Генетични изследвания: показания, методи

През последните години се наблюдава увеличение на дела на наследствените заболявания в общата структура на заболяванията. В тази връзка ролята на генетичните изследвания в практическата медицина се увеличава. Без познания по медицинска генетика е невъзможно ефективното диагностициране, лечение и предотвратяване на наследствени и вродени заболявания.

Наследствената предразположеност вероятно е присъща на почти всички заболявания, но степента ѝ варира значително. Ако разгледаме ролята на наследствените фактори при възникването на различни заболявания, можем да различим следните групи.

• Болести, чийто произход е изцяло определен от генетични фактори (влиянието на патологичен ген); тази група включва моногенни заболявания, чието наследяване е подчинено на основните правила на законите на Мендел (Менделови болести), а въздействието на външната среда може да повлияе само на интензивността на определени прояви на патологичния процес (неговите симптоми).
• Заболявания, чието възникване се определя главно от влиянието на външната среда (инфекции, наранявания и др.); наследствеността може да повлияе само на някои количествени характеристики на реакцията на организма, да определи особеностите на протичането на патологичния процес.
• Болести, при които наследствеността е причинен фактор, но за нейното проявление са необходими определени влияния на околната среда, чието унаследяване не се подчинява на законите на Мендел (неменделски болести); те се наричат мултифакторни.

Наследствени заболявания

Развитието на всеки индивид е резултат от взаимодействието на генетични и екологични фактори. Наборът от човешки гени се установява по време на оплождането и след това, заедно с факторите на околната среда, определя характеристиките на развитието. Наборът от гени на организма се нарича геном. Геномът като цяло е доста стабилен, но под влияние на променящите се условия на околната среда в него могат да настъпят промени - мутации.

Основните единици на наследствеността са гените (секции от молекулата на ДНК). Механизмът на предаване на наследствена информация се основава на способността на ДНК да се самовъзпроизвежда (репликира). ДНК съдържа генетичен код (система за записване на информация за местоположението на аминокиселините в протеините, използваща последователността на нуклеотидите в ДНК и информационната РНК), който определя развитието и метаболизма на клетките. Гените са разположени в хромозомите, структурни елементи на клетъчното ядро, съдържащи ДНК. Мястото, заемано от един ген, се нарича локус. Моногенните заболявания са монолокусни, полигенните заболявания (многофакторни) са мултилокусни.

Хромозомите (пръчковидни структури в ядрата на клетките, видими под светлинен микроскоп) се състоят от хиляди гени. При хората всяка соматична или неполова клетка съдържа 46 хромозоми, представени от 23 двойки. Една от двойките, половите хромозоми (X и Y), определя пола на индивида. В ядрата на соматичните клетки жените имат две X хромозоми, докато мъжете имат една X и една Y хромозома. Половите хромозоми на мъжете са хетероложни: X хромозомата е по-голяма и съдържа много гени, отговорни както за определянето на пола, така и за други характеристики на организма; Y хромозомата е малка, има форма, различна от X хромозомата, и носи главно гени, които определят мъжкия пол. Клетките съдържат 22 двойки автозоми. Човешките автозомни хромозоми са разделени на 7 групи: A (1-ва, 2-ра, 3-та двойка хромозоми), B (4-та, 5-та двойка), C (6-та, 7-ма, 8-ма, 9-та, 10-та, 11-та, 12-та двойка, както и хромозома X, подобна по размер на хромозоми 6 и 7), D (13-та, 14-та, 15-та двойка), E (16-та, 17-та, 18-та двойка), F (19-та, 20-та двойка), G (21-ва, 22-ра двойка и хромозома Y).

Гените са разположени линейно по хромозомите, като всеки ген заема строго определено място (локус). Гените, които заемат хомоложни локуси, се наричат алелни. Всеки човек има два алела на един и същ ген: по един на всяка хромозома от всяка двойка, с изключение на повечето гени на хромозомите X и Y при мъжете. Когато хомоложните региони на хромозомата съдържат идентични алели, говорим за хомозиготност; когато съдържат различни алели на един и същ ген, говорим за хетерозиготност за даден ген. Ако ген (алел) проявява своя ефект, когато присъства само на една хромозома, той се нарича доминантен. Рецесивен ген проявява своя ефект само ако присъства и в двата члена на хромозомната двойка (или на единствената X хромозома при мъжете или при жените с X0 генотип). Ген (и съответният белег) се нарича X-свързан, ако е локализиран на хромозома X. Всички останали гени се наричат автозомни.

