Mga pag-aaral sa genetiko: mga indikasyon, pamamaraan

Sa mga nagdaang taon, ang isang pagtaas sa bahagi ng mga namamana na sakit sa pangkalahatang istraktura ng mga sakit ay naobserbahan. Kaugnay nito, ang papel ng genetic na pananaliksik sa praktikal na gamot ay tumataas. Kung walang kaalaman sa medikal na genetika, imposibleng epektibong masuri, gamutin at maiwasan ang mga namamana at congenital na sakit.

Ang namamana na predisposisyon ay malamang na likas sa halos lahat ng mga sakit, ngunit ang antas nito ay nag-iiba nang malaki. Kung isasaalang-alang natin ang papel ng mga namamana na kadahilanan sa paglitaw ng iba't ibang mga sakit, maaari nating makilala ang mga sumusunod na grupo.

• Mga sakit na ang pinagmulan ay ganap na tinutukoy ng mga genetic na kadahilanan (ang epekto ng isang pathological gene); Kasama sa grupong ito ang mga sakit na monogenic, ang mana na napapailalim sa mga pangunahing patakaran ng mga batas ni Mendel (mga sakit na Mendelian), at ang epekto ng panlabas na kapaligiran ay maaari lamang makaapekto sa intensity ng ilang mga pagpapakita ng proseso ng pathological (mga sintomas nito).
• Mga sakit, ang paglitaw nito ay higit na tinutukoy ng impluwensya ng panlabas na kapaligiran (mga impeksyon, pinsala, atbp.); Ang pagmamana ay maaari lamang makaimpluwensya sa ilang dami ng mga katangian ng reaksyon ng katawan, matukoy ang mga tampok ng kurso ng proseso ng pathological.
• Mga sakit kung saan ang pagmamana ay isang sanhi ng kadahilanan, ngunit para sa pagpapakita nito ay kinakailangan ang ilang mga impluwensya sa kapaligiran, ang kanilang mana ay hindi sumusunod sa mga batas ni Mendel (mga sakit na hindi Mendelian); tinatawag silang multifactorial.

Mga namamana na sakit

Ang pag-unlad ng bawat indibidwal ay resulta ng interaksyon ng genetic at environmental factors. Ang hanay ng mga gene ng tao ay itinatag sa panahon ng pagpapabunga at pagkatapos, kasama ng mga salik sa kapaligiran, tinutukoy ang mga katangian ng pag-unlad. Ang hanay ng mga gene ng isang organismo ay tinatawag na genome. Ang genome sa kabuuan ay medyo matatag, ngunit sa ilalim ng impluwensya ng pagbabago ng mga kondisyon sa kapaligiran, ang mga pagbabago - mutasyon - ay maaaring mangyari dito.

Ang mga pangunahing yunit ng pagmamana ay mga gene (mga seksyon ng molekula ng DNA). Ang mekanismo ng paghahatid ng namamana na impormasyon ay batay sa kakayahan ng DNA na mag-self-duplicate (magkopya). Ang DNA ay naglalaman ng genetic code (isang sistema ng pagtatala ng impormasyon tungkol sa lokasyon ng mga amino acid sa mga protina gamit ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides sa DNA at messenger RNA), na tumutukoy sa pag-unlad at metabolismo ng mga selula. Ang mga gene ay matatagpuan sa mga chromosome, mga elemento ng istruktura ng cell nucleus na naglalaman ng DNA. Ang lugar na inookupahan ng isang gene ay tinatawag na locus. Ang mga sakit na monogenic ay monolocus, ang mga polygenic na sakit (multifacttorial) ay multilocus.

Ang mga Chromosome (ang mga istrukturang hugis baras sa nuclei ng mga cell na nakikita sa ilalim ng isang light microscope) ay binubuo ng maraming libu-libong mga gene. Sa mga tao, ang bawat somatic, o non-sex, cell ay naglalaman ng 46 chromosomes, na kinakatawan ng 23 pares. Ang isa sa mga pares, ang mga sex chromosome (X at Y), ay tumutukoy sa kasarian ng indibidwal. Sa nuclei ng somatic cells, ang mga babae ay may dalawang X chromosome, habang ang mga lalaki ay may isang X at isang Y chromosome. Ang mga sex chromosome ng mga lalaki ay heterologous: ang X chromosome ay mas malaki at naglalaman ng maraming mga gene na responsable para sa parehong pagpapasiya ng kasarian at iba pang mga katangian ng organismo; ang Y chromosome ay maliit, may hugis na iba sa X chromosome, at pangunahing nagdadala ng mga gene na tumutukoy sa kasarian ng lalaki. Ang mga cell ay naglalaman ng 22 pares ng mga autosome. Ang mga autosomal chromosome ng tao ay nahahati sa 7 pangkat: A (1st, 2nd, 3rd pairs of chromosomes), B (4th, 5th pairs), C (6th, 7th, 8th, 9th, 10th, 11th, 12th pairs, pati na rin ang chromosome X, katulad ng laki at 3 chromosomes, D1 (6 at 3 chromosomes) Ika-15 na pares), E (ika-16, ika-17, ika-18 na pares), F (ika-19, ika-20 na pares), G (ika-21, ika-22 na pares at chromosome Y).

