Genetiske undersøgelser: indikationer, metoder

I de senere år er der observeret en stigning i andelen af arvelige sygdomme i den samlede sygdomsstruktur. I den henseende stiger genetisk forskning i den praktiske medicins rolle. Uden viden om medicinsk genetik er det umuligt effektivt at diagnosticere, behandle og forebygge arvelige og medfødte sygdomme.

Arvelig prædisposition er sandsynligvis iboende i næsten alle sygdomme, men graden varierer betydeligt. Hvis vi betragter arvelige faktorers rolle i forekomsten af forskellige sygdomme, kan vi skelne mellem følgende grupper.

• Sygdomme, hvis oprindelse udelukkende bestemmes af genetiske faktorer (påvirkningen af et patologisk gen); denne gruppe omfatter monogene sygdomme, hvis arv er underlagt de grundlæggende regler i Mendels love (Mendelske sygdomme), og påvirkningen af det ydre miljø kan kun påvirke intensiteten af visse manifestationer af den patologiske proces (dens symptomer).
• Sygdomme, hvis forekomst hovedsageligt bestemmes af påvirkningen fra det ydre miljø (infektioner, skader osv.); arvelighed kan kun påvirke nogle kvantitative karakteristika for kroppens reaktion, bestemme træk ved forløbet af den patologiske proces.
• Sygdomme, hvor arvelighed er en årsagsfaktor, men hvor visse miljømæssige påvirkninger er nødvendige for deres manifestation, og hvor deres arv ikke overholder Mendels love (ikke-Mendelske sygdomme); de kaldes multifaktorielle.

Arvelige sygdomme

Udviklingen af hvert individ er et resultat af samspillet mellem genetiske og miljømæssige faktorer. Sættet af menneskelige gener etableres under befrugtning og bestemmer derefter, sammen med miljøfaktorer, udviklingens karakteristika. Sættet af gener i en organisme kaldes genomet. Genomet som helhed er ret stabilt, men under påvirkning af skiftende miljøforhold kan der forekomme ændringer - mutationer - i det.

De grundlæggende enheder i arvelighed er gener (dele af DNA-molekylet). Mekanismen for transmission af arvelig information er baseret på DNA'ets evne til at selvduplikere (replikere). DNA indeholder en genetisk kode (et system til registrering af information om placeringen af aminosyrer i proteiner ved hjælp af sekvensen af nukleotider i DNA og messenger-RNA), som bestemmer cellernes udvikling og metabolisme. Gener er placeret i kromosomer, strukturelle elementer i cellekernen, der indeholder DNA. Den plads, som et gen optager, kaldes et locus. Monogene sygdomme er monolocus, polygene sygdomme (multifaktorielle) er multilocus.

Kromosomer (de stavformede strukturer i cellekernerne, der kan ses under et lysmikroskop) består af mange tusinde gener. Hos mennesker indeholder hver somatisk, eller kønsneutral, celle 46 kromosomer, repræsenteret af 23 par. Et af parrene, kønskromosomerne (X og Y), bestemmer individets køn. I cellekernerne i somatiske celler har kvinder to X-kromosomer, mens mænd har et X- og et Y-kromosom. Mænds kønskromosomer er heterologe: X-kromosomet er større og indeholder mange gener, der er ansvarlige for både kønsbestemmelse og andre karakteristika ved organismen; Y-kromosomet er lille, har en anden form end X-kromosomet og bærer primært gener, der bestemmer det mandlige køn. Celler indeholder 22 par autosomer. Menneskelige autosomale kromosomer er opdelt i 7 grupper: A (1., 2., 3. par af kromosomer), B (4., 5. par), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. par, samt kromosom X, der ligner kromosom 6 og 7 i størrelse), D (13., 14., 15. par), E (16., 17., 18. par), F (19., 20. par), G (21., 22. par og kromosom Y).

Gener er arrangeret lineært langs kromosomer, hvor hvert gen optager en strengt defineret plads (locus). Gener, der optager homologe loci, kaldes alleliske. Hver person har to alleler af det samme gen: en på hvert kromosom i hvert par, med undtagelse af de fleste gener på kromosomerne X og Y hos mænd. Når homologe regioner af et kromosom indeholder identiske alleler, taler vi om homozygositet; når de indeholder forskellige alleler af det samme gen, taler vi om heterozygositet for et givet gen. Hvis et gen (allel) udviser sin effekt, når det kun er til stede på ét kromosom, kaldes det dominant. Et recessivt gen udviser kun sin effekt, hvis det er til stede i begge medlemmer af et kromosompar (eller på det enkelte X-kromosom hos mænd eller hos kvinder med X0-genotypen). Et gen (og den tilsvarende egenskab) kaldes X-bundet, hvis det er lokaliseret på kromosom X. Alle andre gener kaldes autosomale.

