Geneettiset tutkimukset: indikaatiot, menetelmät

Viime vuosina on havaittu perinnöllisten sairauksien osuuden kasvua sairauksien kokonaisrakenteessa. Tässä suhteessa geenitutkimuksen rooli käytännön lääketieteessä on kasvussa. Ilman lääketieteellisen genetiikan tuntemusta on mahdotonta diagnosoida, hoitaa ja ehkäistä perinnöllisiä ja synnynnäisiä sairauksia tehokkaasti.

Perinnöllinen alttius on luultavasti luontainen lähes kaikille sairauksille, mutta sen aste vaihtelee huomattavasti. Jos tarkastelemme perinnöllisten tekijöiden roolia eri sairauksien esiintymisessä, voimme erottaa seuraavat ryhmät.

• Sairaudet, joiden alkuperä määräytyy kokonaan geneettisistä tekijöistä (patologisen geenin vaikutus); tähän ryhmään kuuluvat monogeeniset sairaudet, joiden periytymiseen sovelletaan Mendelin lakien perussääntöjä (Mendelin sairaudet), ja ulkoisen ympäristön vaikutus voi vaikuttaa vain patologisen prosessin tiettyjen ilmentymien (sen oireiden) voimakkuuteen.
• Sairaudet, joiden esiintyminen määräytyy pääasiassa ulkoisen ympäristön vaikutuksesta (infektiot, vammat jne.); perinnöllisyys voi vaikuttaa vain joihinkin kehon reaktion kvantitatiivisiin ominaisuuksiin, määrittää patologisen prosessin kulun piirteet.
• Sairaudet, joissa perinnöllisyys on syy-tekijä, mutta sen ilmenemiseen tarvitaan tiettyjä ympäristövaikutuksia, niiden periytyminen ei noudata Mendelin lakeja (ei-Mendelin sairaudet); niitä kutsutaan monitekijäisiksi.

Perinnölliset sairaudet

Jokaisen yksilön kehitys on geneettisten ja ympäristötekijöiden vuorovaikutuksen tulos. Ihmisen geenijoukko muodostuu hedelmöityksen aikana ja sitten yhdessä ympäristötekijöiden kanssa määrää kehityksen ominaisuudet. Organismin geenijoukkoa kutsutaan genomiksi. Genomi kokonaisuudessaan on melko vakaa, mutta muuttuvien ympäristöolosuhteiden vaikutuksesta siinä voi tapahtua muutoksia - mutaatioita.

Perinnöllisyyden perusyksiköt ovat geenit (DNA-molekyylin osat). Perinnöllisen tiedon siirtymismekanismi perustuu DNA:n kykyyn itsemonistua (replikoitua). DNA sisältää geneettisen koodin (järjestelmä, joka tallentaa tietoa aminohappojen sijainnista proteiineissa käyttämällä DNA:n ja lähetti-RNA:n nukleotidisekvenssiä), joka määrittää solujen kehityksen ja aineenvaihdunnan. Geenit sijaitsevat kromosomeissa, jotka ovat DNA:ta sisältäviä solun tuman rakenneosia. Geenin täyttämää paikkaa kutsutaan lokukseksi. Monogeeniset sairaudet ovat monolokuksia, polygeeniset sairaudet (monitekijäiset) ovat multilokuksia.

Kromosomit (solujen tumissa olevat sauvanmuotoiset rakenteet, jotka näkyvät valomikroskoopilla) koostuvat tuhansista geeneistä. Ihmisillä jokainen somaattinen eli sukupuolineutraali solu sisältää 46 kromosomia, joita edustaa 23 paria. Yksi pareista, sukupuolikromosomit (X ja Y), määrää yksilön sukupuolen. Somaattisten solujen ytimessä naisilla on kaksi X-kromosomia, kun taas miehillä on yksi X- ja yksi Y-kromosomi. Miesten sukupuolikromosomit ovat heterologisia: X-kromosomi on suurempi ja sisältää monia geenejä, jotka vastaavat sekä sukupuolen määrittämisestä että muista organismin ominaisuuksista; Y-kromosomi on pieni, sen muoto eroaa X-kromosomista ja se sisältää pääasiassa geenejä, jotka määrittävät miessukupuolen. Solut sisältävät 22 paria autosomeja. Ihmisen autosomaaliset kromosomit jaetaan seitsemään ryhmään: A (1., 2., 3. kromosomipari), B (4., 5. pari), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. pari sekä kromosomi X, kooltaan samanlainen kuin kromosomit 6 ja 7), D (13., 14., 15. pari), E (16., 17., 18. pari), F (19., 20. pari), G (21., 22. pari ja kromosomi Y).

