Studii genetice: indicații, metode

În ultimii ani, s-a observat o creștere a ponderii bolilor ereditare în structura generală a bolilor. În acest sens, rolul cercetării genetice în medicina practică este în creștere. Fără cunoștințe de genetică medicală, este imposibil să se diagnosticheze, să se trateze și să se prevină eficient bolile ereditare și congenitale.

Predispoziția ereditară este probabil inerentă în aproape toate bolile, dar gradul său variază considerabil. Dacă luăm în considerare rolul factorilor ereditari în apariția diferitelor boli, putem distinge următoarele grupuri.

• Boli a căror origine este determinată în întregime de factori genetici (impactul unei gene patologice); acest grup include boli monogene, a căror moștenire este supusă regulilor de bază ale legilor lui Mendel (boli mendeliene), iar impactul mediului extern poate afecta doar intensitatea anumitor manifestări ale procesului patologic (simptomele acestuia).
• Boli, a căror apariție este determinată în principal de influența mediului extern (infecții, leziuni etc.); ereditatea poate influența doar anumite caracteristici cantitative ale reacției organismului, determinând caracteristicile cursului procesului patologic.
• Bolile în care ereditatea este un factor cauzal, dar pentru manifestarea ei sunt necesare anumite influențe de mediu, moștenirea lor nu respectă legile lui Mendel (boli non-mendeliene); acestea se numesc multifactoriale.

Boli ereditare

Dezvoltarea fiecărui individ este rezultatul interacțiunii factorilor genetici și de mediu. Setul de gene umane se stabilește în timpul fertilizării și apoi, împreună cu factorii de mediu, determină caracteristicile dezvoltării. Setul de gene ale unui organism se numește genom. Genomul în ansamblu este destul de stabil, dar sub influența condițiilor de mediu în schimbare, în el pot apărea modificări - mutații.

Unitățile de bază ale eredității sunt genele (secțiuni ale moleculei de ADN). Mecanismul de transmitere a informației ereditare se bazează pe capacitatea ADN-ului de a se autoduplica (replica). ADN-ul conține un cod genetic (un sistem de înregistrare a informațiilor despre amplasarea aminoacizilor în proteine folosind secvența nucleotidelor din ADN și ARN mesager), care determină dezvoltarea și metabolismul celulelor. Genele sunt situate în cromozomi, elemente structurale ale nucleului celular care conțin ADN. Locul ocupat de o genă se numește locus. Bolile monogene sunt monolocus, bolile poligene (multifactoriale) sunt multilocus.

Cromozomii (structurile în formă de tijă din nucleul celulelor vizibile la microscopul optic) constau din mii de gene. La om, fiecare celulă somatică sau non-sexuală conține 46 de cromozomi, reprezentați de 23 de perechi. Una dintre perechi, cromozomii sexuali (X și Y), determină sexul individului. În nucleul celulelor somatice, femeile au doi cromozomi X, în timp ce bărbații au un cromozom X și un cromozom Y. Cromozomii sexuali ai bărbaților sunt heterologi: cromozomul X este mai mare și conține multe gene responsabile atât pentru determinarea sexului, cât și pentru alte caracteristici ale organismului; cromozomul Y este mic, are o formă diferită de cromozomul X și poartă în principal gene care determină sexul masculin. Celulele conțin 22 de perechi de autozomi. Cromozomii autozomali umani sunt împărțiți în 7 grupe: A (perechile 1, 2, 3 de cromozomi), B (perechile 4, 5), C (perechile 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, precum și cromozomul X, similare ca dimensiune cu cromozomii 6 și 7), D (perechile 13, 14, 15), E (perechile 16, 17, 18), F (perechile 19, 20), G (perechile 21, 22 și cromozomul Y).

Genele sunt aranjate liniar de-a lungul cromozomilor, fiecare genă ocupând un loc (locus) strict definit. Genele care ocupă loci omoloage se numesc alelice. Fiecare persoană are două alele ale aceleiași gene: câte una pe fiecare cromozom din fiecare pereche, cu excepția majorității genelor de pe cromozomii X și Y la bărbați. Când regiunile omoloage ale unui cromozom conțin alele identice, vorbim despre homozigoție; când conțin alele diferite ale aceleiași gene, vorbim despre heterozigoție pentru o anumită genă. Dacă o genă (alelă) își prezintă efectul atunci când este prezentă pe un singur cromozom, aceasta se numește dominantă. O genă recesivă își prezintă efectul numai dacă este prezentă în ambii membri ai unei perechi de cromozomi (sau pe singurul cromozom X la bărbați sau la femei cu genotipul X0). O genă (și trăsătura corespunzătoare) se numește legată de X dacă este localizată pe cromozomul X. Toate celelalte gene se numesc autozomale.

