Метод молекулярного анализа

Метод молекулярного анализа используется во всех трех перечисленных методах. Успехи, достигнутые в последние годы в молекулярной биологии, биофизике, биохимии, медицинской генетике и смежных областях, привели к созданию и внедрению в практическую медицину молекулярно-генетических методов исследования генома человека, в частности для диагностики целого ряда наследственных и широко распространенных заболеваний. Методы ДНК-диагностики позволяют осуществлять точную и, что очень важно, доклиниче­скую (до развития симптомов заболевания) диагностику многих заболеваний, проводить пренатальную (дородовую) диагностику наследственных болезней. Молекулярно-генетическая диагностика может быть проведена на самых ран­них этапах развития эмбриона и плода независимо от биохимических или кли­нических проявлений болезни. Молекулярно-генетические методы предназна­чены для выявления особенностей в структуре ДНК.

Проблемы и достижения медицинской генетики

Автор учебника «Клиническая генетика» Николай Павлович Бочков так определяет задачи медицинской генетики: «медицинская генетика изучает роль наследственности в патологии человека, закономерности передачи из поколе­ния в поколение наследственных болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики наследственной патологии, включая болезни с наслед­ственной предрасположенностью. Указанное направление синтезирует меди­цинские и генетические открытия и достижения, направляя их на борьбу с бо­лезнями и улучшение здоровья людей».

В зависимости от относительной значимости наследственности и факто­ров среды в проявлении и протекании болезней их делят на 4 группы.

1. Наследственные заболевания. В их основе лежат мутации. Тем не ме­нее факторы среды могут оказывать влияние на степень выраженности и проте­кание болезни (болезнь Дауна, гемофилия и др.).

2. Заболевания с наследственной предрасположенностью. Это наследст­венные заболевания, но проявление их зависит от факторов среды (аллергии на некоторые лекарства или другие факторы, алкоголизм и др.).

3. Заболевания, связанные с влиянием факторов среды. В то же время возникновение и степень их выраженности зависит от наследственности (ги­пертоническая болезнь, туберкулез и др.).

4. Заболевания, в происхождении которых наследственность не имеет ни­какого значения (ожоги, большинство травм и др.). Однако в протекании этих болезней наследственности принадлежит далеко не последняя роль.

При любом заболевании, как считают медики, лечить нужно не болезнь, а больного, т. к. генотип каждого человека — это уникальная система, в кото­рой на проявление действия каждого гена влияют другие гены и факторы среды. Поскольку ген действует не однозначно, а в пределах нормы реакции гено­типа, его пенетрантность и экспрессивность как в норме, так и при патологиях, для каждого человека уникальны.

В зависимости от сроков проявления и причин, вызывающих заболева­ния, их делят на врожденные, наследственные и семейные.

Врожденными называют болезни, с которыми ребенок рождается. Это могут быть как наследственные болезни, так и фенокопии.

Наследственными называются болезни, в основе которых лежат мутации. Около 50% наследственных болезней не являются врожденными, т. к. проявляют­ся не сразу при рождении, а в детском, взрослом или даже в пожилом возрасте.

Семейные болезни могут быть как наследственными, так и ненаследст­венными. Объединяет их то, что они проявляются у родственников от двух до нескольких поколений. Причиной таких болезней могут быть одинаковые вред­ные факторы: неправильное питание, плохая освещенность, сырость квартиры, одна и та же профессия с вредными условиями труда (шахтеры, ткачи и др.).

 

Наследственные болезни

Теоретически возможное число наследственных болезней человека опре­деляется в 50000—100000, к настоящему времени их известно около 5000.

По типу мутаций и характеру взаимодействия со средой И. П. Бочков де­лит наследственные болезни на5 групп.

1. Генные болезни (причиной являются изменения на уровне ДНК — ген­ные мутации).

2. Хромосомные болезни (связаны с изменениями структуры или числа хромосом, т. е. в их основе лежат хромосомные и геномные мутации).

3. Болезни с наследственной предрасположенностью (синоним: мультифакториальные), на проявление которых оказывают влияние как мутации, так и факторы внешней среды.

4. Генетические болезни соматических клеток.

5. Болезни генетической несовместимости матери и плода.