Geenit ovat järjestäytyneet lineaarisesti kromosomeja pitkin, ja jokainen geeni sijaitsee tarkasti määritellyssä paikassa (lokuksessa). Geenejä, jotka sijaitsevat homologisissa lokuksissa, kutsutaan alleelisiksi. Jokaisella henkilöllä on kaksi saman geenin alleelia: yksi kummassakin kromosomissa jokaisessa parissa, lukuun ottamatta useimpia geenejä miesten X- ja Y-kromosomien alueilla. Kun kromosomin homologiset alueet sisältävät identtisiä alleeleja, puhumme homotsygoottisuudesta; kun ne sisältävät saman geenin eri alleeleja, puhumme heterotsygoottisuudesta tietylle geenille. Jos geeni (alleeli) vaikuttaa vain yhdessä kromosomissa, sitä kutsutaan dominanttiksi. Resessiivinen geeni vaikuttaa vain, jos se on läsnä molemmissa kromosomiparin jäsenissä (tai vain yhdessä X-kromosomissa miehillä tai naisilla, joilla on X0-genotyyppi). Geeniä (ja vastaavaa ominaisuutta) kutsutaan X-kromosomisidokseksi, jos se sijaitsee kromosomissa X. Kaikkia muita geenejä kutsutaan autosomaaliseksi.

Perinnössä erotetaan toisistaan dominantti ja resessiivinen periytyminen. Dominoivassa periytymisessä ominaisuus ilmenee sekä homotsygoottisessa että heterotsygoottisessa tilassa. Resessiivisessä periytymisessä fenotyyppisiä (joukko organismin ulkoisia ja sisäisiä ominaisuuksia) ilmentymiä havaitaan vain homotsygoottisessa tilassa, kun taas heterotsygoottisessa tilassa niitä ei ole. Myös sukupuoleen sidottu dominantti tai resessiivinen periytyminen on mahdollista; tällä tavoin periytyvät sukupuolikromosomeihin paikallisiin geeneihin liittyvät ominaisuudet.

Dominatiivisesti periytyvät sairaudet vaikuttavat yleensä useisiin sukupolviin samassa perheessä. Resessiivisessä periytymisessä mutanttigeenin piilevä heterotsygoottinen kantajuus voi esiintyä perheessä pitkään, minkä vuoksi sairaita lapsia voi syntyä terveille vanhemmille tai jopa perheisiin, joissa sairaus on ollut poissa useiden sukupolvien ajan.

Geenimutaatiot ovat perinnöllisten sairauksien taustalla. Mutaatioiden ymmärtäminen on mahdotonta ilman nykyaikaista ymmärrystä termin "genomi" merkityksestä. Tällä hetkellä genomia pidetään monigenomisena symbioottisena rakenteena, joka koostuu pakollisista ja fakultatiivisista elementeistä. Pakollisten elementtien perustana ovat rakennelokit (geenit), joiden lukumäärä ja sijainti genomissa ovat melko vakioita. Rakennegeenit muodostavat noin 10–15 % genomista. "Geenin" käsite sisältää transkriptoidun alueen: eksonit (varsinainen koodaava alue) ja intronit (ei-koodaava alue, joka erottaa eksonit); sekä reunustavat sekvenssit - geenin alkua edeltävä johtosekvenssi ja hännän translaatioton alue. Fakultatiiviset elementit (85–90 % koko genomista) ovat DNA:ta, joka ei sisällä tietoa proteiinien aminohapposekvenssistä eikä ole ehdottoman pakollinen. Tämä DNA voi osallistua geenien ilmentymisen säätelyyn, suorittaa rakenteellisia toimintoja, lisätä homologisen pariutumisen ja rekombinaation tarkkuutta sekä edistää onnistunutta DNA:n replikaatiota. Fakultatiivisten elementtien osallistuminen ominaisuuksien perinnölliseen siirtymiseen ja mutaatiovaihtelevuuden muodostumiseen on nyt todistettu. Tällainen monimutkainen genomirakenne määrää geenimutaatioiden monimuotoisuuden.

