Неврогенетика и генетика на наследствените заболявания
Диагностика на основните синдроми на микродупликация и микроделеция (код на теста 01.02.05.300)

Синдром на микроделеция 1p36причинени от делеция (в 7% от случаите - транслокация) на част от късото рамо (p) на хромозома 1 (1p-монозомия). Тежестта на симптомите зависи от специфичния регион и вида на делецията (терминална, интерстициална, сложни пренареждания). Клинично се проявява със забавено развитие, мускулна хипотоничност, краниофациални аномалии: прави вежди, дълбоко разположени очи, ретрузия на средната част на лицето, широк и вдлъбнат мост на носа, удължен филтрум, заострена брадичка, голяма, дълго заздравяваща фонтанела, микробрахицефалия, епикантус, ниско обърнати назад засадени уши, брахи- и камптодактилия и скъсени долни крайници, възможни са конвулсивни припадъци. Други характеристики включват структурни аномалии на мозъка, вродени сърдечни дефекти, зрителни и очни нарушения, загуба на слуха и аномалии на скелета, външните гениталии и бъбреците.

Най-често мутацията възниква de novo, но в редки случаи може да се появи, ако един от родителите има балансирано (скрито) пренареждане - транслокация, засягаща региона 1p36. Носителите на балансирана транслокация нямат симптоми на заболяването, но има 50% риск от предаване на мутацията на следващото поколение. Поради това се препоръчва провеждането на молекулярно-генетично изследване на родителите на пациент с потвърден синдром на микроделеция 1p36.

Генни изследвания:

- TNFRSF4

GNB1

ГАБРД

Синдром на микроделеция 2p16.1-p15причинено от делеция на 16.1-15 секции от късото рамо (p) на 2-ра хромозома. Изтриването на част от хромозома може да включва до 12 известни гена. Клиничните признаци включват психомоторно забавяне и развитие на речтаи краниофациални аномалии, като: телекантус, увиснали клепачи и външни ъгли на очите, тясна палпебрална фисура (антимонголоидна форма на окото), изпъкнал мост на носа, високо небце, удължен филтър, обърната горна устна. Някои пациенти имат микроцефалия, хипоплазия на зрителния нерв, бъбречни аномалии и хидронефроза, разширени зърна, нисък ръст, кортикална дисплазия, камптодактилия и деформация на пръстите на краката.

Във всички описани случаи делецията е настъпила de novo и рискът от наследяване на това заболяване от братя и сестри е равен на средния за популацията. Ако родителите имат балансирана транслокация или зародишен мозаицизъм, рискът от развитие на заболяването при братя и сестри е по-висок от средния популационен риск и следователно се препоръчва молекулярно-генетичен анализ за родители на дете със синдром на микроделеция 2p16.1-p15.

Генни изследвания:

REL

PEX13

2q23.1 синдром на микроделеция/микродупликациясе причинява от загуба (делеция) или удвояване (дупликация) на участък от дългото рамо (q) на хромозома 2 в позиция 23.1, в чиято критична област се намира генът MBD5 или някои от неговите екзони (интерстициални делеции в ~ 5% от случаите). Възможен е също хетерозиготен вариант на патогенната последователност на гена MBD5 (~5%). Този ген е чувствителен към дозата, така че намаляване (делеция) или увеличаване (дупликация) на дозата на гена води до развитие на 2q23.1 синдром на микроделеция/микродупликация.

Това заболяване се характеризира с общо изоставане в развитието, тежко нарушение на говора (повечето пациенти не могат да говорят или произнасят отделни думи, кратки фрази или изречения), гърчове, чиято поява настъпва на възраст от две години; нарушения на съня, проявяващи се като прекомерна сънливост през деня и девиантно поведение, включително аутистично поведение, умишлено самонараняване и агресивно поведение. Други клинични признаци включват микроцефалия, широка уста, обърната горна устна, изпъкнали резци, увиснали ъгли на устата, макроглосия и аномалии на ухото.

Делецията и дупликацията възникват de novo, но е описано автозомно доминантно унаследяване на заболяването от родител, което може да бъде свързано с намалена пенетрантност. В тази връзка се препоръчва генетична диагностика и на двамата родители, за да се изчисли рискът от заболяване при братя и сестри.

Проучванегени:

MBD5

Делеция 2q23.1, съдържаща MBD5 гена или част от него (~90% от пациентите)

Интерстициална делеция, съдържаща един или повече екзони на гена MBD5 (~5%)

Хетерозиготен вариант на патогенната последователност на гена MBD5 (~5%)

SATB2 - свързан синдромпричинени от смущения във функционирането на гена SATB2, локализиран в дългото рамо (q) на хромозома 2 в позиция 32-33, поради делеция, дублиране, транслокация или точкови мутации. Генът SATB2 кодира протеин със същото име, който участва в нормалното развитие на нервната и скелетната система, включително лицевите структури. Основните симптоми включват тежко увреждане на говора, аномалии в развитието на небцето, костите и мозъка и поведенчески разстройства. Началото на заболяването настъпва на 2-годишна възраст.

Мутацията възниква de novo и се унаследява по автозомно-доминантен начин. Ако родителите имат балансирана транслокация или зародишен мозаицизъм, рискът от развитие на заболяването при братя и сестри е по-висок от средния популационен риск и следователно се препоръчва молекулярно-генетичен анализ за родители на дете със SATB2-асоцииран синдром.

Генни изследвания:

- SATB2

Големи делеции, интрагенни делеции и дублирания и пренареждания, включително SATB2, точкови мутации.

Синдром на микроделеция/микродупликация 3q29причинено от делеция или дублиране на 29-та област на дългото рамо (q) на хромозома 3. Пациентите с микродупликация се характеризират със забавяне на развитието, микроцефалия и офталмологични нарушения, аномалии в развитието на сърцето; мускулна хипотония, забавено развитие на речта, краниосиностоза, високо "готическо" небце, дентофациални аномалии, кондуктивна загуба на слуха, аномалии на опорно-двигателния апарат; гърчове. Често много носители на това дублиране не изпитват тежки симптоми, което е свързано с намалена пенетрантност.

Мутацията може да възникне de novo или може да бъде наследена от асимптоматичен родител, който има мутацията.

Синдромът на микроделеция 3q29 се проявява клинично чрез забавяне на ключови етапиразвитие на детето (седене, ходене, говорене), чести отити и респираторни инфекции, микроцефалия. Някои бебета се раждат с цепнатина на устната или небцето и може да имат сърдечни дефекти. С възрастта могат да се развият поведенчески и психични разстройства. Клиничната изява е изключително променлива и някои хора с делеция 3q29 може да имат леки симптоми или изобщо да не знаят за заболяването.

Мутацията възниква de novo, но ако родителите имат лека степен на заболяването, предаването на мутацията става по автозомно-доминантен начин.

Генни изследвания:

- DLG1, но проникването не е 100 процента.

Синдром на Wolf-Hirschhornвъзниква поради делеция или небалансирана транслокация на теломерната област на късото рамо (p) на хромозома 4 в позиция 16 (4p16). Рядко пациентите имат така наречената „пръстенова хромозома 4“, която може да възникне, ако делецията се случи в двата края на хромозомата и последните претърпят сливане и образуват пръстенна структура. Размерът на изтриването може да варира, което вероятно е свързано с тежестта на симптомите.

Заболяването се характеризира с типични краниофациални аномалии, включително необичайно развитие на черепа под формата на така наречения „гръцки воински шлем“ (широк нос на носа, който се слива с челната част на черепа), микроцефалия, високо предна линия на косата с изпъкнала глабела, широко разположени очи (хипертелоризъм), епикантус, повдигнати извити вежди, скъсен филтър, увиснали ъгли на устата, микрогнатия (недоразвитие на горната челюст), недостатъчно развитие на ушните миди или образуване на преаурикуларни израстъци . Всички пациенти имат пренатален растежен дефицит, последван от забавено постнатално развитие и мускулна хипотоничност в комбинация с тяхното недоразвитие. Има и изоставане в общото развитие с различна степен на тежест и конвулсивни припадъци. Други симптоми включват скелетни аномалии, вродени сърдечни дефекти, глухота (в повечето случаи проводна, аномалии в развитието на урогениталния тракт, структурни аномалии на мозъка).

В 85-90% от случаите мутацията възниква de novo в гаметите или в ранните стадии на развитие. В други случаи родителите са носители на балансирана транслокация, което води до образуване на небалансирана транслокация в тяхното потомство, което включва изтриване на част от 4-та хромозома (монозомия).

Рискът от заболяване при братя и сестри зависи от това дали делецията е възникнала de novo (рискът от заболяване е равен на средния популационен риск) или в резултат на небалансирана транслокация (рискът от заболяване е по-висок от средния популационен риск).

Генни изследвания:

LETM1

WHSC1(NSD2)

Синдром на плачеща коткапричинено от делеция на късото рамо (p) на хромозома 5. Основните клинични прояви включват високочестотен монотонен плач, микроцефалия, широк мост на носа, епикантус, микрогнатия, променени дерматоглифи, както и тежки психомоторни нарушения и умствена изостаналост. Аномалии в развитието на сърцето и бъбреците са редки, възможно е наличието на преаурикуларни израстъци, синдактилия, хипоспадия и крипторхизъм. Клиничните симптоми зависят от размера на делецията и могат да варират значително.

В повечето случаи делецията настъпва de novo, т.е. вероятността от развитие на заболяването при братя и сестри е равна на средния популационен риск. Въпреки това, в 10% от случаите това състояние се наследява от родител, носещ балансирано пренареждане, което води до образуване на небалансирано пренареждане с делеция в потомството. За да се определи вероятността от развитие на заболяването при братя и сестри, се препоръчва молекулярно-генетично изследване на двамата родители.

За откриване на тази мутация се използват тестове за гените TERT и SEMA5A. Чувствителността на диагностичните тестове е 90-95%, което се дължи на невъзможността да се открият интерстициални делеции.

Генни изследвания:

- ТЕРТ

SEMA5A

Синдром на Сотоспричинени от делеция на дългото рамо на хромозома 5 (5q35) или хетерозиготна мутация в гена NSD1.

Синдромът на Сотос се характеризира с три важни клинични прояви: специфичен външен вид (широко, изпъкнало чело, рядка коса в фронтотемпоралната част на главата, антимонголоидна форма на очите, руж, удължено заострено лице, остра брадичка), прекомерна височина (височина и /или обиколка на главата повече от два пъти нормата), затруднения в обучението (ранно изоставане в развитието, умерена и тежка умствена изостаналост). Други симптоми включват поведенчески смущения, ранна осификация, сърдечни дефекти, аномалии на черепа и бъбреците, повишена гъвкавост на ставите, плоски стъпала, сколиоза, неонатална жълтеница, мускулна хипотоничност и гърчове.

Най-често мутацията възниква de novo по време на образуването на гамети. Обикновено пациентите нямат фамилна анамнеза за тази болест.

