Генетске студије: индикације, методе

Последњих година примећен је пораст учешћа наследних болести у укупној структури болести. У том смислу, улога генетских истраживања у практичној медицини је све већа. Без познавања медицинске генетике немогуће је ефикасно дијагностиковати, лечити и спречавати наследне и конгениталне болести.

Наследна предиспозиција је вероватно својствена скоро свим болестима, али њен степен знатно варира. Ако узмемо у обзир улогу наследних фактора у настанку различитих болести, можемо разликовати следеће групе.

• Болести чије је порекло у потпуности одређено генетским факторима (утицај патолошког гена); ова група укључује моногенске болести, чије је наслеђивање подложно основним правилима Менделових закона (Менделове болести), а утицај спољашње средине може утицати само на интензитет одређених манифестација патолошког процеса (његових симптома).
• Болести, чија је појава углавном одређена утицајем спољашње средине (инфекције, повреде итд.); наслеђе може утицати само на неке квантитативне карактеристике реакције организма, одредити карактеристике тока патолошког процеса.
• Болести код којих је наслеђе узрочни фактор, али су за његово испољавање неопходни одређени утицаји околине, њихово наслеђивање не поштује Менделове законе (неменделовске болести); називају се мултифакторијалним.

Наследне болести

Развој сваке јединке је резултат интеракције генетских и фактора средине. Скуп људских гена се успоставља током оплодње и затим, заједно са факторима средине, одређује карактеристике развоја. Скуп гена организма назива се геном. Геном у целини је прилично стабилан, али под утицајем променљивих услова средине, у њему могу настати промене - мутације.

Основне јединице наслеђивања су гени (делови молекула ДНК). Механизам преношења наследних информација заснива се на способности ДНК да се самоумножава (реплицира). ДНК садржи генетски код (систем снимања информација о локацији аминокиселина у протеинима коришћењем редоследа нуклеотида у ДНК и информационој РНК), који одређује развој и метаболизам ћелија. Гени се налазе у хромозомима, структурним елементима ћелијског једра који садрже ДНК. Место које заузима ген назива се локус. Моногене болести су монолокусне, полигене болести (мултифакторске) су мултилокусне.

Хромозоми (штапићасте структуре у језгрима ћелија видљиве под светлосним микроскопом) састоје се од више хиљада гена. Код људи, свака соматска, или неполна, ћелија садржи 46 хромозома, представљених са 23 пара. Један од парова, полни хромозоми (X и Y), одређује пол јединке. У језгрима соматских ћелија, жене имају два X хромозома, док мушкарци имају један X и један Y хромозом. Полни хромозоми мушкараца су хетерологни: X хромозом је већи и садржи много гена одговорних и за одређивање пола и за друге карактеристике организма; Y хромозом је мали, има облик другачији од X хромозома и носи углавном гене који одређују мушки пол. Ћелије садрже 22 пара аутозома. Људски аутозомни хромозоми су подељени у 7 група: А (1., 2., 3. пар хромозома), Б (4., 5. пар), Ц (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. пар, као и хромозом X, сличне величине хромозомима 6 и 7), Д (13., 14., 15. пар), Е (16., 17., 18. пар), Ф (19., 20. пар), Г (21., 22. пар и хромозом Y).

Гени су распоређени линеарно дуж хромозома, при чему сваки ген заузима строго дефинисано место (локус). Гени који заузимају хомологне локусе називају се алелни. Свака особа има два алела истог гена: по један на сваком хромозому сваког пара, са изузетком већине гена на хромозомима X и Y код мушкараца. Када хомологни региони хромозома садрже идентичне алеле, говоримо о хомозиготности; када садрже различите алеле истог гена, говоримо о хетерозиготности за дати ген. Ако ген (алел) показује свој ефекат када је присутан само на једном хромозому, назива се доминантним. Рецесивни ген показује свој ефекат само ако је присутан код оба члана хромозомског пара (или на једном X хромозому код мушкараца или код жена са X0 генотипом). Ген (и одговарајућа особина) назива се X-повезан ако је локализован на хромозому X. Сви остали гени називају се аутозомни.

