Genetikai vizsgálatok: indikációk, módszerek

Az utóbbi években az örökletes betegségek arányának növekedése figyelhető meg a betegségek teljes szerkezetében. E tekintetben a genetikai kutatások szerepe a gyakorlati orvoslásban növekszik. Az orvosi genetika ismerete nélkül lehetetlen hatékonyan diagnosztizálni, kezelni és megelőzni az örökletes és veleszületett betegségeket.

Az örökletes hajlam valószínűleg szinte minden betegségben benne rejlik, de mértéke jelentősen változó. Ha figyelembe vesszük az örökletes tényezők szerepét a különböző betegségek előfordulásában, a következő csoportokat különböztethetjük meg.

• Olyan betegségek, amelyek eredetét teljes mértékben genetikai tényezők határozzák meg (egy kóros gén hatása); ebbe a csoportba tartoznak a monogén betegségek, amelyek öröklődése Mendel törvényeinek alapvető szabályai alá tartozik (Mendel-betegségek), és a külső környezet hatása csak a kóros folyamat egyes megnyilvánulásainak (tüneteinek) intenzitását befolyásolhatja.
• Betegségek, amelyek előfordulását főként a külső környezet (fertőzések, sérülések stb.) hatása határozza meg; az öröklődés csak a szervezet reakciójának bizonyos mennyiségi jellemzőit befolyásolhatja, meghatározhatja a kóros folyamat lefolyásának jellemzőit.
• Azokat a betegségeket, amelyekben az öröklődés oki tényező, de megnyilvánulásához bizonyos környezeti hatások szükségesek, öröklődésük nem engedelmeskedik Mendel törvényeinek (nem Mendel-féle betegségek); multifaktoriálisnak nevezzük.

Örökletes betegségek

Minden egyes egyed fejlődése genetikai és környezeti tényezők kölcsönhatásának eredménye. Az emberi génkészlet a megtermékenyítés során alakul ki, majd a környezeti tényezőkkel együtt határozza meg a fejlődés jellemzőit. Egy élőlény génkészletét genomnak nevezzük. A genom egészében véve meglehetősen stabil, de a változó környezeti feltételek hatására változások - mutációk - következhetnek be benne.

Az öröklődés alapvető egységei a gének (a DNS-molekula szakaszai). Az örökletes információk átvitelének mechanizmusa a DNS önduplikációjára (replikációjára) való képességén alapul. A DNS egy genetikai kódot tartalmaz (egy olyan rendszert, amely a DNS-ben és a hírvivő RNS-ben található nukleotidok sorrendje alapján rögzíti az aminosavak fehérjékben elfoglalt helyére vonatkozó információkat), amely meghatározza a sejtek fejlődését és anyagcseréjét. A gének a kromoszómákban, a sejtmag DNS-t tartalmazó szerkezeti elemeiben helyezkednek el. A gén által elfoglalt helyet lokusznak nevezzük. A monogén betegségek monolokuszosak, a poligén betegségek (multifaktoriálisak) multilokuszosak.

A kromoszómák (a sejtek magjában található pálcika alakú képződmények, amelyek fénymikroszkóp alatt láthatók) több ezer génből állnak. Emberben minden szomatikus, vagyis nemi sejt 46 kromoszómát tartalmaz, amelyeket 23 pár képvisel. Az egyik pár, a nemi kromoszómák (X és Y) határozzák meg az egyed nemét. A szomatikus sejtek magjában a nőknek két X kromoszómájuk van, míg a férfiaknak egy X és egy Y kromoszómájuk. A férfiak nemi kromoszómái heterológok: az X kromoszóma nagyobb, és számos olyan gént tartalmaz, amelyek mind a nem meghatározásáért, mind a szervezet egyéb jellemzőiért felelősek; az Y kromoszóma kicsi, alakja eltér az X kromoszómától, és főként olyan géneket hordoz, amelyek meghatározzák a férfi nemet. A sejtek 22 pár autoszómát tartalmaznak. Az emberi autoszomális kromoszómák 7 csoportra oszlanak: A (1., 2., 3. kromoszómapár), B (4., 5. pár), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. pár, valamint az X kromoszóma, amely méretében hasonló a 6. és 7. kromoszómához), D (13., 14., 15. pár), E (16., 17., 18. pár), F (19., 20. pár), G (21., 22. pár és az Y kromoszóma).