В 5% от случаите родителят на пробанда е носител на патогенна мутация и тъй като заболяването се наследява по автозомно-доминантен начин, рискът от развитие на синдром на Сотос при братя и сестри е 50%. Препоръчва се молекулярно-генетично изследване на родителите.

Генни изследвания:

- NSD1

Синдром на Williams-Beuren(7q11.23 дупликационен синдром) възниква поради дублиране на част от дългото рамо на хромозома 7. Този регион е критичен и включва 26-28 гена, по-специално ELN гена, чието дублиране вероятно е свързано с аортна дилатация, която възниква при този синдром. В допълнение, заболяването се характеризира с увреждане на сърдечно-съдовата система (еластинова артериопатия, периферна белодробна стеноза, суправалвуларна аортна стеноза, хипертония), характерен външен вид, дисплазия на съединителната тъкан, неврологични нарушения (мускулна хипотония, неволеви движения, нарушения на походката и позата) , речеви нарушения (детска речева апраксия, дизартрия, фонологични нарушения), поведенчески разстройства (тревожно разстройство, агресивно поведение, селективен мутизъм, хиперактивно разстройство с дефицит на вниманието, разстройство от аутистичния спектър), умствена изостаналост, ендокринни нарушения (хиперкалциемия, хиперкалциурия, хипотиреоидизъм, ранен пубертетно съзряване). Приблизително 30% от пациентите имат една или повече малформации. Хранителните разстройства често водят до слабо наддаване на тегло в ранна детска възраст. Поради мускулна хипотоничност и прекомерна разтегливост на ставите, нормалните етапи от развитието на детето могат да бъдат забавени.

Удвояването става de novo и най-често се случва по време на образуването на гамети. Обикновено пациентите нямат фамилна анамнеза за това заболяване. В една четвърт от случаите детето наследява хромозома с дублиран участък от родител, който има изтрити симптоми. Унаследяването на заболяването се извършва по автозомно-доминантен модел. Рискът от предаване на болестта на потомството от родител, носител на хромозома с дублиране, е 50%. Препоръчва се молекулярно-генетичен анализ за наличие на дупликация при родителите.

Генни изследвания:

- ELN

Синдром на Langer-Giedion (трихоринофалангеален синдромIIтип) (0,2-1:100 000)

Синдромът на Langer-Giedion (трихоринофалангеален синдром тип II) се причинява от делеция на областта 24.11-24.13 на дългото рамо на хромозома 8, чийто размер определя тежестта на клиничните прояви. Заболяването се характеризира с развитие на ектодерма (малка рядка депигментирана и бавно растяща коса, ониходистрофия, микромастия), както и деформация на скелета (нисък ръст, скъсени стъпала, брахидактилия с улнарно или радиално отклонение на пръстите, ранни прояви на дисплазия на тазобедрената става ), множество остеохондроми (първоначално се намират в областта на лопатката и близо до лакътя и коленни ставина възраст от 1 месец до 6 години) и висок риск от психични лека изостаналости умерена тежест.

Делецията настъпва de novo и най-често се случва по време на образуването на гамети. Обикновено пациентите нямат фамилна анамнеза за това заболяване. В някои случаи детето наследява хромозома с изтрита секция от родител, който има изтрити симптоми. Унаследяването на заболяването се извършва по автозомно-доминантен модел. Рискът от предаване на болестта на потомството от родител, носител на хромозома с дублиране, е 50%. Препоръчва се молекулярно-генетичен анализ, за ​​да се определи наличието на делеция при родителите.

Генни изследвания:

- TRPS1

EXT1

Синдром 9р22.3 микроделециипричинено от делеция на секция 22.3 от дългото рамо на хромозома 9. Този регион включва гена PTCH1, мутация в който води до развитие на синдром на Горлин (синдром на невоен базалноклетъчен карцином), така че клиничните прояви на тези заболявания са подобни. Възможни са също забавяне на развитието и/или умствена изостаналост, метопична краниосиностоза, обструктивна хидроцефалия, пре- и постнатална макрозомия и гърчове. Пациентите със синдром на микроделеция 9q22.3 имат висок риск от развитие на тумор на Wilms (нефробластом). Типичните прояви на синдрома на Gorlin включват: калцификация на falx cerebri преди 20-годишна възраст, базалноклетъчен карцином, одонтогенни кератоцисти, точковидни вдлъбнатини по дланите и ходилата; Пациентите с този синдром имат повишен риск от медулобластом, както и от сърдечни и овариални фиброиди. Симптомите на синдрома на микроделеция 9q22.3 са силно променливи и зависят от размера на микроделецията, която може да бъде до 270 гена.

Тази мутация може да бъде наследена (в този случай родителите са носители на балансирано (скрито) пренареждане – транслокация, засягаща 9q22.3) или да възникне de novo. Ако родителите имат балансирана транслокация, рискът от развитие на заболяването при братя и сестри е по-висок от средния популационен риск и следователно се препоръчва молекулярно-генетичен анализ за родители на дете със синдром на микроделеция 9q22.3.

Заболяването се предава по автозомно-доминантен начин и рискът от предаване на мутацията от родител, носещ делеция 9q22.3, към потомството е 50%.

Генни изследвания:

- FANCC

PTCH1

Синдром на DiGeorge/Велокардиофациален синдромвъзниква поради делеция на регион 11.2 от дългото рамо на хромозома 22 или регион 14 от късото рамо на хромозома 10. Клинично се характеризира с вродени сърдечни дефекти (тетралогия на Fallot, атрезия на аортната дъга, дефект на камерната преграда, общ truncus arteriosus); дефекти на небцето (по-специално велофарингеална недостатъчност, вродена цепнатина на небцето и една от неговите форми - субмукозна (скрита) цепнатина на небцето, цепнатина на увулата) и характерни особеностилице (този признак присъства при повечето пациенти от Северна Европа). Освен това има аплазия на тимуса, водеща до имунна недостатъчност, и аплазия на паращитовидните жлези, водеща до хипокалциемия, както и нарушения на храненето и преглъщането, запек (в някои случаи може да се комбинира с аномалии в развитието на стомашно-чревния тракт , като малротация, анална атрезия, болест на Hirschsprung), аномалии в развитието на бъбреците, загуба на слуха (кондуктивна и сензоневрална), ларинготрахеоезофагеални аномалии, липса на растежен хормон (соматотропен хормон), автоимунни заболявания, гърчове (идиопатични или свързани с хипокалцемия), аномалии в развитието на централната нервна система (синдром на привързания гръбначен мозък) и скелета (сколиоза, плоскостъпие, полидактилия, краниосиностоза), офталмологични нарушения (страбизъм, заден ембриотоксон, ретинална съдова ангиопатия, склерокорнея, анофталмос ), хипоплазия на емайла, злокачествени заболявания (рядко).

Забавяне в развитието (по-специално забавено развитие на речта), умствена изостаналост и затруднения в ученето са типични (съществува обаче значително преобладаване на невербалната интелигентност над вербалната). Аутизмът и разстройствата от аутистичния спектър се срещат при 20% от пациентите детство, психични заболявания (особено шизофрения) - при 25% от възрастните. Разстройство с дефицит на вниманието, тревожно разстройство, персеверация и социализация са чести.

В 90% от случаите делецията настъпва de novo и най-често това се случва по време на образуването на гамети. Обикновено пациентите нямат фамилна анамнеза за това заболяване. В 10% от случаите детето наследява хромозома с изтрита област от родител, при който заболяването може да остане клинично неизразено. Унаследяването на заболяването се извършва по автозомно-доминантен модел. Рискът от предаване на болестта на потомството от родител, носител на хромозома с делеция, е 50%. Препоръчва се молекулярно-генетичен анализ, за ​​да се определи наличието на делеция при родителите.

Генни изследвания:

- CLDN5, регион AB

GP1BB, регион AB

SNAP29, регион CD

PPIL2; дистален 22q11

RTDR1; дистален 22q11

GATA3

Със синдрома Синдром на Прадер-Уили и Ангелмансъщият локус на дългото рамо на хромозома 15 (15q11.2-13) е повреден, но клиничните прояви на тези заболявания се различават значително, което се свързва с разнообразието на механизмите на тяхното възникване и участието на феномена на геномната импринтинг в тяхното развитие (феномен, при който активността на различни гени варира в зависимост от техния родителски произход). Трябва да се отбележи, че гените, които са претърпели мутации при тези заболявания (критична област на Prader-Willi), обикновено „работят“ само върху бащината (SNRPN гени) или майчината хромозома (UBEA3 ген), докато върху майчината или бащината хромозома те са метилирани и съответно деактивиран.

Има няколко причини за синдрома на Прадер-Уили: делеция на част от 15-та хромозома, наследена от бащата (70% от случаите), еднородителска дисомия, при която и двете 15-ти хромозоми са от майчин произход (съответно и двете копия на генетичния материал са метилирани и не се експресират) (28% от случаите). В по-малко от 1% от случаите заболяването възниква поради мутация в импринтинг центъра на бащината хромозома. Възможна е и небалансирана транслокация на този регион и епимутация, причинена от неспособността да се деметилира бащината майчина хромозома по време на сперматогенезата.

Причините за развитието на синдрома на Angelman са: делеция на региона Prader-Willi/Angelman, локализирана на хромозома 15, наследена от майката; мутация на гена UBEA3, локализирана на хромозома 15, наследена от майката (този ген е отпечатан върху бащината хромозома), дисомия на един родител по баща или дефект на импринтинг.

Синдромът на Prader-Willi се характеризира с мускулна хипотоничност, нарушения в храненето в ранна детска възраст, склонност към преяждане в ранна детска възраст и постепенно развитие на патологично затлъстяване. Има изоставане в нормалните етапи на говорното и моторно развитие. Всички пациенти имат когнитивни нарушения в една или друга степен. Специфичен поведенчески фенотип се проявява под формата на истерия (tempertantrum), упоритост, манипулативно поведение, обсесивно-компулсивни разстройства. Пациентите от двата пола се характеризират с хипогонадизъм, проявяващ се под формата на хипоплазия на гениталните органи, по-нисък пубертет и безплодие. При липса на лечение с растежен хормон е характерен нисък ръст. Други външни прояви включват страбизъм и сколиоза.

Синдромът на Angelman се характеризира с тежко изоставане в развитието и умствено увреждане, нарушение на говора, атаксична походка и/или тремор на крайниците, както и уникален поведенчески модел (чест смях, усмивка, възбудимост), който не се открива до първата година от живота. Забавянето в развитието обикновено се открива през първите шест месеца от живота. Често правилната диагноза може да се постави едва след няколко години. Микроцефалията и гърчовете също са чести.

Рискът от развитие на синдром на Prader-Willi при братя и сестри е различен и зависи от механизма на развитие на генетичното пренареждане: при интерстициална делеция, дисомия на един родител от майката и епимутация, рискът е<1%; при несбалансированной транслокации или интерстициальной делецией в центре импринтинга он может достигать 50%, а при материнской унипарентеральной дисомии с транслокацией-100%. В связи с этим рекомендовано проведение молеулярно-генетического тестирования у родителей.