 

Генные болезни

Генные мутации наследуются в соответствии с законами Г. Менделя и практически не зависят от факторов среды, которые могут, однако, менять сте­пень выраженности заболевания и тяжесть его протекания., У человека описаны все типы генных мутаций, любая из них может быть причиной наследственной болезни. В одном гене может происходить несколько мутаций разных видов. Известны случаи от 30 и даже 200 мутаций, вызываю­щих одну и ту же болезнь; но мутации в разных частях одного гена могут при­водить и к развитию разных болезней. Течение заболевания зависит от взаимо­действия генов или многих других причин. Современные методы позволяютопределить материнские и отцовские хромосомы у детей. Установлено, что ха­рактер проявления некоторых заболеваний зависит от того, с чьей гаметой (ма­тери или отца) попал соответствующий ген в генотип ребенка. Это явление на­зывается эффектом запечатления, или импритингом. Механизм импритинга по­ка неизвестен. Первопричиной мутаций являются нарушения синтеза фермен­тов (ферментопатии) и других белков: белок не синтезируется; синтезируется нетипичный белок; синтезируется мало белка или излишне много. Это приво­дит к изменениям обменных процессов.

Генные болезни выявляются генеалогическим методом. Посредством это­го метода устанавливается тип наследования заболевания:

— аутосомно-доминантный;

— аутосомно-рецессивный;

— Х-сцепленный доминантный;

— Х-сцепленный рецессивный;

— У-сцепленный (голандрический).

 

1) Аутосомно-доминантные заболевания

Некоторые особенности заболевания этого типа:

а) Болезнь встречается в каждом поколении. Это называется передачей болезни по вертикали с равной вероятностью у лиц обоего пола.

б) Больные мужчины (А") и женщины одинаково передают болезнь своим детям обоего пола.

в) Чем тяжелее болезнь отражается на репродукции, тем чаще она бы­вает вызвана новыми мутациями.

г) Болезнь у гомозигот (АА) обычно протекает тяжелее, чем у гетерозигот (Аа).

Эти болезни по-разному протекают не только в разных семьях, но и сре­ди членов одной семьи.

 

Примеры аутосомно-доминантных аномалий

Ахондроплазия — карликовость, при которой нормально развито тулови­ще и голова, но очень укорочены конечности. Подавляющая часть детей гибнет внутриутробно, родившиеся жизнеспособны, фертильны и умственно нормаль­ны. Есть сведения о том, что часто мутация возникает заново у пожилых отцов. Заболевание лечится хирургическим путем: ломают конечности с целью нарас­тания костной мозоли, за счет чего происходит их удлинение.

Брахидактилия, или короткопалость. Часто укороченными оказываются все пальцы, иногда укорачиваются фаланги только отдельных пальцев рук или ног.

Полидактилия — шестипалость. Экспрессивность гена различна: может быть шесть пальцев на всех конечностях или на руках и ногах соответственно 5,5—6,6; 5,6—5,7. Исправляется хирургически.

Синдром Марфана (СМ), или арахнодактилия. Симптомы разнообразны: от легких форм, трудно отличимых от нормы, до инвалидности. Наиболее спе­цифичны нарушения в скелете, вывих хрусталика глаза, сердечно-сосудистые изменения, очень длинные («паучьи») пальцы. Пенетрантность 30%.

 

2) Аутосомно-рецессивные заболевания

Некоторые особенности заболеваний этого типа. Заболевание может про­являться:

— не в каждом поколении с равной вероятностью у лиц обоего пола;

— у детей нормальных родителей (Аа х Аа);

— чаще всего в браках кровных родственников.

Примеры аутосомно-рецессивных болезней

Альбинизм общий — не образуется пигмент меланин. Кожа молочно-белого цвета, волосы очень светлые, глаза красновато-розового цвета, повы­шенная чувствительность к свету.

Амавротическая семейная идиотия — имеет несколько форм. Наиболее распространена форма Тея-Сакса, которая начинается в возрасте до 1 года, а к 4—5 годам заканчивается летальным исходом вследствие изменений в нервных клетках. Частой причиной являются родственные браки.

Врожденный гипотиреоз. Это название объединяет несколько наруше­ний, которые зависят от наследственных и ненаследственных факторов. Забо­левание вызвано отсутствием щитовидной железы или нарушением ее функ­ций. Клинические проявления выражаются в резком отставании детей в росте, в умственной отсталости. Имеются методы диагностики и лечения, которое вы­ражается в пожизненной специальной диете. В России все новорожденные про­веряются на это заболевание. Такое массовое обследование называется скри­нингом (скрининг — просеивание).