A gének lineárisan helyezkednek el a kromoszómák mentén, minden gén szigorúan meghatározott helyet (lókuszt) foglal el. Azokat a géneket, amelyek homológ lókuszokat foglalnak el, allélikusnak nevezzük. Minden személynek ugyanazon gén két allélja van: minden kromoszómapáron egy-egy, kivéve a férfiak X és Y kromoszómáján található legtöbb gént. Amikor egy kromoszóma homológ régiói azonos allélokat tartalmaznak, homozigozitásról beszélünk; amikor ugyanazon gén különböző alléljait tartalmazzák, egy adott gén heterozigozitásáról beszélünk. Ha egy gén (allél) csak egy kromoszómán jelenlévőként fejti ki hatását, akkor dominánsnak nevezzük. Egy recesszív gén csak akkor fejti ki hatását, ha egy kromoszómapár mindkét tagjában jelen van (vagy az egyetlen X kromoszómán férfiaknál, illetve nőknél az X0 genotípussal). Egy gént (és a hozzá tartozó tulajdonságot) X-hez kötöttnek nevezünk, ha az X kromoszómán lokalizálódik. Minden más gént autoszomálisnak nevezünk.

Különbséget teszünk domináns és recesszív öröklődésmód között. Domináns öröklődésmód esetén egy tulajdonság mind homozigóta, mind heterozigóta állapotban megnyilvánul. Recesszív öröklődésmód esetén a fenotípusos (egy szervezet külső és belső tulajdonságainak összessége) manifesztációk csak homozigóta állapotban figyelhetők meg, míg heterozigozitásban hiányoznak. Nemhez kötött domináns vagy recesszív öröklődésmód is lehetséges; ily módon a nemi kromoszómákban lokalizált génekhez kapcsolódó tulajdonságok öröklődnek.

A dominánsan öröklődő betegségek általában egyetlen család több generációját érintik. Recesszív öröklődés esetén egy mutáns gén látens heterozigóta hordozása hosszú ideig fennállhat egy családban, aminek következtében beteg gyermekek születhetnek egészséges szülőktől, vagy akár olyan családokban is, amelyekben a betegség több generáció óta hiányzik.

A génmutációk örökletes betegségek alapját képezik. A mutációk megértése lehetetlen a "genom" kifejezés modern megértése nélkül. Jelenleg a genomot egy multigenomális szimbiotikus struktúrának tekintik, amely obligát és fakultatív elemekből áll. A obligát elemek alapját a strukturális lókuszok (gének) képezik, amelyek száma és elhelyezkedése a genomban meglehetősen állandó. A strukturális gének a genom körülbelül 10-15%-át teszik ki. A "gén" fogalma magában foglalja az átírt régiót: exonokat (a tényleges kódoló régió) és intronokat (egy nem kódoló régió, amely elválasztja az exonokat); valamint a szegélyező szekvenciákat - a vezetőt, amely megelőzi a gén kezdetét, és a farok nem transzlálódó régióját. A fakultatív elemek (a teljes genom 85-90%-a) olyan DNS-ek, amelyek nem hordoznak információt a fehérjék aminosav-szekvenciájáról, és nem szigorúan obligát. Ez a DNS részt vehet a génexpresszió szabályozásában, strukturális funkciókat láthat el, növelheti a homológ párosítás és rekombináció pontosságát, és elősegítheti a sikeres DNS-replikációt. A fakultatív elemek részvétele a tulajdonságok örökletes átadásában és a mutációs variabilitás kialakulásában ma már bizonyított. Egy ilyen komplex genomszerkezet határozza meg a génmutációk sokféleségét.