Laajimmassa merkityksessä mutaatio on pysyvä, periytyvä muutos DNA:ssa. Mutaatioihin voi liittyä mikroskoopilla näkyviä muutoksia kromosomien rakenteessa: deleetio - kromosomin osan menetys; duplikaatio - kromosomin osan kaksinkertaistuminen, insertio (inversio) - kromosomin osan katkeaminen, sen kiertäminen 180° ja kiinnittyminen katkeamiskohtaan; translokaatio - yhden kromosomin osan katkeaminen ja kiinnittyminen toiseen. Tällaisilla mutaatioilla on suurin vahingollinen vaikutus. Muissa tapauksissa mutaatiot voivat koostua yhden geenin puriini- tai pyrimidiininukleotidin korvautumisesta (pistemutaatiot). Tällaisia mutaatioita ovat: missense-mutaatiot (mutaatiot, joilla on muutos merkityksessä) - nukleotidien korvautuminen kodoneissa, joilla on fenotyyppisiä ilmentymiä; nonsense-mutaatiot (järjettömät) - terminaatiokodoneja muodostavien nukleotidien korvautuminen, minkä seurauksena geenin koodaaman proteiinin synteesi päättyy ennenaikaisesti; silmukointimutaatiot - nukleotidien korvautumiset eksonien ja intronien liitoskohdassa, mikä johtaa pitkänomaisten proteiinimolekyylien synteesiin.

Uusi mutaatioluokka on tunnistettu suhteellisen äskettäin - dynaamiset mutaatiot tai ekspansiomutaatiot, jotka liittyvät trinukleotiditoistojen määrän epävakauteen geenien toiminnallisesti merkittävissä osissa. Monille trinukleotiditoistoille, jotka sijaitsevat geenien transkriptoituneilla tai säätelyalueilla, on ominaista korkea populaatiovaihtelu, jonka sisällä ei havaita fenotyyppisiä häiriöitä (ts. sairaus ei kehity). Tauti kehittyy vain, kun toistojen määrä näissä kohdissa ylittää tietyn kriittisen tason. Tällaiset mutaatiot eivät periydy Mendelin lain mukaan.

Perinnölliset sairaudet ovat siis solun genomin vaurioista johtuvia sairauksia, jotka voivat vaikuttaa koko genomiin, yksittäisiin kromosomeihin ja aiheuttaa kromosomisairauksia tai vaikuttaa yksittäisiin geeneihin ja olla geenisairauksien aiheuttaja.

Kaikki perinnölliset sairaudet jaetaan yleensä kolmeen suureen ryhmään:

• monogeeninen;
• polygeeninen tai monitekijäinen, jossa useiden geenien mutaatiot ja ei-geneettiset tekijät ovat vuorovaikutuksessa;
• kromosomipoikkeavuuksia eli kromosomien rakenteen tai lukumäärän poikkeavuuksia.

Kahteen ensimmäiseen ryhmään kuuluvia sairauksia kutsutaan usein geneettisiksi sairauksiksi ja kolmanteen ryhmään kuuluvia sairauksia kromosomisairauksiksi.

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

Perinnöllisten sairauksien luokittelu

Kromosomaalinen	Monogeeninen	Monitekijäinen (polygeeninen)
Sukupuolikromosomien lukumäärän poikkeavuudet: - Shereshevsky-Turnerin oireyhtymä; - Klinefelterin oireyhtymä; - trisomia X -oireyhtymä; - oireyhtymä 47, XYY -autosomit: - Downin syndrooma; - Edwardsin oireyhtymä; - Pataun oireyhtymä; - osittainen trisomia 22 Kromosomien rakenteelliset poikkeavuudet: Cri du chat -oireyhtymä; 4p-deleetiosyndrooma; Naapurigeenien mikrodeleetiosyndroomat	Autosomaalinen dominantti: Marfanin oireyhtymä; von Willebrandin tauti; Minkowski-Shoffarin anemia ja muut Autosomaalinen resessiivinen: - fenyyliketonuria; - galaktosemia; - kystinen fibroosi jne. X-kromosomiin kytkeytyvä resessiivinen: Hemofilia A ja B; Duchennen myopatia; Ja muut. X-kromosomiin kytkeytyvä dominantti: - D-vitamiiniresistentti riisitauti; - ruskea värjäytyminen Hammaskiille jne.	Keskushermosto: jotkut epilepsian muodot, skitsofrenia jne. Sydän- ja verisuonijärjestelmä: reuma, verenpainetauti, ateroskleroosi jne. Iho: atooppinen ihottuma, psoriaasi jne. Hengityselimet: astma, allerginen alveoliitti jne. Virtsatiejärjestelmä: virtsakivitauti, enureesi jne. Ruoansulatusjärjestelmä: peptinen haava, epäspesifinen haavainen paksusuolitulehdus jne.

Kromosomisairaudet voivat johtua sekä kvantitatiivisista kromosomipoikkeavuuksista (genomimutaatioista) että rakenteellisista kromosomipoikkeavuuksista (kromosomipoikkeavuuksista). Kliinisesti lähes kaikki kromosomisairaudet ilmenevät kehitysvammaisuuksina ja useina synnynnäisinä vikoina, jotka ovat usein yhteensopimattomia elämän kanssa.