Ang mga gene ay nakaayos nang linear sa kahabaan ng mga chromosome, kung saan ang bawat gene ay sumasakop sa isang mahigpit na tinukoy na lugar (locus). Ang mga gene na sumasakop sa homologous loci ay tinatawag na allelic. Ang bawat tao ay may dalawang alleles ng parehong gene: isa sa bawat chromosome ng bawat pares, maliban sa karamihan ng mga gene sa chromosome X at Y sa mga lalaki. Kapag ang mga homologous na rehiyon ng isang chromosome ay naglalaman ng magkatulad na mga alleles, pinag-uusapan natin ang homozygosity; kapag naglalaman sila ng iba't ibang mga alleles ng parehong gene, nagsasalita kami ng heterozygosity para sa isang naibigay na gene. Kung ang isang gene (allele) ay nagpapakita ng epekto nito kapag naroroon lamang sa isang chromosome, ito ay tinatawag na nangingibabaw. Ang recessive gene ay nagpapakita lamang ng epekto nito kung ito ay nasa parehong miyembro ng isang chromosome pair (o sa isang X chromosome sa mga lalaki o sa mga babae na may X0 genotype). Ang isang gene (at ang kaukulang katangian) ay tinatawag na X-linked kung ito ay naisalokal sa chromosome X. Ang lahat ng iba pang mga gene ay tinatawag na autosomal.

Ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng nangingibabaw at recessive na mana. Sa nangingibabaw na pamana, ang isang katangian ay ipinakita kapwa sa homozygous at heterozygous na estado. Sa recessive inheritance, ang phenotypic (isang hanay ng mga panlabas at panloob na katangian ng isang organismo) ay sinusunod lamang sa homozygous na estado, habang wala sila sa heterozygosity. Posible rin ang isang nangingibabaw o recessive na mana na nauugnay sa sex; sa ganitong paraan, minana ang mga katangiang nauugnay sa mga gene na naka-localize sa mga sex chromosome.

Karaniwang nakakaapekto sa ilang henerasyon ng isang pamilya ang mga pangunahing namamanang sakit. Sa recessive inheritance, ang latent heterozygous na karwahe ng isang mutant gene ay maaaring umiiral sa isang pamilya sa loob ng mahabang panahon, dahil kung saan ang mga may sakit na bata ay maaaring ipanganak sa malulusog na magulang o kahit na sa mga pamilya kung saan ang sakit ay wala sa loob ng ilang henerasyon.

Ang mga mutation ng gene ay sumasailalim sa mga namamana na sakit. Ang pag-unawa sa mga mutasyon ay imposible nang walang modernong pag-unawa sa terminong "genome". Sa kasalukuyan, ang genome ay itinuturing na multigenome symbiotic na istraktura na binubuo ng obligatoryo at facultative na mga elemento. Ang batayan ng mga obligadong elemento ay structural loci (genes), ang bilang at lokasyon kung saan sa genome ay medyo pare-pareho. Ang mga istrukturang gene ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang 10-15% ng genome. Kasama sa konsepto ng "gene" ang na-transcribe na rehiyon: mga exon (ang aktwal na rehiyon ng coding) at mga intron (isang rehiyong hindi nagko-coding na naghihiwalay sa mga exon); at flanking sequence - ang pinuno, na nauuna sa simula ng gene, at ang buntot na hindi naisasalin na rehiyon. Ang mga elemento ng facultative (85-90% ng buong genome) ay DNA na hindi nagdadala ng impormasyon tungkol sa pagkakasunud-sunod ng amino acid ng mga protina at hindi mahigpit na obligado. Ang DNA na ito ay maaaring lumahok sa regulasyon ng pagpapahayag ng gene, magsagawa ng mga istrukturang function, dagdagan ang katumpakan ng homologous na pagpapares at recombination, at magsulong ng matagumpay na pagtitiklop ng DNA. Ang pakikilahok ng mga elemento ng facultative sa namamana na paghahatid ng mga katangian at ang pagbuo ng pagkakaiba-iba ng mutational ay napatunayan na ngayon. Ang ganitong kumplikadong istruktura ng genome ay tumutukoy sa pagkakaiba-iba ng mga mutation ng gene.