Прави се разлика између доминантног и рецесивног наслеђивања. Код доминантног наслеђивања, особина се манифестује и у хомозиготном и у хетерозиготном стању. Код рецесивног наслеђивања, фенотипске (скуп спољашњих и унутрашњих особина организма) манифестације се примећују само у хомозиготном стању, док су одсутне код хетерозиготности. Могуће је и полно повезано доминантно или рецесивно наслеђивање; на овај начин се наслеђују особине повезане са генима локализованим у полним хромозомима.

Доминантно наслеђене болести обично погађају неколико генерација једне породице. Код рецесивног наслеђивања, латентно хетерозиготно ношење мутантног гена може постојати у породици дуже време, због чега се болесна деца могу родити код здравих родитеља или чак у породицама у којима је болест била одсутна неколико генерација.

Генске мутације су основа наследних болести. Разумевање мутација је немогуће без савременог разумевања појма „геном“. Тренутно се геном сматра мултигеномском симбиотском структуром која се састоји од обавезних и факултативних елемената. Основа обавезних елемената су структурни локуси (гени), чији су број и локација у геному прилично константни. Структурни гени чине приближно 10-15% генома. Концепт „ген“ обухвата транскрибовани регион: егзоне (стварни кодирајући регион) и интроне (некодирајући регион који раздваја егзоне); и бочне секвенце - лидерску, која претходи почетку гена, и репну непреведену регију. Факултативни елементи (85-90% целог генома) су ДНК која не носи информације о аминокиселинској секвенци протеина и није строго обавезна. Ова ДНК може учествовати у регулацији експресије гена, обављати структурне функције, повећати тачност хомологног упаривања и рекомбинације и промовисати успешну репликацију ДНК. Учешће факултативних елемената у наследном преношењу особина и формирању мутационе варијабилности сада је доказано. Таква сложена структура генома одређује разноликост генских мутација.

У најширем смислу, мутација је стабилна, наслеђена промена у ДНК. Мутације могу бити праћене променама у структури хромозома које су видљиве под микроскопом: делеција - губитак дела хромозома; дупликација - удвостручавање дела хромозома, инсерција (инверзија) - прекид у делу хромозома, његова ротација за 180° и везивање за место прекида; транслокација - ломљење дела једног хромозома и везивање за други. Такве мутације имају највећи штетни ефекат. У другим случајевима, мутације се могу састојати од замене једног од пуринских или пиримидинских нуклеотида једног гена (тачкасте мутације). Такве мутације укључују: мисенс мутације (мутације са променом значења) - замена нуклеотида у кодонима са фенотипским манифестацијама; бесмислене мутације (бесмислене) - замена нуклеотида који формирају терминационе кодоне, услед чега се прерано прекида синтеза протеина који кодира ген; сплајсинг мутације - супституције нуклеотида на споју егзона и интрона, што доводи до синтезе издужених протеинских молекула.

Релативно недавно је идентификована нова класа мутација - динамичке мутације или експанзионе мутације повезане са нестабилношћу броја тринуклеотидних понављања у функционално значајним деловима гена. Многа тринуклеотидна понављања локализована у транскрибованим или регулаторним регионима гена карактерише висок ниво популационе варијабилности, унутар којег се не примећују фенотипски поремећаји (тј. болест се не развија). Болест се развија само када број понављања на овим местима пређе одређени критични ниво. Такве мутације се не наслеђују у складу са Менделовим законом.

Дакле, наследне болести су болести узроковане оштећењем ћелијског генома, које могу утицати на цео геном, појединачне хромозоме и изазвати хромозомске болести, или утицати на појединачне гене и бити узрок генских болести.

Све наследне болести се обично деле у три велике групе:

• моногенски;
• полигенски, или мултифакторски, код којих мутације неколико гена и негенетски фактори интерагују;
• хромозомске абнормалности, или аномалије у структури или броју хромозома.

Болести које припадају прве две групе често се називају генетским, а оне које припадају трећој групи називају се хромозомским болестима.