Прави се разлика между доминантно и рецесивно наследяване. При доминантното наследяване даден белег се проявява както в хомозиготно, така и в хетерозиготно състояние. При рецесивното наследяване фенотипните (съвкупност от външни и вътрешни черти на организма) прояви се наблюдават само в хомозиготно състояние, докато при хетерозиготност те липсват. Възможно е и свързано с пола доминантно или рецесивно наследяване; по този начин се наследяват черти, свързани с гени, локализирани в половите хромозоми.

Доминантно наследствените заболявания обикновено засягат няколко поколения от едно семейство. При рецесивно наследяване, латентно хетерозиготно носителство на мутантен ген може да съществува в едно семейство дълго време, поради което болни деца могат да се родят от здрави родители или дори в семейства, в които заболяването е отсъствало в продължение на няколко поколения.

Генните мутации са в основата на наследствените заболявания. Разбирането на мутациите е невъзможно без съвременно разбиране на термина "геном". В момента геномът се разглежда като мултигеномна симбиотична структура, състояща се от задължителни и факултативни елементи. Основата на задължителните елементи са структурните локуси (гени), чийто брой и местоположение в генома са сравнително постоянни. Структурните гени представляват приблизително 10-15% от генома. Понятието "ген" включва транскрибираната област: екзони (действителната кодираща област) и интрони (некодираща област, разделяща екзоните); и фланкиращи последователности - лидерната, предхождаща началото на гена, и опашната нетранслирана област. Факултативните елементи (85-90% от целия геном) са ДНК, която не носи информация за аминокиселинната последователност на протеините и не е строго задължителна. Тази ДНК може да участва в регулирането на генната експресия, да изпълнява структурни функции, да повишава точността на хомоложното сдвояване и рекомбинация и да насърчава успешната репликация на ДНК. Участието на факултативните елементи в наследственото предаване на черти и формирането на мутационна вариабилност вече е доказано. Такава сложна структура на генома определя разнообразието от генни мутации.

В най-широк смисъл, мутацията е стабилна, наследствена промяна в ДНК. Мутациите могат да бъдат съпроводени с промени в структурата на хромозомите, които са видими под микроскоп: делеция - загуба на участък от хромозома; дупликация - удвояване на участък от хромозома; инсерция (инверсия) - прекъсване на участък от хромозома, завъртането му на 180° и прикрепването му към мястото на прекъсването; транслокация - откъсване на участък от една хромозома и прикрепването му към друга. Такива мутации имат най-голям увреждащ ефект. В други случаи мутациите могат да се състоят в заместване на един от пуриновите или пиримидиновите нуклеотиди на един ген (точкови мутации). Такива мутации включват: миссенс мутации (мутации с промяна в значението) - заместване на нуклеотиди в кодони с фенотипни прояви; нонсенс мутации (безсмислени) - заместване на нуклеотиди, които образуват терминиращи кодони, в резултат на което синтезът на протеина, кодиран от гена, се прекратява преждевременно; сплайсингови мутации - замествания на нуклеотиди на кръстовището на екзони и интрони, което води до синтез на удължени протеинови молекули.

Сравнително наскоро беше идентифициран нов клас мутации - динамични мутации или експанзивни мутации, свързани с нестабилност на броя на тринуклеотидните повторения във функционално значими части на гените. Много тринуклеотидни повторения, локализирани в транскрибирани или регулаторни региони на гените, се характеризират с високо ниво на популационна вариабилност, в рамките на която не се наблюдават фенотипни нарушения (т.е. заболяването не се развива). Заболяването се развива само когато броят на повторенията в тези места надвиши определено критично ниво. Такива мутации не се унаследяват в съответствие със закона на Мендел.

По този начин, наследствените заболявания са заболявания, причинени от увреждане на клетъчния геном, които могат да засегнат целия геном, отделни хромозоми и да причинят хромозомни заболявания или да засегнат отделни гени и да бъдат причина за генни заболявания.

Всички наследствени заболявания обикновено се разделят на три големи групи:

• моногенен;
• полигенни или мултифакторни, при които взаимодействат мутации на няколко гена и негенетични фактори;
• хромозомни аномалии или аномалии в структурата или броя на хромозомите.

Болестите, принадлежащи към първите две групи, често се наричат генетични, а тези, принадлежащи към третата група, се наричат хромозомни заболявания.