Sa pinakamalawak na kahulugan, ang mutation ay isang matatag, minanang pagbabago sa DNA. Ang mga mutasyon ay maaaring sinamahan ng mga pagbabago sa istruktura ng mga chromosome na nakikita sa ilalim ng mikroskopyo: pagtanggal - pagkawala ng isang seksyon ng isang chromosome; pagdoble - pagdodoble ng isang seksyon ng isang chromosome, pagpapasok (inversion) - isang break sa isang seksyon ng isang chromosome, pag-ikot nito sa pamamagitan ng 180 ° at attachment sa site ng break; pagsasalin - paghiwa-hiwalay ng isang seksyon ng isang kromosom at ikinakabit ito sa isa pa. Ang ganitong mga mutasyon ay may pinakamalaking nakakapinsalang epekto. Sa ibang mga kaso, ang mga mutasyon ay maaaring binubuo ng pagpapalit ng isa sa mga purine o pyrimidine nucleotides ng isang gene (point mutations). Ang mga naturang mutasyon ay kinabibilangan ng: missense mutations (mutations na may pagbabago sa kahulugan) - pagpapalit ng mga nucleotide sa mga codon na may phenotypic manifestations; walang kapararakan mutations (walang kabuluhan) - pagpapalit ng mga nucleotide na bumubuo ng mga codon ng pagwawakas, bilang isang resulta kung saan ang synthesis ng protina na naka-encode ng gene ay maagang natapos; splicing mutations - pagpapalit ng mga nucleotide sa junction ng mga exon at intron, na humahantong sa synthesis ng mga pinahabang molekula ng protina.

Ang isang bagong klase ng mga mutasyon ay natukoy na medyo kamakailan lamang - mga dynamic na mutasyon o expansion mutations na nauugnay sa kawalang-tatag ng bilang ng mga pag-uulit ng trinucleotide sa mga functional na makabuluhang bahagi ng mga gene. Maraming mga pag-uulit ng trinucleotide na naisalokal sa mga na-transcribe o regulasyong rehiyon ng mga gene ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na antas ng pagkakaiba-iba ng populasyon, kung saan ang mga phenotypic na karamdaman ay hindi sinusunod (ibig sabihin, ang sakit ay hindi nagkakaroon). Ang sakit ay bubuo lamang kapag ang bilang ng mga pag-uulit sa mga site na ito ay lumampas sa isang partikular na kritikal na antas. Ang ganitong mga mutasyon ay hindi minana alinsunod sa batas ni Mendel.

Kaya, ang mga namamana na sakit ay mga sakit na dulot ng pinsala sa genome ng cell, na maaaring makaapekto sa buong genome, mga indibidwal na chromosome at maging sanhi ng mga sakit sa chromosomal, o makakaapekto sa mga indibidwal na gene at maging sanhi ng mga sakit sa gene.

Ang lahat ng mga namamana na sakit ay karaniwang nahahati sa tatlong malalaking grupo:

• monogenic;
• polygenic, o multifactorial, kung saan nakikipag-ugnayan ang mga mutasyon ng ilang gene at non-genetic na salik;
• mga abnormalidad ng chromosomal, o mga anomalya sa istruktura o bilang ng mga chromosome.

Ang mga sakit na kabilang sa unang dalawang grupo ay madalas na tinatawag na genetic, at ang mga kabilang sa ikatlong grupo ay tinatawag na chromosomal disease.

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

Pag-uuri ng mga namamana na sakit

Chromosomal	Monogenic	Multifactorial (polygenic)
Anomalya sa bilang ng mga sex chromosome: - Shereshevsky-Turner syndrome; - Klinefelter syndrome; - trisomy X syndrome; - syndrome 47, XYY Autosomes: - Down's syndrome; - Edwards syndrome; - Patau syndrome; - bahagyang trisomy 22 Mga abnormalidad sa istruktura ng chromosome: Cri du chat syndrome; 4p deletion syndrome; Mga kalapit na gene microdeletion syndromes	Autosomal dominant: Marfan syndrome; sakit na von Willebrand; Minkowski-Shoffar anemia at iba pa Autosomal recessive: - phenylketonuria; - galactosemia; - cystic fibrosis, atbp. X-linked recessive: Hemophilia A at B; Duchenne myopathy; At iba pa. X-linked na nangingibabaw: - mga ricket na lumalaban sa bitamina D; - kulay kayumanggi Ang enamel ng ngipin, atbp.	CNS: ilang uri ng epilepsy, schizophrenia, atbp. Cardiovascular system: rayuma, hypertension, atherosclerosis, atbp. Balat: atopic dermatitis, psoriasis, atbp. Sistema ng paghinga: bronchial hika, allergic alveolitis, atbp. Sistema ng ihi: urolithiasis, enuresis, atbp. Sistema ng pagtunaw: peptic ulcer, nonspecific ulcerative colitis, atbp.