Tágabb értelemben a mutáció a DNS stabil, öröklődő változása. A mutációkat a kromoszómák szerkezetében mikroszkóp alatt látható változások kísérhetik: deléció - a kromoszóma egy szakaszának elvesztése; duplikáció - a kromoszóma egy szakaszának megduplázódása, inszerció (inverzió) - a kromoszóma egy szakaszának törése, 180°-os elforgatása és a törés helyéhez való kapcsolódása; transzlokáció - az egyik kromoszóma egy szakaszának letörése és egy másikhoz való kapcsolódása. Az ilyen mutációknak van a legnagyobb káros hatásuk. Más esetekben a mutációk egyetlen gén egyik purin- vagy pirimidin-nukleotidjának helyettesítéséből állhatnak (pontmutációk). Ilyen mutációk például: misszensz mutációk (jelentésváltozással járó mutációk) - a kodonokban lévő nukleotidok fenotípusos megnyilvánulásokkal való helyettesítése; nonszensz mutációk (értelmetlen) - a terminációs kodonokat alkotó nukleotidok cseréje, amelynek eredményeként a gén által kódolt fehérje szintézise idő előtt megszűnik; splicing mutációk - az exonok és intronok találkozásánál lévő nukleotidok helyettesítése, ami megnyúlt fehérjemolekulák szintéziséhez vezet.

Viszonylag a közelmúltban azonosítottak egy új mutációosztályt - a dinamikus mutációkat vagy expanziós mutációkat, amelyek a gének funkcionálisan jelentős részeiben a trinukleotid ismétlődések számának instabilitásával járnak. A gének átírt vagy szabályozó régióiban lokalizált számos trinukleotid ismétlődésre jellemző a magas populációs variabilitás, amelyen belül fenotípusos rendellenességek nem figyelhetők meg (azaz a betegség nem alakul ki). A betegség csak akkor alakul ki, ha az ismétlődések száma ezeken a helyeken meghalad egy bizonyos kritikus szintet. Az ilyen mutációk Mendel törvénye szerint nem öröklődnek.

Így az örökletes betegségek a sejt genomjának károsodása által okozott betegségek, amelyek érinthetik a teljes genomot, az egyes kromoszómákat és kromoszómabetegségeket okozhatnak, vagy érinthetik az egyes géneket és génbetegségek okozói lehetnek.

Minden örökletes betegséget általában három nagy csoportra osztanak:

• monogén;
• poligénes vagy multifaktoriális, amelyben több gén mutációi és nem genetikai tényezők kölcsönhatásba lépnek;
• kromoszóma-rendellenességek, vagyis a kromoszómák szerkezetében vagy számában bekövetkező rendellenességek.

Az első két csoportba tartozó betegségeket gyakran genetikai betegségeknek, a harmadik csoportba tartozókat pedig kromoszómabetegségeknek nevezik.

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

Az örökletes betegségek osztályozása

Kromoszómális	Monogén	Többtényezős (poligénes)
A nemi kromoszómák számának rendellenességei: - Shereshevsky-Turner szindróma; - Klinefelter-szindróma; - X-triszómia szindróma; - 47-es szindróma, XYY autoszómák: - Down-szindróma; - Edwards-szindróma; - Patau-szindróma; - részleges 22-es triszómia Kromoszómák szerkezeti rendellenességei: Cri du chat szindróma; 4p deléciós szindróma; Szomszédos gén mikrodeléciós szindrómák	Autoszomális domináns: Marfan-szindróma; von Willebrand-kór; Minkowski-Shoffar anémia és mások Autoszomális recesszív: - fenilketonuria; - galaktozémia; - cisztás fibrózis stb. X-hez kötött recesszív: A és B hemofília; Duchenne-miopátia; És mások. X-hez kötött domináns: - D-vitamin-rezisztens angolkór; - barna elszíneződés Fogzománc stb.	Központi idegrendszeri betegségek: az epilepszia egyes formái, skizofrénia stb. Szív- és érrendszer: reuma, magas vérnyomás, érelmeszesedés stb. Bőr: atópiás dermatitis, pikkelysömör stb. Légzőrendszer: hörgőasztma, allergiás alveolitis stb. Húgyúti rendszer: urolitiasis, enuresis stb. Emésztőrendszer: gyomorfekély, nem specifikus fekélyes vastagbélgyulladás stb.