При синдрома на Angelman хромозомните пренареждания най-често се появяват de novo по време на гаметогенезата. Рискът от развитие на заболяването при братя и сестри зависи от причината, която е причинила мутацията в пробанда: в случай на делеция, дисомия от един родител по баща или дефект на импринтинга, рискът е<1%; при несбалансированной транслокации, интерстициальной делеции центра импринтинга, мутации в гене UBEA3 риск может достигать 50%; при отцовской унипарентеральной дисомии с транслокацией риск достигает 100%.

Генни изследвания:

- SNRPN

UBE3A

Синдром на дублиране на 15qпричинени от дублиране на региона 15q11.2-q13.1 (така наречения критичен регион на Prader-Willi/Angelman), локализиран в дългото рамо на хромозома 15. В 80% от случаите има 4 копия на критичната област (тетразомия 15q11.2-q13.1 или idic(15)), в други случаи възниква интерстициална дупликация, в която има 3 копия на критичната област (тризомия 15q11. 2-q13.1). Обикновено тежестта на симптомите е намалена при пациенти с тризомия.

Синдромът се проявява чрез забавяне на езиковото развитие и двигателните умения като ходене и седене, хипотония, гърчове и нисък ръст. Много фините черти на лицето са отличителните белези, но могат да присъстват черти като епикантални гънки (гънки на кожата във вътрешните ъгли на едното или двете очи), широко чело, сплескан носен мост, копче на носа и високо извито небце . Много пациенти изпитват симптоми на разстройства от аутистичния спектър, като нарушена комуникация и социални взаимодействия, обсесивни интереси, нарушени цикли на сън (и намалена нужда от сън) и повтарящо се и стереотипно поведение. Също така често се наблюдава висок праг на болка. Ако речта е развита, тогава обикновено се наблюдава ехолалия. Пациентите може да не могат да ходят или да говорят.

Всички известни случаи на тетразомия се появяват de novo. При тризомията 85% от случаите възникват de novo, а в 15% мутацията се унаследява по автозомно-доминантен начин (ако мутацията е представена от интерстициална делеция) и рискът от развитие на заболяването при братя и сестри е 50%. В тази връзка се препоръчва генетично изследване на родителите.

Генетични маркери:

- SNRPN

UBE3A

Синдром на делеция на 15q24 (синдром на Witteveen-Kolk) (3:10,000-4:10,000) характеризира се с глобално забавяне на развитието, лека до тежка умствена изостаналост, лицеви дисморфизми: висока линия на косата, дълбоко разположени очи, триъгълна форма на лицето. Освен това могат да се наблюдават вродени малформации на ръцете и краката, очите, гениталиите, нестабилност на ставите и забавяне на растежа. По-рядко срещани характеристики са гърчове, кондуктивна и сензоневрална загуба на слуха, хипоспадия и/или микропения.

Генетични маркери:

- SEMA7A

CYP1A1

Синдром на Рубинщайн-Тайбипричинени от мутация или делеция на част от късото рамо на хромозома 16, съдържаща гена CREBBP, който регулира клетъчния растеж и делене и е необходим за нормалното развитие на плода. В 3-8% от случаите заболяването се причинява от мутация в гена EP300.

Характеризира се с отличителни черти на лицето на пациентите (извити вежди, наклонени надолу очни фисури, ниска носна преграда, гримасна усмивка, високо небце), широки и често ъгловати пръсти на ръцете и краката, нисък ръст и наличие на умствена изостаналост (умерена до тежка ). Пренаталното развитие обикновено е нормално; центилните стойности за височина, тегло и обиколка на главата намаляват бързо през първите месеци от живота. Затлъстяването може да се появи в детството или юношеството. Стойностите на IQ варират от 25-79 точки. Други често срещани прояви могат да включват колобома, катаракта, вродени сърдечни дефекти, бъбречни патологии и крипторхизъм.

Мутацията или делецията при това заболяване възниква de novo. Въпреки това, поради наличието на случаи на предаване на заболяването по автозомно-доминантен начин от родители с леки симптоми (свързани със соматичен мозаицизъм) и носители на мутация в гена CREBBP (мисенс мутация, делеция), се препоръчва генетично изследване на родителите . Рискът от развитие на заболяването при братя и сестри в този случай е 50%.

Генетични маркери:

CREBBP

LIS 1-асоциирана лисенцефалия (синдром на Miller-Dieker) / изолирана лисенцефалия / синдром на двойна кора (от 11,7 до 40 на милион раждания). Лисенцефалията и синдромът на двойната кора са кортикални малформации, причинени от недостатъчна миграция на неврони по време на ембриогенезата. Лисенцефалията се характеризира с нарушено развитие на мозъчните извивки - агирия и пахигирия. Синдром на двойна корапринадлежи към групата на хетеротопията на сивото вещество. С тази нозология сивото вещество е локализирано директно под кората на главния мозък и е отделено от него с тънка зона на нормално бяло вещество. Синдром на Miller-Diekerхарактеризиращ се с лисенцефалия, аномалии на краниофациалния скелет и тежки неврологични аномалии. Изолирана лисенцефалияхарактеризиращ се с лисенцефалия и нейните преки последици: изоставане в развитието, умствена изостаналост и гърчове.

Генетични маркери:

PAFAH1B1 (LIS1)

Синдром на Smith-Magenis (синдром на делеция17 стр11.2) (1:15,000) характеризиращ се с краниофациални аномалии, които прогресират с възрастта, забавяне на развитието, когнитивно увреждане и поведенчески аномалии. Бебетата изпитват проблеми с храненето, забавяне на растежа, хипотония, хипорефлексия, продължителна дрямка и необходимост от събуждане на бебета за хранене и генерализирана летаргия. Повечето пациенти имат умствена изостаналост. Поведенческият модел, който включва значително нарушение на съня, стереотипност и самотравматично поведение, обикновено не се открива до 18 месеца. Поведенческите разстройства обикновено включват невнимание, разсеяност, хиперактивност, импулсивност, чести изблици на гняв, търсене на внимание, неподчинение, агресия, трудности с тоалетната и самонараняващо се поведение.

При хора със синдром на дублиране 17p11.2 (синдром на Потоцки-Лупски)хипотония, недохранване и намалена скорост на развитие в ранна детска възраст са чести. Те също така страдат от нарушения в развитието на двигателните и умствени способности. В допълнение, много пациенти проявяват поведенчески модели, които попадат в аутистичния спектър. В повечето случаи синдромът на Потоцки-Лупски се развива спорадично, но понякога може да бъде наследен.

Генетични маркери:

RAI1

DRC3

LLGL1

Неврофиброматоза тип 1, причинена от делеция на гена NF1, възниква поради делеция на част от дългото рамо на хромозома 17 (17q11.2), съдържаща гена NF1, който кодира протеина неврофибромин, открит в олигодендроцитите и потискащ туморната активност.

Клинично се характеризира с множество петна от кафе с мляко по кожата, старчески петна в аксиларните и слабинните области, множество кожни неврофиброми и възли на Лиш по ириса. Трудности в ученето се срещат при поне 50% от пациентите с неврофиброматоза тип 1. По-редки прояви са плексиформени неврофиброми, глиоми на зрителния нерв и други части на централната нервна система, злокачествени тумори на обвивката на периферните нерви, сколиоза, тибиална дисплазия и васкулопатия. Пациентите с NF1 генна делеция често имат по-тежък фенотип на заболяването.

Заболяването се унаследява по автозомно-доминантен начин. Има 50% риск от предаване на алеята на мутацията на следващото поколение.

Генетични маркери:

NF1

СиндромKANSLСвързано с 1 умствено изоставане (1: 16 000)характеризиращ се с неонатална/инфантилна хипотония, дисморфизъм, вродени дефекти и характерни поведенчески прояви. Всички пациенти имат изоставане в психомоторното развитие и лека или умерена умствена изостаналост от ранна детска възраст. Други прояви включват гърчове (55%), вродени сърдечни дефекти (39%), бъбречни и урологични аномалии (37%) и крипторхизъм (71% от мъжете).

Дублиране 17р21.31. Реципрочно дублиране се установява при пациенти с тежка психомоторна изостаналост, микроцефалия, лицеви дисморфизми, абнормни пръсти и хирзутизъм.

Генетични маркери:

MAPT

KANSL1

Синдром на Фелан-Макдермидпричинени от делеция (терминална или интерстициална) или небалансирана транслокация на част от дългото рамо на хромозома 22 (22q13.3), която включва критичен регион (съдържа гените SHANK3, ACR, RABL2B).

Характеризира се с неонатална хипотония, умерено до тежко изоставане в развитието и нарушено развитие на речта. Други прояви на заболяването включват големи ръце, дисплазия на ноктите на краката и намалено изпотяване, което може да доведе до хипертермия. Друго поведение, което повече от 80 процента от децата проявяват, е дъвченето/облизването на неядливи предмети. Освен това има намален праг на болка и аутистични прояви.

В половината от случаите мутацията възниква de novo по време на гаметогенезата (по-често сперматогенезата). В други случаи мутацията (небалансирана транслокация) възниква поради трансфер на генетичен материал от родител, носещ балансирана транслокация. В този случай рискът от развитие на заболяването при братя и сестри значително се увеличава и поради това е показано генетично изследване на родителите.

.Генетични маркери:

ШАНК3

RABL2B

Синдром на дублиране на генMECP2 - тежко неврологично разстройство, характеризиращо се с инфантилна хипотония, психомоторна и умствена изостаналост, прогресивна спастичност, повтарящи се респираторни проблеми (при приблизително 75% от пациентите) и гърчове (при приблизително 50% от случаите). Синдромът на дублиране на MECP2 има 100% проникване при мъжете. При жени с MECP2 генна дупликация се наблюдават симптоми със съпътстващи X хромозомни аномалии, които предотвратяват инактивирането на дублираната област. Най-чести са генерализираните тонично-клонични припадъци. Една трета от пациентите мъже не могат да се движат самостоятелно. Почти 50% от пациентите мъже умират преди 25-годишна възраст от усложнения на повтарящи се инфекции и/или неврологично влошаване. В допълнение към основните прояви се наблюдават аутистични поведенчески черти и стомашно-чревна дисфункция.

Генетични маркери:

MECP2

Медицинската цитогенетика е изследване на човешкия кариотип в нормални и патологични състояния. Тази посока възниква през 1956 г., когато Тио и Леван подобряват метода за получаване на препарати от метафазни хромозоми и за първи път установяват модалния брой на хромозомите (2n=46) в диплоиден набор. През 1959 г. е дешифрирана хромозомната етиология на редица заболявания - синдром на Даун, синдром на Клайнфелтер, синдром на Шерешевски-Търнър и някои други синдроми на автозомна тризомия. По-нататъшното развитие на медицинската цитогенетика в края на 60-те години се дължи на появата на методи за диференциално оцветяване на метафазни хромозоми, което направи възможно идентифицирането на хромозомите и техните отделни региони. Методите за диференциално оцветяване не винаги осигуряват правилното идентифициране на точките на прекъсване в резултат на структурни пренареждания на хромозомите. През 1976 г. Юнис разработи нови методи за изучаването им на етапа на прометафазата, които бяха наречени „методи с висока разделителна способност“.