Ang mga sakit na Chromosomal ay maaaring sanhi ng quantitative chromosome anomalies (genomic mutations), gayundin ng structural chromosome anomalies (chromosomal aberrations). Sa klinika, halos lahat ng mga sakit sa chromosomal ay nagpapakita ng kanilang mga sarili bilang mga kapansanan sa intelektwal at maramihang mga congenital defect, kadalasang hindi tugma sa buhay.

Ang mga monogenic na sakit ay nabubuo bilang resulta ng pinsala sa mga indibidwal na gene. Kabilang sa mga monogenic na sakit ang karamihan sa mga namamana na metabolic na sakit (phenylketonuria, galactosemia, mucopolysaccharidoses, cystic fibrosis, adrenogenital syndrome, glycogenoses, atbp.). Ang mga monogenic na sakit ay minana ayon sa mga batas ni Mendel at, ayon sa uri ng pamana, ay maaaring nahahati sa autosomal dominant, autosomal recessive, at X-linked.

Ang mga sakit na multifactorial ay polygenic, at ang kanilang pag-unlad ay nangangailangan ng impluwensya ng ilang mga kadahilanan sa kapaligiran. Ang mga pangkalahatang palatandaan ng multifactorial na sakit ay ang mga sumusunod.

• Mataas na dalas sa populasyon.
• Binibigkas ang klinikal na polymorphism.
• Pagkakatulad ng clinical manifestations sa proband at malapit na kamag-anak.
• Mga pagkakaiba sa edad at kasarian.
• Mas maagang pagsisimula at ilang pagtaas sa mga klinikal na pagpapakita sa mga pababang henerasyon.
• Variable therapeutic efficacy ng mga gamot.
• Ang pagkakatulad ng klinikal at iba pang mga pagpapakita ng sakit sa malapit na kamag-anak at ang proband (ang koepisyent ng heritability para sa mga multifactorial na sakit ay lumampas sa 50-60%).
• Hindi pagkakatugma ng mga pattern ng mana sa mga batas ni Mendel.

Para sa klinikal na kasanayan, mahalagang maunawaan ang kakanyahan ng terminong "congenital malformations", na maaaring iisa o maramihan, namamana o sporadic. Ang mga namamana na sakit ay hindi kasama ang mga congenital na sakit na nangyayari sa mga kritikal na panahon ng embryogenesis sa ilalim ng impluwensya ng hindi kanais-nais na mga salik sa kapaligiran (pisikal, kemikal, biyolohikal, atbp.) at hindi minana. Ang isang halimbawa ng naturang patolohiya ay maaaring congenital heart defects, na kadalasang sanhi ng mga pathological effect sa panahon ng pagbuo ng puso (unang trimester ng pagbubuntis), halimbawa, isang viral infection na tropiko sa mga tisyu ng pagbuo ng puso; fetal alcohol syndrome, developmental anomalya ng limbs, auricles, kidneys, digestive tract, atbp. Sa ganitong mga kaso, ang genetic factor ay bumubuo lamang ng hereditary predisposition o tumaas na pagkamaramdamin sa mga epekto ng ilang mga kadahilanan sa kapaligiran. Ayon sa WHO, ang mga anomalya sa pag-unlad ay naroroon sa 2.5% ng lahat ng mga bagong silang; 1.5% ng mga ito ay sanhi ng pagkilos ng hindi kanais-nais na mga exogenous na kadahilanan sa panahon ng pagbubuntis, ang natitira ay higit sa lahat ay genetic na kalikasan. Ang pagkakaiba sa pagitan ng namamana at congenital na mga sakit na hindi minana ay may malaking praktikal na kahalagahan para sa paghula ng mga supling sa isang naibigay na pamilya.

[ 5 ]

Mga pamamaraan ng diagnostic ng mga namamana na sakit

Sa kasalukuyan, ang praktikal na gamot ay may isang buong arsenal ng mga diagnostic na pamamaraan na nagpapahintulot sa mga namamana na sakit na matukoy na may isang tiyak na posibilidad. Ang diagnostic sensitivity at specificity ng mga pamamaraang ito ay nag-iiba - pinahihintulutan lamang ng ilan na ipalagay ang pagkakaroon ng isang sakit, habang ang iba na may mahusay na katumpakan ay nakakakita ng mga mutasyon na sumasailalim sa sakit o tinutukoy ang mga katangian ng kurso nito.

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

Mga pamamaraan ng cytogenetic

Ang mga pamamaraan ng pananaliksik na cytogenetic ay ginagamit upang masuri ang mga sakit na chromosomal. Kabilang sa mga ito ang:

• pag-aaral ng sex chromatin - pagpapasiya ng X- at Y-chromatin;
• karyotyping (karyotype ay ang hanay ng mga chromosome ng isang cell) - pagpapasiya ng bilang at istraktura ng mga chromosome para sa layunin ng pag-diagnose ng mga chromosomal na sakit (genomic mutations at chromosomal aberrations).

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