A kromoszómabetegségeket kvantitatív kromoszóma-anomáliák (genommutációk), valamint strukturális kromoszóma-anomáliák (kromoszóma-aberrációk) okozhatják. Klinikailag szinte minden kromoszóma-betegség értelmi fogyatékosságként és többszörös veleszületett rendellenességként nyilvánul meg, amelyek gyakran összeegyeztethetetlenek az élettel.

A monogén betegségek az egyes gének károsodása következtében alakulnak ki. A monogén betegségek közé tartozik a legtöbb örökletes anyagcsere-betegség (fenilketonuria, galaktozémia, mukopoliszacharidózisok, cisztás fibrózis, adrenogenitális szindróma, glikogenózisok stb.). A monogén betegségek Mendel törvényei szerint öröklődnek, és az öröklődés típusa szerint autoszomális domináns, autoszomális recesszív és X-hez kötött öröklődésűre oszthatók.

A multifaktoriális betegségek poligénesek, kialakulásához bizonyos környezeti tényezők hatása szükséges. A multifaktoriális betegségek általános tünetei a következők.

• Magas gyakoriság a populációban.
• Kifejezett klinikai polimorfizmus.
• A klinikai tünetek hasonlósága a probandban és a közeli hozzátartozókban.
• Kor és nem közötti különbségek.
• Korábbi kezdet és a klinikai tünetek némi fokozódása a leszármazó generációkban.
• A gyógyszerek változó terápiás hatékonysága.
• A betegség klinikai és egyéb megnyilvánulásainak hasonlósága közeli hozzátartozókban és a probandban (a multifaktoriális betegségek örökölhetőségi együtthatója meghaladja az 50-60%-ot).
• Az öröklődési minták ellentmondása Mendel törvényeinek.

A klinikai gyakorlatban fontos megérteni a "veleszületett rendellenességek" kifejezés lényegét, amely lehet egyszeres vagy többszörös, örökletes vagy szórványos. Az örökletes betegségek nem foglalják magukban azokat a veleszületett betegségeket, amelyek az embriogenezis kritikus időszakaiban kedvezőtlen környezeti tényezők (fizikai, kémiai, biológiai stb.) hatására jelentkeznek, és nem öröklődnek. Ilyen patológiára példa lehetnek a veleszületett szívhibák, amelyeket gyakran a szívképződés időszakában (a terhesség első trimeszterében) fellépő kóros hatások okoznak, például a fejlődő szív szöveteire tropikus vírusfertőzés; magzati alkohol szindróma, a végtagok, a pitvarok, a vesék, az emésztőrendszer stb. fejlődési rendellenességei. Ilyen esetekben a genetikai tényezők csak örökletes hajlamot vagy fokozott érzékenységet képeznek bizonyos környezeti tényezők hatására. A WHO szerint a fejlődési rendellenességek az összes újszülött 2,5%-ánál fordulnak elő; ezek 1,5%-át a terhesség alatti kedvezőtlen exogén tényezők hatása okozza, a többi főként genetikai jellegű. Az örökletes és a nem öröklődő veleszületett betegségek közötti különbségtétel nagy gyakorlati jelentőséggel bír az adott családban az utódok előrejelzése szempontjából.

[ 5 ]

Az örökletes betegségek diagnosztikai módszerei

Jelenleg a gyakorlati orvoslás diagnosztikai módszerek egész arzenáljával rendelkezik, amelyek lehetővé teszik az örökletes betegségek bizonyos valószínűséggel történő kimutatását. Ezeknek a módszereknek a diagnosztikai érzékenysége és specificitása változó - egyesek csak a betegség jelenlétének feltételezését teszik lehetővé, míg mások nagy pontossággal észlelik a betegség alapjául szolgáló mutációkat, vagy meghatározzák annak lefolyásának jellemzőit.

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

Citogenetikai módszerek

A kromoszóma-betegségek diagnosztizálására citogenetikai kutatási módszereket alkalmaznak. Ezek közé tartoznak:

• ivari kromatin vizsgálatok - X- és Y-kromatin meghatározása;
• kariotípus-vizsgálat (kariotípus a sejt kromoszómáinak halmaza) - a kromoszómák számának és szerkezetének meghatározása kromoszóma-betegségek (genommutációk és kromoszóma-aberrációk) diagnosztizálása céljából.

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