Използването на такива методи позволи да се получат хромозоми с различен брой сегменти (от 550 до 850) и направи възможно идентифицирането на нарушения, включващи малки участъци от тях (микропренареждания). От началото на 80-те години. Човешката цитогенетика навлезе в нов етап на развитие: в практиката беше въведен хромозомен анализ на молекулярни цитогенетични методи и флуоресцентна in situ хибридизация (FISH - Fluorescence In situ Hybridization). Този метод се използва широко за откриване на по-фини структурни аномалии на хромозоми, които са неразличими чрез диференциално оцветяване. Понастоящем използването на различни методи за хромозомен анализ дава възможност за успешно провеждане на пре- и постнатална диагностика на хромозомни заболявания.

Хромозомните заболявания са голяма група от клинично различни състояния, характеризиращи се с множество вродени малформации, чиято етиология е свързана с количествени или структурни промени в кариотипа.

В момента се разграничават почти 1000 хромозомни аномалии, от които повече от 100 форми имат клинично дефинирана картина и се наричат ​​синдроми; техният принос за спонтанните аборти, неонаталната смъртност и заболеваемост е значителен. Разпространението на хромозомни аномалии сред спонтанните аборти е средно 50%, сред новородените с тежки множествени вродени малформации - 33%, мъртвородени и перинатални смъртни случаи с вродени малформации - 29%, недоносени бебета с вродени малформации - 17%, новородени с вродени малформации - 10% , мъртвородени и перинатални смъртни случаи - 7%, недоносени - 2,5%, всички новородени - 0,7%.

Повечето хромозомни заболявания са спорадични, възникват отново в резултат на геномна (хромозомна) мутация в гаметата на здрав родител или в първите деления на зиготата и не се наследяват през поколенията, което се свързва с високата смъртност на пациентите в предрепродуктивния период. Фенотипната основа на хромозомните заболявания е нарушение на ранното ембрионално развитие. Ето защо патологичните промени се развиват още в пренаталния период на развитие на тялото и или причиняват смъртта на ембриона или плода, или създават основната клинична картина на заболяването вече при новороденото (с изключение на аномалии на половото развитие, които се формират предимно през пубертета). Ранното и множествено увреждане на телесните системи е характерно за всички форми на хромозомни заболявания. Това са краниофациална дисморфия, вродени малформации на вътрешните органи и части на тялото, бавен вътрематочен и постнатален растеж и развитие, умствена изостаналост, дефекти на централната нервна система, сърдечно-съдовата, дихателната, пикочно-половата, храносмилателната и ендокринната система, както и отклонения в хормоналната система. , биохимичен и имунологичен статус. Всеки хромозомен синдром се характеризира с комплекс от вродени малформации и аномалии в развитието, които са присъщи до известна степен само на този тип хромозомна патология. Клиничният полиморфизъм на всяко хромозомно заболяване в неговата обща форма се определя от генотипа на организма и условията на околната среда. Вариациите в проявите на патологията могат да бъдат много широки - от летален ефект до незначителни отклонения в развитието. Въпреки доброто проучване на клиничните прояви и цитогенетиката на хромозомните заболявания, тяхната патогенеза, дори в общи линии, все още не е ясна. Не е разработена обща схема за развитие на сложни патологични процеси, причинени от хромозомни аномалии и водещи до появата на сложни фенотипове на хромозомни заболявания.

Основни видове хромозомни аномалии
Всички хромозомни заболявания според вида на мутациите могат да бъдат разделени на две големи групи: причинени от промени в броя на хромозомите при запазване на структурата на последните (геномни мутации) и причинени от промени в структурата на хромозомата (хромозомни мутации). Геномните мутации възникват поради неразделяне или загуба на хромозоми по време на гаметогенезата или в ранните етапи на ембриогенезата. При хората са открити само три вида геномни мутации: тетраплоидия, триплоидия и анеуплоидия. Честотата на триплоидните (Zn=69) и тетраплоидните (4n=92) мутации е много ниска, те се срещат главно сред спонтанно абортирани ембриони или фетуси и при мъртвородени. Продължителността на живота на новородените с такива нарушения е няколко дни. Геномните мутации на отделните хромозоми съставляват по-голямата част от хромозомните заболявания. Освен това от всички варианти на анеуплоидия се откриват само тризомия на автозоми, полизомия на полови хромозоми (три-, тетра- и пентазомия), а сред монозомията се открива само монозомия X.

Пълните тризомии или монозомии се понасят по-трудно от тялото, отколкото частичните; дисбалансите в големите хромозоми се срещат при живородени много по-рядко, отколкото при малките. Пълните форми на хромозомни аномалии причиняват значително по-сериозни аномалии от мозаечните. Автозомните монозомии са много редки сред живородените; те са мозаечни форми с голям дял нормални клетки. Фактът на сравнително ниската генетична стойност на хетерохроматичните области на хромозомите е доказан. Ето защо пълни тризомии при живородени се наблюдават в онези автозоми, които са богати на хетерохроматин - 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22 и X. Това обяснява добрата поносимост от пациентите дори на тройна доза Y- хромозомния материал и почти пълната загуба на дългото му рамо Пълна монозомия на Х-хромозомата, съвместима с постнаталния живот, водеща до развитие на синдрома на Шерешевски-Търнър, както и тетра- и пентазомия, се наблюдават само на Х-хромозомата, която е хетерохроматична.

Хромозомните мутации или структурните хромозомни пренареждания са кариотипни нарушения, придружени или не от дисбаланс на генетичен материал в една или повече хромозоми (вътрешно- и междухромозомни пренареждания).

В по-голямата част от случаите структурните хромозомни мутации се предават на потомството от един от родителите, чийто кариотип съдържа балансирано хромозомно пренареждане. Те включват реципрочна (взаимна) балансирана транслокация без загуба на участъци от участващите в нея хромозоми. Той, подобно на инверсията, не предизвиква патологични явления в носителя. Въпреки това, по време на образуването на гамети от носители на балансирани транслокации и инверсии, могат да се образуват небалансирани гамети. Робъртсъновата транслокация - транслокация между две акроцентрични хромозоми със загуба на техните къси рамена - води до образуването на една метацентрична хромозома вместо две акроцентрични. Носителите на тази транслокация са здрави, защото загубата на късите рамена на две акроцентрични хромозоми се компенсира от работата на същите гени в останалите 8 акроцентрични хромозоми. По време на узряването на зародишните клетки произволното разпределение (по време на клетъчното делене) на две пренаредени хромозоми и техните хомолози води до появата на няколко вида гамети, някои от които са нормални, други съдържат такава комбинация от хромозоми, че при оплождане, водят до зигота с балансиран пренареден кариотип, докато други произвеждат хромозомно небалансирани зиготи.

При небалансиран хромозомен набор (делеции, дупликации, инсерции) плодът развива тежки клинични патологии, обикновено под формата на комплекс от вродени малформации. Липсата на генетичен материал причинява по-сериозни дефекти в развитието, отколкото излишъкът.

Много по-рядко структурните аберации възникват de novo. Родителите на пациент с хромозомно заболяване обикновено са нормални в кариотипа. Хромозомната болест в тези случаи възниква de novo в резултат на предаване от един от родителите на геномна или хромозомна мутация, която се появява веднъж в една от гаметите, или такава мутация се появява вече в зиготата. Това не изключва повторна поява на хромозомно заболяване при деца в дадено семейство. Има семейства, предразположени към повтарящи се случаи на неразпадане на хромозомите. Мутациите, възникнали de novo, представляват почти всички случаи на известни пълни тризомии и монозомии. Основният механизъм за възникване на структурни пренареждания от всякакъв тип е прекъсване на една или повече хромозоми с последващо обединяване на получените фрагменти.

Клинични показания за цитогенетична диагностика
Цитогенетичният метод за изследване заема водещо място сред лабораторните диагностични методи в медицинското генетично консултиране и пренаталната диагностика. Въпреки това, човек трябва стриктно да се придържа към целта
индикации за насочване на пациенти за изследване на кариотипа.

Основни показания за пренатална диагностика:
хромозомна аномалия при предишното дете в семейството;
мъртвородено бебе с хромозомна аномалия;
хромозомни пренареждания, хромозомен мозаицизъм или анеуплоидия на половите хромозоми на родителите;
резултати от кръвен серум на майката, показващи повишен риск от хромозомна аномалия в плода (рискова група);
възрастта на майката;
фетални аномалии, открити чрез ултразвуково изследване;
съмнение за мозаицизъм в плода по време на предишно цитогенетично изследване;
предполагаем синдром на хромозомна нестабилност.

Изследването на кариотипа за постнатална диагностика се препоръчва, ако пациентът има:
първична или вторична аменорея или ранна менопауза;
абнормна спермограма - азооспермия или тежка олигоспермия;
клинично значими отклонения в растежа (нисък, висок ръст) и размера на главата (микро-, макроцефалия);
необичайни гениталии;
анормален фенотип или дисморфия;
вродени малформации;
умствена изостаналост или нарушения в развитието;
прояви на синдром на делеция/микроделеция/дупликация;
Х-свързана рецесивна болест при жени;
клинични прояви на синдроми на хромозомна нестабилност;
при наблюдение след трансплантация на костен мозък.

Цитогенетичните изследвания трябва да се извършват в семейна двойка:
с хромозомни аномалии или необичайни хромозомни варианти в плода, открити по време на пренатална диагностика;
повтарящи се аборти (3 или повече); мъртво раждане, неонатална смърт на плода, невъзможност за изследване на засегнатия плод;
детето има хромозомна аномалия или необичаен хромозомен вариант;
безплодие с неизвестна етиология.

Индикацията за цитогенетично изследване е присъствието на роднини на пациента:
хромозомни пренареждания;
умствена изостаналост, вероятно от хромозомен произход;
репродуктивни загуби, вродени малформации на плода или мъртво раждане с неизвестен произход.

Показания за изследване по метода FISH:
подозрение за синдром на микроделеция, за който има налична молекулярна цитогенетична диагностика (наличие на подходящи ДНК сонди);
повишен риск от синдром на микроделеция въз основа на анамнестични данни;
клинични признаци, предполагащи мозаицизъм, дължащ се на определен хромозомен синдром;
състояния след трансплантация на костен мозък, когато донорът и реципиентът са от различен пол;
подозрение за хромозомна аномалия по време на стандартно цитогенетично изследване, когато методът FISH може да бъде полезен за по-нататъшно 
изясняване на естеството на аномалията или в ситуации, при които има характерни клинични прояви;
наличието на излишна маркерна хромозома;
подозрение за скрито хромозомно пренареждане.