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

Класификация на наследствените заболявания

Хромозомна	Моногенен	Многофакторен (полигенен)
Аномалии в броя на половите хромозоми: - синдром на Шерешевски-Търнър; - синдром на Клайнфелтер; - синдром на тризомия X; - синдром 47, XYY Автозоми: - Синдром на Даун; - синдром на Едуардс; - синдром на Патау; - частична тризомия 22 Структурни аномалии на хромозомите: Синдром на плача при чат; Синдром на 4p делеция; Синдроми на микроделеция на съседни гени	Автозомно доминантно: Синдром на Марфан; болест на фон Вилебранд; Анемия на Минковски-Шофар и други Автозомно-рецесивен: - фенилкетонурия; - галактоземия; - кистозна фиброза и др. Х-свързан рецесивен: Хемофилия А и В; Миопатия на Дюшен; И други. Х-свързан доминантен: - рахит, резистентен на витамин D; - кафяво оцветяване Зъбен емайл и др.	ЦНС: някои форми на епилепсия, шизофрения и др. Сърдечно-съдова система: ревматизъм, хипертония, атеросклероза и др. Кожа: атопичен дерматит, псориазис и др. Дихателна система: бронхиална астма, алергичен алвеолит и др. Пикочно-полова система: уролитиаза, енуреза и др. Храносмилателна система: пептична язва, неспецифичен улцерозен колит и др.

Хромозомните заболявания могат да бъдат причинени от количествени хромозомни аномалии (геномни мутации), както и от структурни хромозомни аномалии (хромозомни аберации). Клинично почти всички хромозомни заболявания се проявяват като интелектуални затруднения и множество вродени дефекти, често несъвместими с живота.

Моногенните заболявания се развиват в резултат на увреждане на отделни гени. Моногенните заболявания включват повечето наследствени метаболитни заболявания (фенилкетонурия, галактоземия, мукополизахаридози, кистозна фиброза, адреногенитален синдром, гликогенози и др.). Моногенните заболявания се унаследяват съгласно законите на Мендел и според вида на унаследяване могат да бъдат разделени на автозомно доминантни, автозомно рецесивни и Х-свързани.

Многофакторните заболявания са полигенни и тяхното развитие изисква влиянието на определени фактори на околната среда. Общите признаци на многофакторните заболявания са следните.

• Висока честота в популацията.
• Изразен клиничен полиморфизъм.
• Сходство на клиничните прояви при пробанда и близки роднини.
• Разлики във възрастта и пола.
• По-ранно начало и известно засилване на клиничните прояви в низходящите поколения.
• Променлива терапевтична ефикасност на лекарствата.
• Сходство на клиничните и други прояви на заболяването при близки роднини и пробанда (коефициентът на наследственост за многофакторни заболявания надвишава 50-60%).
• Несъответствие на моделите на наследяване със законите на Мендел.

За клиничната практика е важно да се разбере същността на термина „вродени малформации“, които могат да бъдат единични или множествени, наследствени или спорадични. Наследствените заболявания не включват онези вродени заболявания, които възникват през критични периоди на ембриогенезата под влияние на неблагоприятни фактори на околната среда (физически, химични, биологични и др.) и не се наследяват. Пример за такава патология могат да бъдат вродени сърдечни дефекти, които често са причинени от патологични ефекти през периода на формиране на сърцето (първи триместър на бременността), например вирусна инфекция, тропична към тъканите на развиващото се сърце; фетален алкохолен синдром, аномалии в развитието на крайниците, предсърдията, бъбреците, храносмилателния тракт и др. В такива случаи генетичните фактори формират само наследствена предразположеност или повишена чувствителност към въздействието на определени фактори на околната среда. Според СЗО, аномалиите в развитието се срещат при 2,5% от всички новородени; 1,5% от тях са причинени от действието на неблагоприятни екзогенни фактори по време на бременност, останалите са предимно от генетичен характер. Разграничението между наследствени и вродени заболявания, които не се наследяват, е от голямо практическо значение за прогнозиране на потомството в дадено семейство.

[ 5 ]

Методи за диагностика на наследствени заболявания

В момента практическата медицина разполага с цял арсенал от диагностични методи, които позволяват откриването на наследствени заболявания с определена вероятност. Диагностичната чувствителност и специфичност на тези методи варират - някои позволяват само да се предположи наличието на заболяване, докато други с голяма точност откриват мутации, които са в основата на заболяването или определят характеристиките на неговото протичане.

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

Цитогенетични методи

Цитогенетичните методи на изследване се използват за диагностициране на хромозомни заболявания. Те включват:

• изследвания на половия хроматин - определяне на X- и Y-хроматин;
• кариотипизиране (кариотипът е наборът от хромозоми на клетката) - определяне на броя и структурата на хромозомите с цел диагностициране на хромозомни заболявания (геномни мутации и хромозомни аберации).

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