Se face o distincție între moștenirea dominantă și cea recesivă. În moștenirea dominantă, o trăsătură se manifestă atât în starea homozigotă, cât și în cea heterozigotă. În moștenirea recesivă, manifestările fenotipice (un set de trăsături externe și interne ale unui organism) sunt observate doar în starea homozigotă, în timp ce acestea lipsesc în heterozigoție. Este posibilă și o moștenire dominantă sau recesivă legată de sex; în acest fel, sunt moștenite trăsături asociate cu gene localizate în cromozomii sexuali.

Bolile moștenite dominant afectează de obicei mai multe generații ale unei singure familii. În cazul moștenirii recesive, purtătorul heterozigot latent al unei gene mutante poate exista într-o familie pentru o lungă perioadă de timp, din cauza căreia se pot naște copii bolnavi din părinți sănătoși sau chiar în familii în care boala a fost absentă timp de mai multe generații.

Mutațiile genetice stau la baza bolilor ereditare. Înțelegerea mutațiilor este imposibilă fără o înțelegere modernă a termenului „genom”. În prezent, genomul este considerat o structură simbiotică multigenomică, formată din elemente obligatorii și facultative. Baza elementelor obligatorii sunt loci structurali (gene), al căror număr și locație în genom sunt destul de constante. Genele structurale reprezintă aproximativ 10-15% din genom. Conceptul de „genă” include regiunea transcrisă: exoni (regiunea codificatoare propriu-zisă) și introni (o regiune necodificatoare care separă exonii); și secvențele flancante - liderul, care precede începutul genei, și regiunea netradusă a cozii. Elementele facultative (85-90% din întregul genom) sunt ADN care nu poartă informații despre secvența de aminoacizi a proteinelor și nu este strict obligatoriu. Acest ADN poate participa la reglarea expresiei genelor, poate îndeplini funcții structurale, poate crește acuratețea împerecherii omoloage și a recombinării și poate promova replicarea cu succes a ADN-ului. Participarea elementelor facultative la transmiterea ereditară a trăsăturilor și la formarea variabilității mutaționale a fost acum dovedită. O astfel de structură complexă a genomului determină diversitatea mutațiilor genetice.

În sensul cel mai larg, o mutație este o modificare stabilă, moștenită, a ADN-ului. Mutațiile pot fi însoțite de modificări ale structurii cromozomilor, vizibile la microscop: deleție - pierderea unei secțiuni a unui cromozom; duplicație - dublarea unei secțiuni a unui cromozom; inserție (inversie) - ruperea unei secțiuni a unui cromozom, rotația acesteia cu 180° și atașarea la locul rupturii; translocație - ruperea unei secțiuni a unui cromozom și atașarea ei la altul. Astfel de mutații au cel mai mare efect dăunător. În alte cazuri, mutațiile pot consta în înlocuirea uneia dintre nucleotidele purinice sau pirimidinice ale unei singure gene (mutații punctuale). Astfel de mutații includ: mutații missense (mutații cu schimbare de sens) - înlocuirea nucleotidelor din codoni cu manifestări fenotipice; mutații nonsens (fără sens) - înlocuirea nucleotidelor care formează codoni de terminare, în urma cărora sinteza proteinei codificate de genă este terminată prematur; mutații de splicing - substituții de nucleotide la joncțiunea exonilor și intronilor, ceea ce duce la sinteza moleculelor proteice alungite.

O nouă clasă de mutații a fost identificată relativ recent - mutații dinamice sau mutații de expansiune asociate cu instabilitatea numărului de repetiții trinucleotidice în părți semnificative funcțional ale genelor. Multe repetiții trinucleotidice localizate în regiuni transcrise sau reglatoare ale genelor sunt caracterizate printr-un nivel ridicat de variabilitate a populației, în cadrul căruia nu se observă tulburări fenotipice (adică boala nu se dezvoltă). Boala se dezvoltă numai atunci când numărul de repetiții în aceste situsuri depășește un anumit nivel critic. Astfel de mutații nu sunt moștenite conform legii lui Mendel.

Astfel, bolile ereditare sunt boli cauzate de deteriorarea genomului celular, care pot afecta întregul genom, cromozomi individuali și pot provoca boli cromozomiale sau pot afecta gene individuale și pot fi cauza unor boli genetice.

Toate bolile ereditare sunt de obicei împărțite în trei mari grupe:

• monogenic;
• poligenic sau multifactorial, în care interacționează mutațiile mai multor gene și factori non-genetici;
• anomalii cromozomiale sau anomalii în structura sau numărul de cromozomi.

Bolile care aparțin primelor două grupe sunt adesea numite genetice, iar cele care aparțin celui de-al treilea grup sunt numite boli cromozomiale.

