av samme gen: ett på hvert kromosom i hvert par, med unntak av de fleste gener på kromosom X og Y hos menn. Når homologe regioner av et kromosom inneholder identiske alleler, snakker vi om homozygositet; når de inneholder forskjellige alleler av samme gen, snakker vi om heterozygositet for et gitt gen. Hvis et gen (allel) viser sin effekt når det er tilstede på bare ett kromosom, kalles det dominant. Et recessivt gen viser sin effekt bare hvis det er tilstede i begge medlemmene av et kromosompar (eller på det ene X-kromosomet hos menn eller hos kvinner med X0-genotypen). Et gen (og den tilsvarende egenskapen) kalles X-bundet hvis det er lokalisert på kromosom X. Alle andre gener kalles autosomale.

Det skilles mellom dominant og recessiv arv. Ved dominant arv manifesterer en egenskap seg både i homozygot og heterozygot tilstand. Ved recessiv arv observeres fenotypiske (et sett med ytre og indre trekk hos en organisme) manifestasjoner kun i homozygot tilstand, mens de er fraværende ved heterozygositet. En kjønnsbundet dominant eller recessiv arv er også mulig; på denne måten arves egenskaper assosiert med gener lokalisert i kjønnskromosomer.

Dominant arvelige sykdommer rammer vanligvis flere generasjoner i en enkelt familie. Ved recessiv arv kan latent heterozygot bærerskap av et mutantgen eksistere i en familie over lang tid, noe som kan føre til at syke barn blir født av friske foreldre eller til og med i familier der sykdommen har vært fraværende i flere generasjoner.

Genmutasjoner ligger til grunn for arvelige sykdommer. Det er umulig å forstå mutasjoner uten en moderne forståelse av begrepet "genom". For tiden regnes genomet som en symbiotisk multigenomstruktur bestående av obligatoriske og fakultative elementer. Grunnlaget for obligatoriske elementer er strukturelle loci (gener), hvis antall og plassering i genomet er ganske konstant. Strukturelle gener utgjør omtrent 10–15 % av genomet. Konseptet "gen" inkluderer den transkriberte regionen: eksoner (den faktiske kodende regionen) og introner (en ikke-kodende region som skiller eksoner); og flankerende sekvenser – lederen, som går foran begynnelsen av genet, og den utranslaterte halen. Fakultative elementer (85–90 % av hele genomet) er DNA som ikke bærer informasjon om aminosyresekvensen til proteiner og ikke er strengt tatt obligatorisk. Dette DNA-et kan delta i reguleringen av genuttrykk, utføre strukturelle funksjoner, øke nøyaktigheten av homolog paring og rekombinasjon, og fremme vellykket DNA-replikasjon. Deltakelsen av fakultative elementer i arvelig overføring av egenskaper og dannelsen av mutasjonsvariabilitet er nå bevist. En slik kompleks genomstruktur bestemmer mangfoldet av genmutasjoner.

I videste forstand er en mutasjon en stabil, arvelig forandring i DNA. Mutasjoner kan være ledsaget av endringer i kromosomstrukturen som er synlige under et mikroskop: delesjon - tap av en del av et kromosom; duplisering - dobling av en del av et kromosom, innsetting (inversjon) - et brudd i en del av et kromosom, dets rotasjon med 180° og festing til bruddstedet; translokasjon - avbryting av en del av ett kromosom og festing av det til et annet. Slike mutasjoner har den største skadelige effekten. I andre tilfeller kan mutasjoner bestå av erstatning av en av purin- eller pyrimidinnukleotidene i et enkelt gen (punktmutasjoner). Slike mutasjoner inkluderer: missense-mutasjoner (mutasjoner med endring i betydning) - erstatning av nukleotider i kodoner med fenotypiske manifestasjoner; nonsensmutasjoner (meningsløse) - erstatning av nukleotider som danner termineringskodoner, som et resultat av at syntesen av proteinet kodet av genet avsluttes for tidlig; skjøtingsmutasjoner - substitusjoner av nukleotider ved krysset mellom eksoner og introner, noe som fører til syntesen av forlengede proteinmolekyler.

En ny klasse av mutasjoner har blitt identifisert relativt nylig – dynamiske mutasjoner eller ekspansjonsmutasjoner assosiert med ustabilitet i antall trinukleotidrepetisjoner i funksjonelt signifikante deler av gener. Mange trinukleotidrepetisjoner lokalisert i transkriberte eller regulatoriske regioner av gener er preget av et høyt nivå av populasjonsvariabilitet, der fenotypiske forstyrrelser ikke observeres (dvs. sykdommen utvikler seg ikke). Sykdommen utvikler seg bare når antallet repetisjoner på disse stedene overstiger et visst kritisk nivå. Slike mutasjoner arves ikke i samsvar med Mendels lov.

Arvelige sykdommer er dermed sykdommer forårsaket av skade på cellegenomet, som kan påvirke hele genomet, individuelle kromosomer og forårsake kromosomsykdommer, eller påvirke individuelle gener og være årsaken til gensykdommer.

Alle arvelige sykdommer er vanligvis delt inn i tre store grupper:

• monogen;
• polygenisk, eller multifaktoriell, der mutasjoner av flere gener og ikke-genetiske faktorer samhandler;
• kromosomale abnormaliteter, eller anomalier i strukturen eller antallet kromosomer.