Посочен е методът FISH за анализ на метафази:
с маркерни хромозоми;
допълнителен материал с неизвестен произход върху хромозомата;
хромозомни пренареждания;
съмнение за загуба на хромозомен сегмент;
мозаицизъм.

Посочен е методът FISH за анализ на интерфазните ядра:
с числени хромозомни аномалии;
дублиране;
подразделения;
хромозомни пренареждания;
определяне на хромозомния пол;
генна амплификация.

Цитогенетични методи на изследване:
Изследването и описанието на характеристиките на метафазните хромозоми са особено важни за практическата цитогенетика. Индивидуалните хромозоми в групата се разпознават с помощта на диференциални техники за оцветяване. Тези методи позволяват да се открие хетерогенността на хромозомната структура по дължината, определена от характеристиките на комплекса от основните молекулни компоненти на хромозомите - ДНК и протеини. Проблемът с разпознаването на отделните хромозоми в кариотипа е важен за развитието на цитогенетичната диагностика на хромозомните заболявания при хората.

Цитогенетичните методи на изследване се разделят на директни и индиректни. Директните методи се използват в случаите, когато е необходим бърз резултат и е възможно да се получат препарати от хромозоми на клетки, които се делят в тялото. Косвените методи включват, като задължителна стъпка, повече или по-малко дългосрочно култивиране на клетки в изкуствени хранителни среди. Методите, които включват краткосрочно култивиране (от няколко часа до 2-3 дни), заемат междинна позиция.

Основният обект на цитогенетичните изследвания с директни и косвени методи е метафазният стадий на митозата и различните етапи на мейозата. Метафазата на митозата е основният обект на цитогенетични изследвания, тъй като именно на този етап е възможно точното идентифициране на хромозомите и откриването на техните аномалии. Хромозомите в мейозата се изследват, за да се открият определени видове пренареждания, които по своето естество не се откриват в метафазата на митозата.

Биологичен материал за цито генетични изследвания. Обработка на клетъчни култури. Приготвяне на хромозомни препарати
Клетки от всяка тъкан, достъпна за биопсия, могат да се използват като материал за получаване на човешки хромозоми и тяхното изследване. Най-често използвани са периферна кръв, кожни фибробласти, костен мозък, клетки от амниотична течност и клетки от хорионни вили. Лимфоцитите от периферната кръв на човека са най-достъпни за изследване на хромозомите.

В момента почти всички лаборатории в света използват метод, използващ цяла периферна кръв за култивиране на лимфоцити. Предварително се взема кръв в количество от 1-2 ml от кубиталната вена в стерилна епруветка или бутилка с разтвор на хепарин. Кръвта във флакон може да се съхранява 24-48 часа в хладилник при температура 4-6 °C. Култивирането на лимфоцити се извършва в специална кутия или в работно помещение под капак с ламинарен поток при стерилни условия. Такива условия са задължителни, за да се предотврати въвеждането на патогенна флора в хемокултурата. Ако има съмнение за замърсяване на кръв или друг материал, е необходимо да се добавят антибиотици към културалната смес. Флаконите с културалната смес се инкубират в термостат при температура +37 °C в продължение на 72 часа (настъпва активен клетъчен растеж и делене). Основната цел на методологичните техники при обработката на клетъчни култури и приготвянето на хромозомни препарати от тях е да се получи върху препарата достатъчен брой метафазни плаки с такова разпространение на хромозомите, че да е възможно да се оцени дължината, формата и други морфологични характеристики на всяка хромозома в комплекта.

Натрупването на клетки в метафазата на митозата и производството на висококачествени плочи върху препарата става с помощта на редица последователни процедури:
колхинизация - излагане на клетки на цитостатици колхицин или колцемид, блокиращи митозата на етапа на метафазата;
хипотонизация на културите;
фиксиране на клетки със смес от метилов алкохол и оцетна киселина;
нанасяне на клетъчна суспензия върху предметно стъкло.

Колхинизацията на клетъчните култури се извършва 1,5-2 часа преди началото на фиксирането. След прилагане на колхицин, бутилките с клетъчна култура продължават да се инкубират в термостата. В края на инкубацията културалната смес от всяка бутилка се излива в чисти центрофужни епруветки и се подлага на центрофугиране. След това към клетъчната утайка се добавя хипотоничен разтвор на калиев хлорид, предварително загрят до температура +37 °C.

Хипотонизацията се извършва в термостат при температура +37 ° C за 15 минути. Хипотоничен разтвор на KCI насърчава по-доброто разпространение на хромозомите върху предметно стъкло. След хипотонизиране клетките се утаяват чрез центрофугиране и се подлагат на фиксиране. Фиксирането се извършва със смес от метилов (или етилов) алкохол и оцетна киселина.

Последният етап е подготовката на хромозомни препарати за получаване на добре разпръснати метафазни пластини, като същевременно се запази целостта и пълнотата на хромозомния набор във всяка от тях. Клетъчна суспензия се нанася върху мокри, охладени предметни стъкла, след което предметните стъкла се изсушават при стайна температура и се етикетират.

Методи за диференциално оцветяване на хромозоми
От 1971 г. в цитогенетиката са широко разпространени методи, които позволяват диференциално оцветяване на всяка хромозома от набор според нейната дължина. Практическото значение на тези методи е, че диференциалното оцветяване позволява идентифицирането на всички човешки хромозоми поради специфичния модел на надлъжно оцветяване за всяка хромозома. Всяка боя, състояща се от основно багрило, може да бъде подходяща за оцветяване, тъй като основният оцветяващ субстрат на хромозомите е ДНК-протеиновият комплекс. В практиката на цитогенетичните изследвания най-широко се използват следните методи.

Методът на G-оцветяване е най-разпространеният метод поради своята простота, надеждност и наличие на необходимите реагенти. След оцветяване всяка двойка хромозоми придобива набраздяване по дължина поради редуването на различно оцветени хетерохроматични (тъмни) и еухроматични (светли) сегменти, които обикновено се наричат ​​G-сегменти. Методът на С-оцветяване осигурява идентифициране само на определени участъци от хромозоми. Това са области на хетерохроматин, локализирани в перицентромерните области на дългите рамена на хромозоми 1, 9 и 16 и в дългото рамо на Y хромозомата, както и в късите рамена на акроцентричните хромозоми. R-методът за оцветяване на хромозомни препарати показва картина на диференциална сегментация, обратна на G-метода. Този метод оцветява добре дисталните сегменти на хромозомите, което е много важно при идентифициране на малки пренареждания, включващи крайните участъци. Методът на Q-оцветяване осигурява диференциално флуоресцентно оцветяване на отделни хромозоми от комплекта, позволява ви да идентифицирате всяка двойка хомолози и също така да определите наличието на Y хромозома в интерфазните ядра чрез блясъка на тялото на Y-хроматина.

Принципи на хромозомния анализ
Задължителен етап от изследването е визуален анализ на хромозомите под микроскоп с хилядократно увеличение (x1000) с окуляри x10 и потапяща леща x100. Оценката на качеството и годността на хромозомните препарати за изследване, както и изборът на метафазни плаки за анализ се извършват при ниско увеличение (x100). За изследването се избират добре оцветени, пълни метафазни плаки с добро разпределение на хромозомите. Изследователят преброява общия брой хромозоми и оценява структурата на всяка хромозома чрез сравняване на ивиците на хомолозите, както и сравняване на наблюдавания модел с цитогенетични карти (схеми) на хромозоми.

Използването на компютърни системи за анализ на изображения значително опростява задачата на цитогенетиката, подобрява качеството на работата му и дава възможност за бързо и лесно документиране на резултатите от изследванията. За осигуряване на високо качество на работа е препоръчително в цитогенетичното изследване на всяка проба да участват двама специалисти. Документът, потвърждаващ изследването, е протоколът, в който са посочени координатите на изследваните клетки, броят на хромозомите във всяка от тях, откритите пренареждания, формулата и заключението на кариотипа, както и фамилното име на пациента, датата и номерът на изследване, фамилията и подписа на лекаря (лекарите), провели изследването. Слайдовете и изображенията на хромозомите трябва да бъдат запазени за по-късен преглед.

ОСНОВНИ ПРАВИЛА ЗА ОПИСАНИЕ НА ХРОМОЗОМНИТЕ АНОМАЛИИ СЪГЛАСНО МЕЖДУНАРОДНАТА СИСТЕМА ЗА ЦИТОГЕНЕТИЧНА НОМЕНКЛАТУРА
Записването на формулата на кариотипа трябва да се извърши в съответствие с текущата версия на Международната система за човешка цитогенетична номенклатура. По-долу разглеждаме аспекти на използването на номенклатура, които най-често се срещат в клиничната цитогенетична практика.

Брой и морфология на хромозомите:
В кариотипа хромозомите са разделени на седем лесно различими групи (A-G) според техния размер и позиция на центромера. Автозомите са хромозоми от 1 до 22, половите хромозоми са X и Y.
Група А (1-3) - големи метацентрични хромозоми, които могат да бъдат разграничени една от друга по размер и позиция на центромера.
Група B (4-5) - големи субметацентрични хромозоми.
Група C (6-12, X) - метацентрични и субметацентрични хромозоми със среден размер. Х-хромозомата е една от най-големите хромозоми в тази група.
Група D (13-15) - средно големи акроцентрични хромозоми със сателити. 
Група Е (16-18) - относително малки метацентрични и субметацентрични хромозоми.
Група F (19-20) - малки метацентрични хромозоми.
Група G (21-22, Y) - малки акроцентрични хромозоми със сателити. Y хромозомата няма сателити.

Всяка хромозома се състои от непрекъсната поредица от ивици, които са разположени по дължината на рамената на хромозомата в строго ограничени области (участъци). Хромозомните региони са специфични за всяка хромозома и са от съществено значение за тяхната идентификация. Лентите и регионите са номерирани в посока от центромера към теломер по дължината на всяко рамо. Регионите са участъци от хромозома, разположени между две съседни ивици. За обозначаване на късите и дългите рамена на хромозомите се използват следните символи: p - късо рамо и q - дълго рамо. Центромерът (sep) се обозначава със символа 10, частта от центромера, съседна на късото рамо, е p10, а на дългото рамо е q10. Регионът, който е най-близо до центромера, се обозначава с номер 1, следващият регион с номер 2 и т.н.

Четирицифрената символика се използва за обозначаване на хромозоми:
1-ви знак - номер на хромозома;
2-ри знак (p или q) - рамо на хромозома;
3-ти знак - номер на областта (секция);
Четвъртият знак е номерът на лентата в тази зона.