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

Clasificarea bolilor ereditare

Cromozomial	Monogenic	Multifactorială (poligenică)
Anomalii în numărul de cromozomi sexuali: - Sindromul Șereșevski-Turner; - sindromul Klinefelter; - sindromul trisomiei X; - sindromul 47, autozomi XYY: - Sindromul Down; - sindromul Edwards; - sindromul Patau; - trisomie parțială 22 Anomalii structurale ale cromozomilor: Sindromul Cri du chat; Sindromul deleției 4p; Sindroame de microdeleție a genelor vecine	Autosomal dominant: Sindromul Marfan; boala von Willebrand; Anemia Minkowski-Shoffar și altele Autosomal recesiv: - fenilcetonurie; - galactozemie; - fibroză chistică etc. Recesiv legat de X: Hemofilia A și B; Miopatie Duchenne; Și alții. Dominant legat de X: - rahitism rezistent la vitamina D; - colorație maro Smalțul dentar etc.	SNC: unele forme de epilepsie, schizofrenie etc. Sistemul cardiovascular: reumatism, hipertensiune arterială, ateroscleroză etc. Piele: dermatită atopică, psoriazis etc. Sistem respirator: astm bronșic, alveolită alergică etc. Sistemul urinar: urolitiază, enurezis etc. Sistem digestiv: ulcer peptic, colită ulcerativă nespecifică etc.

Bolile cromozomiale pot fi cauzate de anomalii cromozomiale cantitative (mutații genomice), precum și de anomalii cromozomiale structurale (aberații cromozomiale). Clinic, aproape toate bolile cromozomiale se manifestă ca dizabilități intelectuale și defecte congenitale multiple, adesea incompatibile cu viața.

Bolile monogene se dezvoltă ca urmare a deteriorării genelor individuale. Bolile monogene includ majoritatea bolilor metabolice ereditare (fenilcetonurie, galactozemie, mucopolizaharidoze, fibroză chistică, sindrom adrenogenital, glicogenoze etc.). Bolile monogene sunt moștenite conform legilor lui Mendel și, în funcție de tipul de moștenire, pot fi împărțite în autosomal dominante, autosomal recesive și legate de cromozomul X.

Bolile multifactoriale sunt poligenice, iar dezvoltarea lor necesită influența anumitor factori de mediu. Semnele generale ale bolilor multifactoriale sunt următoarele.

• Frecvență ridicată în populație.
• Polimorfism clinic pronunțat.
• Similitudinea manifestărilor clinice la proband și rudele apropiate.
• Diferențe de vârstă și sex.
• Debut mai precoce și o oarecare creștere a manifestărilor clinice în generațiile descendente.
• Eficacitatea terapeutică variabilă a medicamentelor.
• Similitudinea manifestărilor clinice și de altă natură ale bolii la rudele apropiate și la proband (coeficientul de ereditabilitate pentru bolile multifactoriale depășește 50-60%).
• Inconsistența modelelor de moștenire cu legile lui Mendel.

Pentru practica clinică, este important să se înțeleagă esența termenului „malformații congenitale”, care pot fi simple sau multiple, ereditare sau sporadice. Bolile ereditare nu includ acele boli congenitale care apar în perioadele critice ale embriogenezei sub influența factorilor de mediu nefavorabili (fizici, chimici, biologici etc.) și nu sunt moștenite. Un exemplu de astfel de patologie pot fi defectele cardiace congenitale, care sunt adesea cauzate de efecte patologice în perioada de formare a inimii (primul trimestru de sarcină), de exemplu, o infecție virală tropică la țesuturile inimii în curs de dezvoltare; sindromul alcoolic fetal, anomalii de dezvoltare ale membrelor, urechilor, rinichilor, tractului digestiv etc. În astfel de cazuri, factorii genetici formează doar o predispoziție ereditară sau o susceptibilitate crescută la efectele anumitor factori de mediu. Conform OMS, anomaliile de dezvoltare sunt prezente la 2,5% din totalul nou-născuților; 1,5% dintre acestea sunt cauzate de acțiunea factorilor exogeni nefavorabili în timpul sarcinii, restul fiind în principal de natură genetică. Distincția dintre bolile ereditare și cele congenitale care nu sunt moștenite este de mare importanță practică pentru prezicerea urmașilor într-o anumită familie.

[ 5 ]

Metode de diagnosticare a bolilor ereditare

În prezent, medicina practică dispune de un întreg arsenal de metode de diagnostic care permit detectarea bolilor ereditare cu o anumită probabilitate. Sensibilitatea și specificitatea diagnostică a acestor metode variază - unele permit doar presupunerea prezenței unei boli, în timp ce altele detectează cu mare precizie mutațiile care stau la baza bolii sau determină caracteristicile cursului acesteia.

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

Metode citogenetice

Metodele de cercetare citogenetică sunt utilizate pentru diagnosticarea bolilor cromozomiale. Acestea includ:

• studii ale cromatinei sexuale - determinarea cromatinei X și Y;
• cariotipare (cariotipul este setul de cromozomi ai unei celule) - determinarea numărului și structurii cromozomilor în scopul diagnosticării bolilor cromozomiale (mutații genomice și aberații cromozomiale).

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