Monogeeniset sairaudet kehittyvät yksittäisten geenien vaurioitumisen seurauksena. Monogeenisiin sairauksiin kuuluvat useimmat perinnölliset aineenvaihduntasairaudet (fenyyliketonuria, galaktosemia, mukopolysakkaridoosit, kystinen fibroosi, adrenogenitaalinen oireyhtymä, glykogenoosit jne.). Monogeeniset sairaudet periytyvät Mendelin lakien mukaan, ja perintötyypin mukaan ne voidaan jakaa autosomaalisesti dominanttiin, autosomaalisesti resessiiviseen ja X-kromosomiin kytkeytyneisiin.

Monitekijäiset sairaudet ovat polygeenisiä, ja niiden kehittyminen vaatii tiettyjen ympäristötekijöiden vaikutusta. Monitekijäisten sairauksien yleiset oireet ovat seuraavat.

• Korkea esiintyvyys väestössä.
• Ilmeinen kliininen polymorfismi.
• Kliinisten oireiden samankaltaisuus potilaan ja lähisukulaisten keskuudessa.
• Ikä- ja sukupuolierot.
• Aikaisempi alkaminen ja kliinisten oireiden jonkinasteinen lisääntyminen laskevissa sukupolvissa.
• Lääkkeiden vaihteleva terapeuttinen teho.
• Taudin kliinisten ja muiden ilmentymien samankaltaisuus lähisukulaisilla ja sairastavalla henkilöllä (periytyvyyskerroin monitekijäisten sairauksien osalta ylittää 50–60 %).
• Perintömallien ristiriita Mendelin lakien kanssa.

Kliinisessä käytännössä on tärkeää ymmärtää termin "synnynnäiset epämuodostumat" ydin, joka voi olla yksi- tai moniperinnöllinen, perinnöllinen tai satunnaista. Perinnöllisiin sairauksiin eivät kuulu ne synnynnäiset sairaudet, jotka esiintyvät alkionkehityksen kriittisinä aikoina epäsuotuisten ympäristötekijöiden (fysikaaliset, kemialliset, biologiset jne.) vaikutuksen alaisena eivätkä ole periytyviä. Esimerkki tällaisesta patologiasta voi olla synnynnäinen sydänvika, joka usein johtuu patologisista vaikutuksista sydämen muodostumisen aikana (raskauden ensimmäinen kolmannes), esimerkiksi kehittyvän sydämen kudoksiin kohdistuvasta virusinfektiosta; sikiön alkoholioireyhtymästä, raajojen, korvalehtien, munuaisten, ruoansulatuskanavan jne. kehityshäiriöistä. Tällaisissa tapauksissa geneettiset tekijät muodostavat vain perinnöllisen alttiuden tai lisääntyneen alttiuden tiettyjen ympäristötekijöiden vaikutuksille. WHO:n mukaan kehityshäiriöitä esiintyy 2,5 %:lla kaikista vastasyntyneistä; 1,5 % niistä johtuu epäsuotuisten ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta raskauden aikana, loput ovat pääasiassa geneettisiä. Perinnöllisten ja synnynnäisten, ei-periytyvien sairauksien välinen ero on erittäin käytännöllinen jälkeläisten ennustamisen kannalta tietyssä perheessä.

[ 5 ]

Perinnöllisten sairauksien diagnostiikkamenetelmät

Käytännön lääketieteessä on tällä hetkellä kokonainen arsenaali diagnostisia menetelmiä, joiden avulla perinnöllisiä sairauksia voidaan havaita tietyllä todennäköisyydellä. Näiden menetelmien diagnostinen herkkyys ja spesifisyys vaihtelevat - jotkut mahdollistavat vain olettaa sairauden läsnäolon, kun taas toiset havaitsevat suurella tarkkuudella sairauden taustalla olevia mutaatioita tai määrittävät sen kulun ominaisuudet.

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

Sytogeneettiset menetelmät

Kromosomisairauksien diagnosointiin käytetään sytogeneettisiä tutkimusmenetelmiä. Näitä ovat:

• sukupuolikromatiinin tutkimukset - X- ja Y-kromatiinin määritys;
• karyotyypitys (karyotyyppi on solun kromosomijoukko) - kromosomien lukumäärän ja rakenteen määrittäminen kromosomisairauksien (genomimutaatioiden ja kromosomipoikkeavuuksien) diagnosoimiseksi.

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