Например запис 1p31 показва хромозома 1, нейното късо рамо, регион 3, лента 1. Ако лентата е разделена на подленти, след обозначението на лентата се поставя точка, след което се записва номерът на всяка подлента. Подлентите, подобно на ивиците, са номерирани в посока от центромера към теломера. Например, в лентата 1p31 има три субленти: 1p31.1, 1p31.2 и 1p31.3, от които сублентата 1p31.1 е проксимална на центромера, а сублентата 1p31.3 е дистална. Ако подлентите са допълнително подразделени на части, те се номерират с числа без препинателни знаци. Например, подлента 1р31.1 е разделена на 1р31.11, 1р31.12 и т.н.

ОБЩИ ПРИНЦИПИ ЗА ОПИСАНИЕ НА НОРМАЛЕН И АНОРМАЛЕН КАРИОТИП
В описанието на кариотипа първата точка показва общия брой хромозоми, включително половите хромозоми. Първото число се отделя от останалата част от записа със запетая, след което се записват половите хромозоми. Автозомите се определят само в случаи на аномалии.

Нормалният човешки кариотип изглежда така:
46.XX - нормален кариотип на жена;
46,XY е нормалният кариотип на мъж. 

При хромозомни аномалии първо се записват аномалиите на половите хромозоми, след това автозомните аномалии във възходящ ред на номерата и независимо от вида на аномалиите. Всяка аномалия е разделена със запетая. Буквените обозначения се използват за описание на структурно пренаредени хромозоми. Хромозомата, участваща в пренареждането, се записва в скоби след символа, указващ вида на пренареждането, например: inv(2), del(4), r(18). Ако две или повече хромозоми участват в пренареждането, между номера на всяка хромозома се поставя точка и запетая (;).

Знаци (+) или (-) се поставят пред хромозома, за да покажат аномалия, показваща допълнителна или липсваща хромозома (нормална или ненормална), например: +21,-7,+der(2). Те се използват и за обозначаване на намаляване или увеличаване на дължината на хромозомно рамо след символа (p или q); за тази цел горните знаци могат да се използват само в текста, но не и в описанието на кариотипа, например: 4p+, 5q-. Когато се описват размерите на хетерохроматични сегменти, сателити и сателитни нишки, знакът (+) (увеличение) или (-) (намаляване) се поставя непосредствено след обозначението на съответния символ, например: 16qh+, 21ps+, 22pstk+. Знакът за умножение (x) се използва за описание на множество копия на пренаредени хромозоми, но не може да се използва за описание на множество копия на нормални хромозоми, например: 46,XX,del(6)(q13q23)x2. За да посочите алтернативни интерпретации на аномалии, използвайте символа (или), например: 46,XX,del(8)(q21.1) или i(8)(p10).

Кариотиповете на различни клонове са разделени с наклонена черта (/). След описанието на кариотипа се поставят квадратни скоби, за да се посочи абсолютният брой клетки в даден клон. За да се посочи причината за появата на различни клонинги, се използват символите mos (мозаицизъм - клетъчни линии, произхождащи от една и съща зигота) и chi (химера - клетъчни линии, произхождащи от различни зиготи), които са дадени преди описанието на кариотип. Когато се изброяват кариотипове, нормалният диплоиден клон винаги се изброява последен, например: mos47,XY,+21/46,XY; mos47,XXY/46,XY.

Ако има няколко аномални клонинга, записът се извършва в ред на увеличаване на размера: първият е най-често срещаният, след това низходящ. Последният е нормалният клонинг, например: mos45,X/47,XXX/46,XX. Подобна нотация се използва в кариотип, който има два нормални клона, например: chi46,XX/46,XY. Ако в кариотипа присъстват два аномални клона, единият от които има числена аномалия, а другият има структурно пренареждане, тогава първо се записва клонът с числената аномалия. Например: 45,X/46,X,i(X)(q10).

Когато и двата клона имат числени аномалии, първо се записва клонът с автозома с по-нисък сериен номер, например: 47,XX,+8/47,XX,+21; клонът с аномалии на половите хромозоми винаги се поставя на първо място, например: 47,ХХХ/47,ХХ,+21.

Фактът, че кариотипът е хаплоиден или полиплоиден, ще бъде очевиден от броя на хромозомите и други обозначения, например: 69,XXY. Всички променени хромозоми трябва да бъдат обозначени спрямо подходящото ниво на плоидност, например: 70,XXY,+21.

Майчиният или бащиният произход на анормална хромозома се обозначава съответно със символите mat и pat след описаната аномалия, например: 46,XX,t(5;6)(q34;q23)mat,inv(14)( q12q31)пат; 46,XX,t(5;6)(q34;q23)mat,inv(14) (q12q31)mat. Ако е известно, че хромозомите на родителите са нормални в сравнение с дадена аномалия, тя се счита за нова и се обозначава със символа denovo (dn), например: 46,XY,t(5;6)(q34 ;q23)mat,inv (14)( q12q31)dn.

Описание на числови хромозомни аномалии:
Знакът (+) или (-) се използва за обозначаване на загуба или придобиване на допълнителна хромозома, когато се описват числени аномалии.
47,XX,+21 - кариотип с тризомия 21.
48,XX,+13,+21 - кариотип с тризомия 13 и тризомия 21.
45,XX,-22 - кариотип с монозомия 22.
46,XX,+8,-21 - кариотип с тризомия 8 и монозомия 21.
Изключение от това правило са конституционалните аномалии на половите хромозоми, които се записват без знаци (+) и (-).
45,X - кариотип с една Х хромозома (синдром на Шерешевски-Търнър).
47,XXY - кариотип с две X хромозоми и една Y хромозома (синдром на Клайнфелтер).
47,XXX - кариотип с три Х хромозоми.
47,XYY - кариотип с една X хромозома и две Y хромозоми.
48,XXXY е кариотип с три X хромозоми и една Y хромозома.

Описание на структурни аномалии на хромозомите
При описанието на структурните промени се използват както кратки, така и подробни системи за запис. Когато се използва кратката система, се посочват само типът на хромозомното пренареждане и точките на прекъсване. Запишете вида на хромозомната аномалия, хромозомата, участваща в аномалията, и точките на прекъсване в скоби. Кратката система не позволява недвусмислено описание на сложни хромозомни пренареждания, които понякога се откриват при анализ на туморни кариотипове.

Кратка система за обозначаване на структурни корекции
Ако и двете рамена участват в пренареждане, произтичащо от две прекъсвания, възникващи в една хромозома, точката на прекъсване в късото рамо се записва преди точката на прекъсване в дългото рамо: 46,XX,inv(2)(p21q31). Когато две точки на прекъсване са на едно и също рамо на хромозома, точката на прекъсване, проксимална на центромера, се посочва първа: 46,XX,inv(2)(p13p23). В случай, че две хромозоми участват в пренареждането, първо се посочва хромозомата с по-нисък сериен номер или половата хромозома: 46,XY,t(12;16)(q13;p11.1); 46, X, t (X; 18) (p11.11; q11.11).

Изключение от правилото са пренарежданията с три точки на прекъсване, когато фрагмент от една хромозома се вмъква в област на друга хромозома. В този случай хромозомата реципиент се записва първа, а донорната хромозома последна, дори ако е полова хромозома или хромозома с по-нисък сериен номер: 46,X,ins(5;X)(p14;q21q25); 46,XY,ins(5;2)(p14;q22q32). Ако пренареждането засяга една хромозома, първо се показват точките на прекъсване в сегмента, където е образувано вмъкването. В случай на директно вмъкване първо се записва точката на прекъсване на вмъкнатия фрагмент, проксимално на центромера, и след това дисталната точка на прекъсване. При обърнато вмъкване е обратното.

За да се укажат транслокации, в които участват три различни хромозоми, първо се посочва половата хромозома или хромозомата с по-нисък сериен номер, след това хромозомата, която е получила фрагмент от първата хромозома, и накрая хромозомата, която е дарила фрагмента на първа хромозома. 46,XX,t(9;22;17) (q34;q11.2;q22) - фрагмент от хромозома 9, съответстващ на дисталната област 9q34, прехвърлен към хромозома 22, към сегмент 22q11.2, фрагмент от хромозома 22, съответстващ на дисталната област 22q11.2, се прехвърля към хромозома 17, в сегмент 17q22, а фрагментът от хромозома 17, съответстващ на дисталната област на 17q22, се прехвърля към хромозома 9, в сегмент 9q34. 

Подробна система за обозначаване на конструктивни промени. В съответствие с подробна система за обозначения, структурните пренареждания на хромозомите се определят от състава на лентите в тях. Всички означения, използвани в кратката система, се запазват в подробната система. Въпреки това, в подробна система, подробно описание на състава на лентите в пренаредените хромозоми е дадено с помощта на допълнителни символи. Двоеточие (:) показва точка на прекъсване, а двойно двоеточие (::) показва прекъсване, последвано от повторно събиране. Стрелката (->) показва посоката на трансфер на хромозомни фрагменти. Краищата на хромозомните рамена са обозначени със символа ter (терминал), pter или qter, указващи съответно края на късото или дългото рамо. Символът sep се използва за обозначаване на центромера.

Видове хромозомни пренареждания
Допълнителен материал с неизвестен произход. Символът add (от латински additio - добавяне) се използва за обозначаване на допълнителен материал с неизвестен произход, който е добавен към хромозомна област или лента. Допълнителен материал, прикрепен към крайната област, ще доведе до увеличаване на дължината на хромозомното рамо. Когато описвате хромозомите с допълнителен материалс неизвестен произход и в двете ръце символът der се поставя преди номера на хромозомата. Ако неизвестен допълнителен материал е вмъкнат в хромозомно рамо, символите ins и (?) се използват за описание.

Изтривания. Символът del се използва за обозначаване на крайни и интерстициални изтривания:
46,XX,del(5)(q13)
46,XX,del (5) (pter->q13:)
Знакът (:) означава, че прекъсването е настъпило в лентата 5q13, в резултат на това хромозома 5 се състои от късо рамо и част от дълго рамо, разположено между центромера и сегмента 5q13.
46,XX,del(5)(q13q33)
46,XX,del(5)(pter->q13::q33->qter)
Знакът (::) означава прекъсване и повторно съединяване на ленти 5ql3 и 5q33 на дългото рамо на хромозома 5. Хромозомният сегмент между тези ленти е изтрит.

Производни или производни хромозоми (der) са хромозоми, които възникват в резултат на пренареждания, засягащи две или повече хромозоми, както и в резултат на множество пренареждания в една хромозома. Номерът на производната хромозома съответства на номера на интактната хромозома, която има същия центромер като производната хромозома:
46,XY,der(9)del(9)(p12)del(9)(q31)
46,XY,der(9) (:р12->q31:)
Производна хромозома 9 е резултат от две крайни делеции, възникващи в късите и дългите рамена, с точки на прекъсване съответно в ленти 9p12 и 9q31.
46,XX,der (5)add(5)(p15.1)del(5)(q13)
46,XX,der(5)(?::p15.1-»q13:)
Произведена хромозома 5 с допълнителен материал с неизвестен произход, прикрепен към лента 5p15.1 и крайна делеция на дългото рамо дистално от лента 5q13.