Муковисцидоз (MB), или кистозный фиброз. Очень широко распростра­ненное заболевание, разработана диагностика, но нет эффективных методов ле­чения. Проявляется заболевание в четырех формах с большим размахом клини­ческого полиморфизма — кишечная непроходимость, цирроз печени, заболева­ния бронхо-легочной системы. Больные могут умирать в первые годы жизни, при лечении доживают до 30 лет. Известно более 200 разных патологических мутаций.

Фенилкетонурия (ФКУ). Дети рождаются нормальными, но в первые же недели после рождения у них появляется повышенная возбудимость, судорож­ные припадки, «мышиный запах», позже развивается умственная отсталость. Известно более 30 разных мутаций. Есть методы диагностики и лечения — специальная диета. Заболевание в России подвергается скринингу.

3, 4) Болезни с Х-сцепленным типом наследования (доминантные и рецессивные)

Выявлено более 200 генов, локализованных в Х-хромосоме и не имею­щих гомологов в Y-хромосоме. Большинство этих генов вызывают серьезные аномалии. Болезни, вызываемые такими генами, называются сцепленными с полом. Особенностями этих болезней является то, что они по-разному прояв­ляются у мужчин и женщин. Причины этого:

а)       женщины, имея 2 Х-хромосомы, бывают гомо- и гетерозиготными по аномальному гену, мужчины — только гемизиготными;

б)        «работающей» у женщин является только одна Х-хромосома, причем в разных клетках при гетерозиготности могут «работать» разные аллели.

 

Некоторые особенности болезней с Х-сцепленным доминантным типом наследования

• Болеют мужчины и женщины, но больных в родословной женщин в 2 раза больше, чем мужчин (мужчины ХдУ женщины ХдХд и ХдХ_а).

• Больной мужчина передает патологический аллель всем дочерям (через х-хромосому) и не передает сыновьям (они от отца получают Y-xpoмосому, которая аналогичного гена не «несет»).

• Больные женщины (как правило, гетерозиготы). Болезнь у них более вариабельна, чем у мужчин, которые гемизиготны по аномальному аллелю.

Примеры Х-сцепленных доминантных заболеваний

Кожное заболевание, приводящее к частичной или полной потере ресниц, бровей, волос на голове.

Устойчивый к витамину Д рахит.

Пигментный дерматоз— приводит к гибели пораженных мальчиков еще до рождения — на разных стадиях развития. У девочек обнаруживаются кож­ные поражения, «мраморная» пигментация, аномалии зубов.

Гипоплазия эмали — резкое истончение эмали, изменение цвета зубов.

 

Некоторые особенности болезней с Х-сцепленным рецессивным типом наследования

• Женщины практически всегда гетерозиготны, т. е. фенотипически нор­мальны и являются носительницами аномального аллеля (Х^АХ^а).

• Больные мужчины передают патологический аллель всем своим доче­рям и никому из сыновей.

• Все дочери больных мужчин являются носительницами патологическо­го аллеля.

• Примеры Х-сцепленных рецессивных болезней

• Альбинизм глазной — включает ряд морфологических изменений глаза и нарушений его функции: снижения зрения, расстройства цветового зрения и др.

• Гемофилия — несвертываемость крови. Есть методы ранней диагностики и лечения.

• Гемералопия — ночная, или куриная слепота. Неспособность видеть при сумеречном или ночном освещении (бывают и другие формы наследования).

• Дальтонизм (ахроматопия), или частичная цветовая слепота. При разных формах неспособность различать красный, зеленый или синий цвет (есть и ау-тосомно-рецессивный тип наследования).

• Синдром Леша-Найхана — характеризуется неврологическими расстрой­ствами и неукротимым стремлением к самоповреждениям. У мужчин болезнь протекает так тяжело, что они никогда не имеют детей. Болеют только маль^ чики.

• Мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) — прогрессирующая атрофия мускулатуры (имеет несколько форм и несколько типов наследования). Тяже­лое, неизлечимое заболевание, которое неизбежно ведет к ранней смерти. Бо­леют только мальчики

 Y — сцепленный тип наследования (голандрическое наследование) Ген локализован в Y-хромосоме и не имеет гомологов в Х-хромосоме. В Y-хромосоме человека обнаружено очень мало генов; ген, обусловли­вающий развитие семенников; ген, отвечающий за сперматогенез. Патологиче­ские мутации этих генов наследоваться не могут, т. к. их носители стерильны. Следовательно, мутации возникают заново.