Der skelnes mellem dominant og recessiv arv. Ved dominant arv manifesterer en egenskab sig både i homozygot og heterozygot tilstand. Ved recessiv arv observeres fænotypiske (et sæt af eksterne og interne træk hos en organisme) manifestationer kun i homozygot tilstand, mens de er fraværende ved heterozygositet. En kønsbundet dominant eller recessiv arv er også mulig; på denne måde nedarves træk forbundet med gener lokaliseret i kønskromosomer.

Dominant arvelige sygdomme rammer normalt flere generationer i en enkelt familie. Ved recessiv arv kan latent heterozygot bærerskab af et mutantgen eksistere i en familie i lang tid, hvilket kan føre til, at syge børn fødes af raske forældre eller endda i familier, hvor sygdommen har været fraværende i flere generationer.

Genmutationer ligger til grund for arvelige sygdomme. Det er umuligt at forstå mutationer uden en moderne forståelse af begrebet "genom". I øjeblikket betragtes genomet som en multigenomisk symbiotisk struktur bestående af obligatoriske og fakultative elementer. Grundlaget for de obligatoriske elementer er strukturelle loci (gener), hvis antal og placering i genomet er forholdsvis konstant. Strukturelle gener tegner sig for cirka 10-15% af genomet. Begrebet "gen" omfatter den transkriberede region: exoner (den faktiske kodende region) og introner (en ikke-kodende region, der adskiller exoner); og flankerende sekvenser - lederen, der går forud for genets begyndelse, og den utranslaterede haleregion. Fakultative elementer (85-90% af hele genomet) er DNA, der ikke bærer information om proteinernes aminosyresekvens og ikke er strengt obligatorisk. Dette DNA kan deltage i reguleringen af genekspression, udføre strukturelle funktioner, øge nøjagtigheden af homolog parring og rekombination og fremme vellykket DNA-replikation. Deltagelsen af fakultative elementer i den arvelige overførsel af træk og dannelsen af mutationsvariabilitet er nu blevet bevist. En sådan kompleks genomstruktur bestemmer diversiteten af genmutationer.

I bredeste forstand er en mutation en stabil, arvelig ændring i DNA. Mutationer kan være ledsaget af ændringer i kromosomernes struktur, der er synlige under et mikroskop: deletion - tab af en del af et kromosom; duplikation - fordobling af en del af et kromosom, insertion (inversion) - et brud i en del af et kromosom, dets rotation med 180° og fastgørelse til brudstedet; translokation - afbrydelse af en del af et kromosom og fastgørelse til et andet. Sådanne mutationer har den største skadelige effekt. I andre tilfælde kan mutationer bestå af erstatning af en af purin- eller pyrimidinnukleotiderne i et enkelt gen (punktmutationer). Sådanne mutationer omfatter: missense-mutationer (mutationer med en ændring i betydning) - erstatning af nukleotider i kodoner med fænotypiske manifestationer; nonsense-mutationer (senseless) - erstatning af nukleotider, der danner termineringskodoner, hvorved syntesen af det protein, der kodes af genet, afsluttes for tidligt; splejsningsmutationer - substitutioner af nukleotider ved krydset mellem exoner og introner, hvilket fører til syntesen af aflange proteinmolekyler.

En ny klasse af mutationer er blevet identificeret relativt nylig - dynamiske mutationer eller ekspansionsmutationer forbundet med ustabilitet i antallet af trinukleotidgentagelser i funktionelt signifikante dele af gener. Mange trinukleotidgentagelser lokaliseret i transkriberede eller regulatoriske regioner af gener er karakteriseret ved et højt niveau af populationsvariabilitet, inden for hvilket fænotypiske lidelser ikke observeres (dvs. sygdommen udvikler sig ikke). Sygdommen udvikler sig kun, når antallet af gentagelser på disse steder overstiger et vist kritisk niveau. Sådanne mutationer arves ikke i overensstemmelse med Mendels lov.

Arvelige sygdomme er således sygdomme forårsaget af skader på cellegenomet, som kan påvirke hele genomet, individuelle kromosomer og forårsage kromosomale sygdomme, eller påvirke individuelle gener og være årsag til gensygdomme.

Alle arvelige sygdomme er normalt opdelt i tre store grupper:

• monogen;
• polygenisk eller multifaktoriel, hvor mutationer af flere gener og ikke-genetiske faktorer interagerer;
• kromosomale abnormiteter eller anomalier i strukturen eller antallet af kromosomer.

Sygdomme, der tilhører de to første grupper, kaldes ofte genetiske, og dem, der tilhører den tredje gruppe, kaldes kromosomale sygdomme.