Sykdommer som tilhører de to første gruppene kalles ofte genetiske, og de som tilhører den tredje gruppen kalles kromosomale sykdommer.

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

Klassifisering av arvelige sykdommer

Kromosomal	Monogen	Multifaktoriell (polygenisk)
Anomalier i antall kjønnskromosomer: - Shereshevsky-Turners syndrom; - Klinefelters syndrom; - trisomi X-syndrom; - syndrom 47, XYY- autosomer: - Downs syndrom; - Edwards syndrom; - Pataus syndrom; - delvis trisomi 22 Strukturelle abnormaliteter i kromosomene: Cri du chat-syndrom; 4p-delesjonssyndrom; Nabogeners mikrodelesjonssyndromer	Autosomal dominant: Marfan syndrom; von Willebrands sykdom; Minkowski-Shoffar anemi og andre Autosomal recessiv: - fenylketonuri; - galaktosemi; - cystisk fibrose, etc. X-bundet recessiv: Hemofili A og B; Duchenne myopati; Og andre. X-bundet dominant: - vitamin D-resistent rakitt; - brunfarging Tannemalje, etc.	CNS: noen former for epilepsi, schizofreni, etc. Kardiovaskulærsystemet: revmatisme, hypertensjon, aterosklerose, etc. Hud: atopisk dermatitt, psoriasis, etc. Luftveiene: bronkial astma, allergisk alveolitt, etc. Urinveiene: urolithiasis, enurese, etc. Fordøyelsessystemet: magesår, uspesifikk ulcerøs kolitt, etc.

Kromosomale sykdommer kan være forårsaket av kvantitative kromosomavvik (genomiske mutasjoner), så vel som strukturelle kromosomavvik (kromosomavvik). Klinisk manifesterer nesten alle kromosomale sykdommer seg som intellektuelle funksjonshemminger og flere medfødte defekter, ofte uforenlige med livet.

Monogene sykdommer utvikler seg som følge av skade på individuelle gener. Monogene sykdommer omfatter de fleste arvelige metabolske sykdommer (fenylketonuri, galaktosemi, mukopolysakkaridoser, cystisk fibrose, adrenogenitalt syndrom, glykogenoser, etc.). Monogene sykdommer arves i henhold til Mendels lover og kan, i henhold til arvetypen, deles inn i autosomal dominant, autosomal recessiv og X-bundet.

Multifaktorielle sykdommer er polygene, og utviklingen av dem krever påvirkning av visse miljøfaktorer. De generelle tegnene på multifaktorielle sykdommer er som følger.

• Høy frekvens i befolkningen.
• Uttalt klinisk polymorfisme.
• Likhet i kliniske manifestasjoner hos probanden og nære slektninger.
• Alders- og kjønnsforskjeller.
• Tidligere debut og noe økning i kliniske manifestasjoner i synkende generasjoner.
• Variabel terapeutisk effekt av legemidler.
• Likhet mellom kliniske og andre manifestasjoner av sykdommen hos nære slektninger og probanden (arvelighetskoeffisienten for multifaktorielle sykdommer overstiger 50–60 %).
• Inkonsistens i arvemønstre med Mendels lover.

For klinisk praksis er det viktig å forstå essensen av begrepet "medfødte misdannelser", som kan være enkle eller flere, arvelige eller sporadiske. Arvelige sykdommer inkluderer ikke de medfødte sykdommene som oppstår i kritiske perioder av embryogenesen under påvirkning av ugunstige miljøfaktorer (fysiske, kjemiske, biologiske osv.) og ikke er arvelige. Et eksempel på en slik patologi kan være medfødte hjertefeil, som ofte er forårsaket av patologiske effekter i løpet av hjertedannelsesperioden (første trimester av svangerskapet), for eksempel en virusinfeksjon tropisk for vevet i det utviklende hjertet; føtalt alkoholsyndrom, utviklingsanomalier i lemmer, ørene, nyrene, fordøyelseskanalen osv. I slike tilfeller danner genetiske faktorer bare en arvelig predisposisjon eller økt mottakelighet for effektene av visse miljøfaktorer. I følge WHO er utviklingsanomalier tilstede hos 2,5 % av alle nyfødte; 1,5 % av dem er forårsaket av virkningen av ugunstige eksogene faktorer under graviditet, resten er hovedsakelig av genetisk art. Skillet mellom arvelige og medfødte sykdommer som ikke er arvelige er av stor praktisk betydning for å forutsi avkom i en gitt familie.

[ 5 ]

Metoder for diagnostikk av arvelige sykdommer

For tiden har praktisk medisin et helt arsenal av diagnostiske metoder som gjør det mulig å oppdage arvelige sykdommer med en viss sannsynlighet. Den diagnostiske sensitiviteten og spesifisiteten til disse metodene varierer – noen tillater bare å anta tilstedeværelsen av en sykdom, mens andre med stor nøyaktighet oppdager mutasjoner som ligger til grunn for sykdommen eller bestemmer egenskapene til dens forløp.

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

Cytogenetiske metoder

Cytogenetiske forskningsmetoder brukes til å diagnostisere kromosomale sykdommer. De inkluderer:

• kjønnskromatinstudier - bestemmelse av X- og Y-kromatin;
• karyotyping (karyotype er settet med kromosomer i en celle) - bestemmelse av antall og struktur av kromosomer med det formål å diagnostisere kromosomale sykdommer (genomiske mutasjoner og kromosomavvik).

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