Хромосомные болезни

Хромосомные болезни выявляются цитогенетическим методом.

1) Заболевания, связанные с нарушениями в числе аутосом По аутосомам нет ни одной моносомии. Хорошо изученной и довольно часто встречающейся является единственная трисомия — по 21-й хромосоме, которая приводит к возникновению синдрома (или болезни) Дауна (СД); соот­ношение девочек и мальчиков 1:1.

Типичными признаками больных являются: широкая переносица, широ­кое расстояние между ноздрями, монголоидный разрез глаз с характерной складкой века (эпикантом), большой (обычно высунутый) язык. Примерно по­ловина больных имеют порок сердца и крупных сосудов. Все больные умствен­но отсталые.

Цитогенетические варианты СД разнообразны: основную долю (94— 95%) составляет полная трисомия — 21(47+21), которая является следствиемнерасхождения 21-х хромосом в мейозе; около 2% детей с СД имеют мозаич­ные формы (47+21/46), примерно 4% больных имеют транслокации по типу центрических слияний двух хромосом — 21. Почти 50% транслокационных форм наследуется от родителей-носителей транслокации, число хромосом у ре­бенка при этом равно 46, т. к. две 21-е хромосомы, соединенные в одну, «при­шли» от одного родителя и одна нормальная от второго. Известны также транс­локации между 21-й и одной из 13, 14, 15, 22-й хромосомами.

Разные варианты хромосомных наборов при синдроме Дауна — одна из причин разной выраженности симптомов этой болезни.

Без специального лечения больные умирают до 9 лет. Благодаря лечению они доживают примерно до 40 лет. Мужчины бесплодны, среди женщин из­вестны случаи, когда они имели детей, причем как с СД, так и нормальных. Многие больные СД при реабилитации могут выполнять несложные виды ра­бот. Частота рождения детей с СД на 80% зависит от матери, именно ее 21-я хромосома оказывается лишней у ребенка и на 20% от отца. Во многом частота рождения детей с СД зависит от возраста матери. Наибольшая вероятность иметь ребенка с СД у матерей до 18 лет (1:45) и у матерей после 35 лет — 1:30; к 45 годам и старше она достигает 1:12.

Среди новорожденных встречаются дети с трисолшей по 13-й хромосоме (вызывает синдром Патау) и 18-й хромосоме — синдром Эдеардса. Оба син­дрома включают настолько значительные отклонения от нормы, что их носите­ли не доживают до 1 года (табл. 10).

Несколько дольше (даже до 17 лет) живут дети с трисолшей по 8-й хро­мосоме, Наиболее часты при этом отклонения в строении лица, опорно-двигательного аппарата, мочевой системы, умственная отсталость и ряд других отклонений от нормы. Случаев такой трисомии очень мало среди живорожден­ных детей.

2)        Нарушения в структуре аутосом

Из нарушений в структуре аутосом хорошо известна аномалия, получив­шая название синдром «кошачьего крика» — плач новорожденных напоминает крик кошки. Синдром обусловлен делецией в коротком плече 5-й хромосомы. Значительные отклонения от нормы (в том числе умственная недостаточность) приводят к тому, что дети умирают в первые годы жизни, однако некоторые доживают до 10 и даже до 50 лет.

3)        Нарушения в числе половых хромосом

Единственной формой моносомии у человека является моносомия по Х-хромосоме (45, ХО), которая вызывает у женщин синдром Шерешевского-Тернера (СШТ). Характерными для этого синдрома признаками в связи с отсут­ствием тельца Барра являются низкий рост, крыловидная мышца шеи, короткая шея, недоразвитие половых органов и вторичных половых признаков, умствен­ная отсталость (но бывает и высокий интеллект) — IQ 51—130.

Наряду с полным отсутствием одной Х-хромосомы возможен и мозаи-цизм (45, Х/46ХХ). Отсюда и разная тяжесть заболевания.

Полисомии по половым хромосомам разнообразны (табл. 10), хотя боль­шинство из них встречается редко. Наиболее частыми являются: 47, XXY — синдром Клайнфельтера и синдром дисомии по Y-хромосоме (47, XYY).