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

Klassificering af arvelige sygdomme

Kromosomal	Monogen	Multifaktoriel (polygenisk)
Anomalier i antallet af kønskromosomer: - Shereshevsky-Turners syndrom; - Klinefelters syndrom; - trisomi X-syndrom; - syndrom 47, XYY autosomer: - Downs syndrom; - Edwards syndrom; - Pataus syndrom; - delvis trisomi 22 Strukturelle abnormiteter i kromosomer: Cri du chat-syndrom; 4p deletionssyndrom; Nabogeners mikrodeletionssyndromer	Autosomal dominant: Marfan syndrom; von Willebrands sygdom; Minkowski-Shoffar anæmi og andre Autosomal recessiv: - fenylketonuri; - galaktosæmi; - cystisk fibrose osv. X-bundet recessiv: Hæmofili A og B; Duchenne myopati; Og andre. X-bundet dominant: - D-vitaminresistent rakitis; - brunfarvning Tandemalje osv.	CNS: nogle former for epilepsi, skizofreni osv. Kardiovaskulært system: gigt, hypertension, åreforkalkning osv. Hud: atopisk dermatitis, psoriasis osv. Åndedrætssystem: bronkial astma, allergisk alveolitis osv. Urinvejssystemet: urolithiasis, enurese osv. Fordøjelsessystemet: mavesår, uspecifik colitis ulcerosa osv.

Kromosomale sygdomme kan være forårsaget af kvantitative kromosomanomalier (genomiske mutationer) såvel som strukturelle kromosomanomalier (kromosomafvigelser). Klinisk manifesterer næsten alle kromosomale sygdomme sig som intellektuelle handicap og multiple medfødte defekter, ofte uforenelige med livet.

Monogene sygdomme udvikler sig som følge af skader på individuelle gener. Monogene sygdomme omfatter de fleste arvelige metaboliske sygdomme (phenylketonuri, galaktosæmi, mukopolysakkaridoser, cystisk fibrose, adrenogenitalt syndrom, glykogenoser osv.). Monogene sygdomme nedarves i henhold til Mendels love og kan, afhængigt af arvetypen, opdeles i autosomal dominant, autosomal recessiv og X-bundet.

Multifaktorielle sygdomme er polygene, og deres udvikling kræver indflydelse fra visse miljøfaktorer. De generelle tegn på multifaktorielle sygdomme er som følger.

• Høj frekvens i befolkningen.
• Udtalt klinisk polymorfi.
• Lighed i kliniske manifestationer hos probanden og nære slægtninge.
• Alders- og kønsforskelle.
• Tidligere debut og en vis stigning i kliniske manifestationer i nedadgående generationer.
• Variabel terapeutisk effekt af lægemidler.
• Lighed mellem kliniske og andre manifestationer af sygdommen hos nære slægtninge og probanden (arvelighedskoefficienten for multifaktorielle sygdomme overstiger 50-60%).
• Uoverensstemmelse mellem arvemønstre og Mendels love.

I klinisk praksis er det vigtigt at forstå essensen af begrebet "medfødte misdannelser", som kan være enkelte eller multiple, arvelige eller sporadiske. Arvelige sygdomme omfatter ikke de medfødte sygdomme, der opstår i kritiske perioder af embryogenesen under påvirkning af ugunstige miljøfaktorer (fysiske, kemiske, biologiske osv.) og ikke er arvelige. Et eksempel på en sådan patologi kan være medfødte hjertefejl, som ofte er forårsaget af patologiske effekter i perioden med hjertedannelse (første trimester af graviditeten), for eksempel en virusinfektion tropisk for vævet i det udviklende hjerte; føtalt alkoholsyndrom, udviklingsanomalier i lemmer, øremuskler, nyrer, fordøjelseskanal osv. I sådanne tilfælde danner genetiske faktorer kun en arvelig prædisposition eller øget modtagelighed for virkningerne af visse miljøfaktorer. Ifølge WHO er udviklingsanomalier til stede hos 2,5% af alle nyfødte; 1,5% af dem er forårsaget af virkningen af ugunstige eksogene faktorer under graviditeten, resten er hovedsageligt af genetisk karakter. Sondringen mellem arvelige og medfødte sygdomme, der ikke er arvelige, er af stor praktisk betydning for at forudsige afkom i en given familie.

[ 5 ]

Metoder til diagnostik af arvelige sygdomme

I øjeblikket har praktisk medicin et helt arsenal af diagnostiske metoder, der gør det muligt at opdage arvelige sygdomme med en vis sandsynlighed. Den diagnostiske følsomhed og specificitet af disse metoder varierer - nogle tillader kun at antage tilstedeværelsen af en sygdom, mens andre med stor nøjagtighed opdager mutationer, der ligger til grund for sygdommen eller bestemmer karakteristikaene for dens forløb.

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

Cytogenetiske metoder

Cytogenetiske forskningsmetoder anvendes til at diagnosticere kromosomale sygdomme. De omfatter:

• kønskromatinundersøgelser - bestemmelse af X- og Y-kromatin;
• karyotypning (karyotype er sættet af kromosomer i en celle) - bestemmelse af antallet og strukturen af kromosomer med det formål at diagnosticere kromosomale sygdomme (genomiske mutationer og kromosomafvigelser).

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