Дицентрични хромозоми. Символът матрица се използва за описание на дицентрични хромозоми. Дицентричната хромозома замества една или две нормални хромозоми. Следователно няма нужда да се посочват липсващи нормални хромозоми. 
45,XX,dic(13;13)(q14;q32)
45,XX,dic(13;13)(13pter->13ql4::13q32-»13pter)
Счупването и повторното обединяване се случва в ленти 13ql4 и 13q32 на две хомоложни хромозоми 13, което води до дицентрична хромозома.

Дублиране. Дублирането се обозначава със символа dup; те могат да бъдат директни или обърнати.
46,XX,dup(1)(q22q25)
46,XX,dup(1)(pter->q25::q22->qter)
Директно дублиране на сегмента между лентите lq22 и lq25.
46,XY,dup(1)(q25q22)
46,XY,dup(1) (pter->q25::q25->q22::q25->qter) или (pter->q22::q25-»q22::q22->qter)
Обърнато дублиране на сегмента между лентите lq22 и lq25. Трябва да се отбележи, че само подробна системадава възможност да се опише обърнато дублиране.

Инверсии. Символът inv се използва за описание на пара- и перицентрични инверсии.
46,XX,inv(3)(q21q26.2)
46,XX,inv(3)(pter->q21::q26.2->q21::q26.2->qter)
Парацентрична инверсия, при която прекъсването и повторното събиране се случват в ленти 3q21 и 3q26.2 на дългото рамо на хромозома 3.
46,XY,inv(3)(p13q21)
46,XY,inv(3)(pter-»pl3::q21->p13::q21->qter)
Перицентрична инверсия, при която прекъсването и повторното свързване настъпва между късата ръкава 3p13 и дългата ръкава 3q21 на хромозома 3. Регионът между тези ленти, включително центромера, е обърнат на 180°.

Вмъквания. Символът ins се използва за обозначаване на директно или обърнато вмъкване. Вмъкването се счита за директно, когато проксималният край на областта на вмъкване е в проксимално положение по отношение на неговия втори край. При обърнато вмъкване проксималният край на областта на вмъкване е в дистална позиция. Типът на вмъкване (директно или обърнато) също може да бъде обозначен със символите съответно dir и inv.
46,XX,ins(2)(pl3q21q31)
46,XX,ins(2)(pter->p13::q31->q21::pl3-»q21::q31-qter)
Директно вмъкване, т.е. dir ins(2) (p13q21q31), възниква между сегменти 2q21 и 2q31 на дългото рамо и сегмент 2p13 на късото рамо на хромозома 2. Областта на хромозомата с дълго рамо между сегменти 2q21 и 2q31 се вмъква в късото рамо в областта на сегмент 2p13. В новата позиция сегмент 2q21 остава по-близо до центромера, отколкото сегмент 2q31.
46,XY,ins(2) (pl3q31q21)
46,XY,ins(2)(pterH>pl3::q21->q31::pl3->q21::q31-»qter)
В този случай вмъкнатият раздел е обърнат, т.е. inv ins(2)(p13q31q21). Във вложката сегмент 2q21 е по-далеч от центромера, отколкото сегмент 2q31. По този начин местоположението на сегментите спрямо центромера се е променило.

Изохромозоми. Символът i се използва за описание на изохромозомите, които са хромозоми, състоящи се от две еднакви рамена. Точките на прекъсване в изохромозомите са локализирани в центромерните области p10 и q10.
46,XX,i(17)(q10)
46,XX,i(17)(qter-»q10::q10 ->qter) 
Изохромозомата по дългото рамо на хромозома 17 и точката на прекъсване са обозначени в областта на 17q10. Кариотипът съдържа една нормална хромозома и една пренаредена хромозома 17.
46,X,i(X)(q10)
46,X,i(X) (qter-»q10::q10->qter)
Една нормална X хромозома и X изохромозома по дългата ръка.

Чупливите места (чупливите места) могат да изглеждат като нормални полиморфизми или могат да бъдат свързани с наследствени заболявания или фенотипни аномалии.
46,X,fra(X)(q27.3)
Чуплив участък в подлентата Xq27.3 на една от Х хромозомите в женския кариотип.
46,Y,fra(X)(q27.3)
Чуплив участък в подлентата Xq27.3 на X хромозомата в мъжкия кариотип.

Маркерната хромозома (маркер) е структурно променена хромозома, никоя част от която не може да бъде идентифицирана. Ако се идентифицира някаква част от анормална хромозома, тя се описва като производна хромозома (der). Когато се описва кариотип, знакът (+) се поставя преди символа mar.
47,XX,+mar
Една допълнителна маркерна хромозома.
48,X,t(X;18)(p11.2;q11.2)+2mar
Две маркерни хромозоми в допълнение към t(X;18) транслокацията.

Пръстеновите хромозоми се обозначават със символа r и могат да се състоят от една или повече хромозоми.
46,XX,r(7)(p22q36)
46,XX,r(7) (::р22->q36::)
Счупване и повторно обединяване се наблюдава в сегменти 7p22 и 7q36, със загуба на хромозомни региони, дистални от тези точки на прекъсване.
Ако центромерът на пръстенна хромозома е неизвестен, но хромозомните сегменти, съдържащи се в пръстена, са известни, пръстенните хромозоми се определят като производни (der).
46,XX,der(1)r(1;3)(p36.1q23;q21q27)
46,XX,der(1)(::lp36.1->1q23::3q21->3q27::)

Транслокации. Реципрочни транслокации
За да се опишат транслокации (t), се използват същите принципи и правила, както за описание на други хромозомни пренареждания. За да се разграничат хомоложните хромозоми, един от хомолозите може да бъде подчертан с една долна черта (_).
46,XY,t(2;5)(q21;q31)
46,XY,t(2;5)(2pter2q21::5q31->5qter;5pter 5q31::2q21->2qter)
Прекъсването и повторното събиране се случиха в сегменти 2q21 и 5q31. Хромозомите размениха региони дистално от тези сегменти. Хромозомата с по-нисък сериен номер е посочена първа.
46,X,t(X;13)(q27;ql2)
46,X,t(X;13)(Xpter->Xq27::13ql2->13qter;13pter->3q 12::Xq27->Xqter)
Прекъсването и повторното събиране се случиха в сегменти Xq27 и 13q12. Сегментите, дистални от тези области, бяха разменени. Тъй като половата хромозома участва в транслокацията, тя се записва първа. Имайте предвид, че правилната нотация е 46,X,t(X;13), а не 46,XX,t(X;13).
46,t(X;Y) (q22;q1, 1.2) 
46,t(X;Y)(Xpter->Xq22::Yq11.2->Yqter;Ypter->Yq11.2::Xq22->Xqter)
Реципрочна транслокация между X и Y хромозомите с точки на прекъсване Xq22 и Yq11.2.
Транслокациите, включващи цели хромозомни рамена, могат да бъдат записани, показвайки точки на прекъсване в центромерните области на p10 и q10. При балансирани транслокации точката на прекъсване в половата хромозома или в хромозомата с по-нисък сериен номер се обозначава като p10.
46,XY,t(4;3)(p10;q10)
46,XY,t(1;3)(lpteMlpl0::3ql0->3qter;3pter->3p40::4q40->4qter)
Реципрочна транслокация на цели рамена на хромозома, при която късите рамена на хромозома 1 се свързват с центромера с дългите рамена на хромозома 3, а дългите рамена на хромозома 1 се свързват с късите рамена на хромозома 3.
При небалансирани транслокации на цели хромозомни рамена, пренаредената хромозома се обозначава като производна (der) и замества две нормални хромозоми.
45,XX,der(1;3) (p10;q10)
45,XX,der(1;3)(1pter->1p10::3q10->3qter)

Производна хромозома, състояща се от късото рамо на хромозома 1 и дългото рамо на хромозома 3. Липсващите хромозоми 1 и 3 не са етикетирани, защото са заменени от производната хромозома. Следователно кариотипът съдържа една нормална хромозома 1, една нормална хромозома 3 и производната хромозома der(l;3).

Робъртсънови транслокации
Това е специален тип транслокация, която възниква в резултат на центричното сливане на дългите рамена на акроцентричните хромозоми 13-15 и 21-22 с едновременна загуба на късите рамена на тези хромозоми. Принципите за описване на небалансирани транслокации, включващи цели рамена, се прилагат и за описване на Робъртсънови транслокации, използвайки символа (der). Символът rob също може да се използва за описание на тези транслокации, но не трябва да се използва за описание на придобити аномалии. Точките на прекъсване на хромозомите, участващи в транслокацията, са посочени в регионите q10.
45,XX,der(13;21) (q10;q10)
45,XX,rob(13;21) (q10;q10)

Счупването и повторното събиране се случи в сегменти 13q10 и 21q10 на центромерните области на хромозоми 13 и 21. Получената хромозома замени една хромозома 13 и една хромозома 21. Няма нужда да се посочват липсващите хромозоми. Кариотипът съдържа една нормална хромозома 13, една нормална хромозома 21 и der (13;21). Дисбалансът възниква поради загубата на късите рамена на хромозоми 13 и 21.

ГЛАВА 5 ИЗМЕНЧИВОСТ НА ОРГАНИЗМА

ГЛАВА 5 ИЗМЕНЧИВОСТ НА ОРГАНИЗМА

Пълна информация

Променливостта на един организъм е променливостта на неговия геном, която определя генотипните и фенотипните различия на човек и причинява еволюционното разнообразие на неговите генотипове и фенотипове (вижте глави 2 и 3).

Вътрематочното развитие на ембриона, ембриона, плода, по-нататъшното постнатално развитие на човешкото тяло (детство, детство, юношество, юношество, зряла възраст, стареене и смърт) се осъществяват в съответствие с генетичната програма на онтогенезата, формирана от сливането на майчини и бащини геноми (вижте глави 2 и 12).

По време на онтогенезата геномът на тялото на индивида и кодираната в него информация претърпяват непрекъснати трансформации под въздействието на фактори заобикаляща среда. Промените, които настъпват в генома, могат да се предават от поколение на поколение, причинявайки променливост в характеристиките и фенотипа на организма при потомците.

В началото на 20в. Германският зоолог W. Hacker идентифицира клон на генетиката, посветен на изследването на връзките и взаимоотношенията между генотипове и фенотипове и анализа на тяхната променливост, и го нарече феногенетика.

В момента феногенетиците разграничават два класа променливост: ненаследствена (или модификация), която не се предава от поколение на поколение, и наследствена, която се предава от поколение на поколение.

на свой ред наследствена изменчивостИма и два класа: комбинативен (рекомбинационен) и мутационен. Променливостта на първия клас се определя от три механизма: случайни срещи на гамети по време на оплождането; кросинговър или мейотична рекомбинация (обмен на равни участъци между хомоложни хромозоми в профазата на първото разделение на мейозата); независимо разминаване на хомоложни хромозоми към полюсите на делене по време на образуването на дъщерни клетки по време на митоза и мейоза. Вариативност на второто

клас се причинява от точкови, хромозомни и геномни мутации (виж по-долу).