Таблица 10

Нарушения, связанные с различными типами анеуплоидии у человека (по Айала, 1988)

 

Хромосомы	Синдром	Частота среди новорожденных
Аутосомы
Трисомия 21	Дауна	1/700
Трисомия 13	Патау	1/5000
Трисомия 18	Эдварса	1/10000
Половые хромосомы (женщины)
ХО, моносомия	Тернера	1/5000
XXX, трисомия	ХХХ-синдром	1/700
ХХХХ, тетрасомия		1/700
ХХХХХ, пентасомия		1/700
Половые хромосомы (мужчины)
XYY, трисомия	Норма	1/1000
XXY	Клайнфельтера	1/500
XXYY	Клайнфельтера	1/500
XXXY	Клайнфельтера	1/500
XXXXY	Клайнфельтера	1/500
XXXXXY	Клайнфельтера	1/500

 

При синдроме Клайнфельтера у мужчин выявляется тельце Барра; такие мужчины бывают высокого роста, с женским типом телосложения, бесплодны, с пониженным интеллектом, но иногда и с достаточно высоким и даже повы­шенным— IQ40—119.

При синдроме дисомии по У-хромосоме большинство мужчин высокого роста, но некоторые не отличаются от нормальных по физическому и умствен­ному (IQ 60—119) развитию, фертильны. При соответствующих условиях муж­чины XYY склонны к агрессивным и даже к криминальным поступкам. Часто их обнаруживают в психиатрических больницах при тюрьмах.

Анеуплоидии как по аутосомам, так и по половым хромосомам, связаны с нерасхождением хромосом в мейозе при образовании половых клеток или в ми­тозе на ранних стадиях развития зародыша. В подавляющем большинстве ауто­сомных и половых трисомий лишняя хромосома оказывается материнской.

Есть существенные отличия между аутосомными и половыми трисомиями:

1) не зарегистрировано ни одного случая рождения ребенка с аутосомной моносомией и более чем с трисомией (табл. 10);

2) моносомия по У-хромосоме ни разу не зарегистрирована;

3) моносомия по Х-хромосоме вполне совместима с жизнью;

4) известно значительное разнообразие отклонений от нормы по числу половых хромосом;

5) умственное развитие при трисомиях половых хромосом не столь зна­чительно, как при аутосомных трисомиях, причем иногда интеллект не нару­шен или даже выше среднего;

6) с увеличением числа Х-хромосом возрастает степень умственной от­сталости;

7) фенотипические нарушения при нарушениях числа половых хромосом в большей степени затрагивают развитие половых органов и рост (зависит от половых гормонов); другие пороки развития встречаются реже и не очень тя­желые.

Вероятной причиной особенностей аутосомных трисомий может быть существенное нарушение регуляции активности генов во время эмбрионально­го развития, тогда как Х-хромосомная анеуплоидия не нарушает эмбрионально­го развития в такой степени, как аутосомные анеуплоидии. По-видимому, это связано с тем, что в норме женщина имеет две, а мужчина только одну X-хромосому, в связи с чем в эволюции сформировался мощный механизм ком­пенсации различий в дозе генов Х-хромосомы в виде перехода одной из X-хромосом в тельце Барра.

Олигофрении

Более 100 наследственных генных и хромосомных заболеваний связано с поражением нервной системы. Наиболее часто при этих заболеваниях страдают психика, интеллект.

Под термином «олигофрения» — малоумие — объединяются различные наследственные и врожденные заболевания, связанные с нарушением развития головного мозга (иногда и всего организма в целом).

В отечественной литературе выделяют три степени олигофрении, кото­рые различаются по степени психического недоразвития и снижения IQ.

Интеллект считается нормальным при показателях IQ, равных 90—110 баллам.

Наиболее тяжелой формой умственного дефекта является идиотия — IQ не превышает 20; среднетяжелое поражение интеллекта — имбецильность — IQ 21 —50; легкие случаи дефекта — дебильность — IQ > 50.

В США принята следующая градация умственной недостаточности: глу­бокий дефект интеллекта — 1Q до 24; тяжелый дефект — 25—39; умеренная степень дефекта — 40—54, легкая степень — 55—69 и пограничные состоя­ния — IQ 70—84.