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

Класификација наследних болести

Хромозомски	Моногенски	Мултифакторски (полигенски)
Аномалије у броју полних хромозома: - Шерешевски-Тарнеров синдром; - Клајнфелтеров синдром; - синдром трисомије X; - синдром 47, XYY аутозоми: - Даунов синдром; - Едвардсов синдром; - Патауов синдром; - парцијална трисомија 22 Структурне абнормалности хромозома: Синдром плача и ћаскања; Синдром делеције 4п; Синдроми микроделеције суседних гена	Аутосомно доминантно: Марфанов синдром; фон Вилебрандова болест; Минковски-Шофарова анемија и друге Аутосомно рецесивно: - фенилкетонурија; - галактоземија; - цистична фиброза, итд. X-повезано рецесивно: Хемофилија А и Б; Дишенова миопатија; И други. X-везано доминантно: - рахитис отпоран на витамин Д; - смеђа обојеност Зубна глеђ, итд.	ЦНС: неки облици епилепсије, шизофреније итд. Кардиоваскуларни систем: реуматизам, хипертензија, атеросклероза итд. Кожа: атопијски дерматитис, псоријаза итд. Респираторни систем: бронхијална астма, алергијски алвеолитис итд. Уринарни систем: уролитијаза, енуреза итд. Систем за варење: пептични чир, неспецифични улцерозни колитис итд.

Хромозомске болести могу бити узроковане квантитативним хромозомским аномалијама (геномским мутацијама), као и структурним хромозомским аномалијама (хромозомским аберацијама). Клинички, скоро све хромозомске болести се манифестују као интелектуални инвалидитет и вишеструки конгенитални дефекти, често неспојиви са животом.

Моногене болести се развијају као резултат оштећења појединачних гена. Моногене болести обухватају већину наследних метаболичких болести (фенилкетонурија, галактоземија, мукополисахаридозе, цистична фиброза, адреногенитални синдром, гликогенозе итд.). Моногене болести се наслеђују према Менделовим законима и, према типу наслеђивања, могу се поделити на аутозомно доминантне, аутозомно рецесивне и X-везане.

Мултифакторске болести су полигене, а за њихов развој је потребан утицај одређених фактора средине. Општи знаци мултифакторских болести су следећи.

• Висока учесталост у популацији.
• Изражен клинички полиморфизам.
• Сличност клиничких манифестација код пробанда и блиских сродника.
• Разлике у годинама и полу.
• Ранији почетак и извесно повећање клиничких манифестација у потомним генерацијама.
• Променљива терапијска ефикасност лекова.
• Сличност клиничких и других манифестација болести код блиских сродника и пробанда (коефицијент херитабилности за мултифакторске болести прелази 50-60%).
• Нескладност образаца наслеђивања са Менделовим законима.

За клиничку праксу је важно разумети суштину појма „конгениталне малформације“, које могу бити појединачне или вишеструке, наследне или спорадичне. Наследне болести не укључују оне конгениталне болести које се јављају током критичних периода ембриогенезе под утицајем неповољних фактора средине (физичких, хемијских, биолошких итд.) и нису наслеђене. Пример такве патологије могу бити конгениталне срчане мане, које су често узроковане патолошким ефектима током периода формирања срца (први триместар трудноће), на пример, вирусна инфекција тропска за ткива срца у развоју; фетални алкохолни синдром, развојне аномалије удова, ушних шкољки, бубрега, дигестивног тракта итд. У таквим случајевима, генетски фактори формирају само наследну предиспозицију или повећану подложност дејству одређених фактора средине. Према СЗО, развојне аномалије су присутне код 2,5% свих новорођенчади; 1,5% њих је узроковано деловањем неповољних егзогених фактора током трудноће, остале су углавном генетске природе. Разликовање наследних и конгениталних болести које нису наслеђене је од великог практичног значаја за предвиђање потомства у датој породици.

[ 5 ]

Методе дијагностике наследних болести

Тренутно, практична медицина располаже читавим арсеналом дијагностичких метода које омогућавају откривање наследних болести са одређеном вероватноћом. Дијагностичка осетљивост и специфичност ових метода варирају - неке омогућавају само претпоставку присуства болести, док друге са великом тачношћу откривају мутације које су у основи болести или одређују карактеристике њеног тока.

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

Цитогенетске методе

Цитогенетске методе истраживања се користе за дијагностиковање хромозомских болести. Оне укључују:

• студије полног хроматина - одређивање X- и Y-хроматина;
• кариотипизација (кариотип је скуп хромозома ћелије) - одређивање броја и структуре хромозома у сврху дијагностиковања хромозомских болести (геномских мутација и хромозомских аберација).

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