Нека последователно разгледаме различните класове и видове променливост на организма на различни етапи от неговото индивидуално развитие.

Променливост по време на оплождане на гамети и началото на функционирането на генома на зараждащия се организъм

Майчиният и бащиният геном не могат да функционират отделно един от друг.

Само два родителски генома, обединени в зигота, осигуряват произхода на молекулярния живот, появата на ново качествено състояние - едно от свойствата на биологичната материя.

На фиг. Фигура 23 показва резултатите от взаимодействието на два родителски генома по време на оплождане на гамети.

Според формулата на оплождане: зигота = яйцеклетка + сперма, началото на развитието на зиготата е моментът на образуване на двойна (диплоидна), когато се срещнат два хаплоидни набора от родителски гамети. Тогава възниква молекулярният живот и се стартира верига от последователни реакции, базирани първо на експресията на гените на генотипа на зиготата, а след това на генотипите на дъщерните соматични клетки, произлезли от нея. Индивидуалните гени и групи от гени в генотипите на всички клетки на тялото започват да се „включват“ и „изключват“ по време на изпълнението на генетичната програма на онтогенезата.

Водещата роля в събитията, които се случват, принадлежи на яйцето, което има в ядрото и цитоплазмата всичко необходимо за покълването.

Ориз. 23.Резултати от взаимодействието на два родителски генома по време на оплождане на гамети (снимки съответно от www.bio.1september.ru; www.bio.fizteh.ru; www.vetfac.nsau.edu.ru)

развитие и продължаване на живота, структурните и функционални компоненти на ядрото и цитоплазмата (същността биологичен матриархат).Спермата съдържа ДНК и не съдържа цитоплазмени компоненти. Прониквайки в яйцеклетката, ДНК на спермата влиза в контакт с нейната ДНК и по този начин в зиготата се „включва“ основният молекулярен механизъм, който функционира през целия живот на организма: взаимодействието ДНК-ДНК на два родителски генома. Строго погледнато, генотипът е активиран, представен от приблизително равни части ДНК нуклеотидни последователности от майчин и бащин произход (без да се взема предвид mtDNA на цитоплазмата). Нека опростим казаното: началото на молекулярния живот в зиготата е нарушение на постоянството на вътрешната среда на яйцето (неговата хомеостаза), а целият последващ молекулен живот на многоклетъчния организъм е желанието за възстановяване на хомеостазата изложени на фактори на околната среда или баланса между две противоположни състояния: стабилност От една странаи променливост с друг.Това са причинно-следствените връзки, които определят възникването и непрекъснатостта на молекулярния живот на организма по време на онтогенезата.

Сега нека обърнем внимание на резултатите и значението на изменчивостта на генома на един организъм като продукт на еволюцията. Първо, нека разгледаме въпроса за уникалността на генотипа на зиготата или прогениторната клетка на всички клетки, тъкани, органи и системи на тялото.

Самото оплождане се случва случайно: една женска гамета се опложда само от една мъжка гамета от 200-300 милиона сперматозоиди, съдържащи се в еякулата на мъжа. Очевидно е, че всяка яйцеклетка и всеки сперматозоид се отличават един от друг по много генотипни и фенотипни характеристики: наличие на променени или непроменени гени в състава и комбинациите (резултати от комбинираната променливост), различни последователности от нуклеотидни последователности на ДНК, различни размери, форми , функционална активност (мотилитет), зрялост на гаметите и т.н. Именно тези различия ни позволяват да говорим за уникалността на генома на всяка гамета и следователно за генотипа на зиготата и целия организъм: злополуката на оплождането гамети осигурява раждането на генетично уникален индивидуален организъм.

С други думи, молекулярният живот на човека (както животът на биологичното същество като цяло) е „дар от съдбата” или, ако искате, „божествен дар”, защото вместо даден индивид със същите

имаше възможност генетично различни братя и сестри да са родени.

Сега нека продължим нашата дискусия за баланса между стабилността и променливостта на наследствения материал. IN в широк смисъл, поддържането на такъв баланс е едновременното запазване и промяна (трансформация) на стабилността на наследствения материал под въздействието на вътрешни (хомеостаза) и външни фактори на околната среда (реакционна норма). Хомеостазата зависи от генотипа, причинен от сливането на два генома (виж фиг. 23). Скоростта на реакцията се определя от взаимодействието на генотипа с факторите на околната среда.

Норма и диапазон на реакция

Специфичният начин, по който тялото реагира в отговор на факторите на околната среда, се нарича норма на реакция.Именно гените и генотипът са отговорни за развитието и обхвата на модификациите на индивидуалните характеристики и фенотипа на целия организъм. В същото време не всички възможности на генотипа се реализират във фенотипа, т.е. фенотип е конкретен (за индивид) случай на прилагане на генотип при специфични условия на околната среда. Следователно, например, между монозиготни близнаци, които имат напълно идентични генотипове (100% общи гени), се разкриват забележими фенотипни разлики, ако близнаците растат в различни условиязаобикаляща среда.

Нормата на реакция може да бъде тясна или широка. В първия случай стабилността на индивидуална черта (фенотип) се поддържа почти независимо от влиянията на околната среда. Примери за гени с тясна норма на реакция или непластични гениса гени, кодиращи синтеза на антигени на кръвна група, цвят на очите, къдрене на косата и др. Действието им е еднакво при всякакви (съвместими с живота) външни условия. Във втория случай стабилността на индивидуалната черта (фенотип) се променя в зависимост от влиянието на околната среда. Пример за гени с широка скорост на реакция или пластични гени- гени, които контролират броя на червените кръвни клетки (различни за хората, които се качват на планина и хората, които се спускат от планината). Друг пример за широка норма на реакция е промяната в цвета на кожата (тен), свързана с интензивността и времето на излагане на ултравиолетово лъчение върху тялото.

Говорейки за обхват на отговор,трябва да се имат предвид фенотипните различия, които се появяват в индивида (неговия генотип) в зависимост от

„обеднени“ или „обогатени“ условия на околната среда, в които се намира организмът. Според определението на И.И. Шмалхаузен (1946), „не се наследяват характеристиките като такива, а нормата на тяхната реакция към промените в условията на съществуване на организмите“.

По този начин нормата и диапазонът на реакцията са границите на генотипната и фенотипната променливост на организма при промяна на условията на околната среда.

Трябва също да се отбележи, че от вътрешните фактори, влияещи върху фенотипното проявление на гените и генотипа, специфична стойностимат пола и възрастта на индивида.

Външните и вътрешните фактори, които определят развитието на признаци и фенотипове, са включени в трите групи основни фактори, посочени в главата, включително гени и генотип, механизми на междумолекулни (ДНК-ДНК) и междугенни взаимодействия между родителските геноми и фактори на околната среда.

Разбира се, основата за адаптиране на организма към условията на околната среда (основата на онтогенезата) е неговият генотип. По-специално, индивиди с генотипове, които не потискат негативните ефекти на патологични гени и фактори на околната среда, оставят по-малко потомство от тези индивиди, при които нежеланите ефекти са потиснати.

Вероятно генотипите на по-жизнеспособни организми включват специални гени (модификаторни гени), които потискат действието на „вредните“ гени по такъв начин, че вместо това алелите от нормалния тип стават доминиращи.

НЕНАСЛЕДСТВЕНА ИЗМЕНЛИВОСТ

Говорейки за ненаследствена променливост на генетичния материал, нека отново разгледаме пример за широка норма на реакция - промяна в цвета на кожата под влияние на ултравиолетова радиация. “Тан” не се предава от поколение на поколение, т.е. не се предава по наследство, въпреки че в възникването му участват пластични гени.

По същия начин не се наследяват резултатите от наранявания, белези от промени в тъканите и лигавиците, дължащи се на изгаряне, измръзване, отравяне и много други признаци, причинени единствено от фактори на околната среда. В същото време трябва да се подчертае: ненаследствените промени или модификации са свързани с наследствени

естествени свойства на даден организъм, тъй като те се формират на фона на определен генотип при специфични условия на околната среда.

Наследствена комбинирана изменчивост

Както беше посочено в началото на главата, в допълнение към механизма на случайни срещи на гамети по време на оплождането, комбинираната променливост включва механизмите на кросинговър при първото делене на мейозата и независимото разминаване на хромозомите към полюсите на делене по време на образуването на дъщеря клетки по време на митоза и мейоза (виж глава 9).

Кросингоувър при първото мейотично делене

Поради механизма пресичаневръзката на гените с хромозомата редовно се нарушава в профазата на първото разделение на мейозата в резултат на смесване (обмен) на гени от бащин и майчин произход (фиг. 24).

В началото на 20в. при отваряне на прелеза над Т.Х. Морган и неговите ученици предполагат, че кръстосването между два гена може да се случи не само в една, но и в две, три (съответно двойно и тройно кръстосване) и повече точки. Потискането на пресичането беше отбелязано в райони, непосредствено съседни на пунктовете за обмен; това потискане се наричаше намеса.

В крайна сметка беше изчислено: за една мъжка мейоза има от 39 до 64 хиазми или рекомбинации, а за една женска мейоза има до 100 хиазми.

Ориз. 24.Схема на кросинговър при първото разделение на мейозата (според Шевченко В.А. и др., 2004):

а - сестрински хроматиди на хомоложни хромозоми преди началото на мейозата; b - те са по време на пахитена (видима е спирализацията им); c - те също са по време на диплотена и диакинеза (стрелките показват местата на преминаване през хиазма или области на обмен)

В резултат на това те заключиха, че връзката на гените с хромозомите непрекъснато се нарушава по време на кръстосването.

Фактори, влияещи върху кросингоувъра

Кросингоувърът е един от редовните генетични процеси в тялото, контролиран от много гени както директно, така и чрез физиологичното състояние на клетките по време на мейоза и дори митоза.

Факторите, влияещи върху преминаването, включват:

Хомо- и хетерогаметен пол ( ние говорим заО митотичен кросинговърпри мъже и жени от еукариоти като дрозофила и копринена буба); По този начин при Drosophila кросинговърът протича нормално; при копринената буба то е или нормално, или липсва; при хората трябва да се обърне внимание на смесения („трети“) пол и по-специално на ролята на кросингоувъра в аномалиите на половото развитие при мъжкия и женския хермафродитизъм (виж Глава 16);

структура на хроматина; честотата на кръстосване в различни региони на хромозомите се влияе от разпределението на хетерохроматичните (перицентромерни и теломерни региони) и еухроматичните региони; по-специално, в перицентромерни и теломерни области, честотата на кръстосване е намалена и разстоянието между гените, определено от честотата на кръстосване, може да не съответства на действителното;

Функционално състояние на тялото; С напредването на възрастта степента на хромозомна спирализация и скоростта на клетъчното делене се променят;

генотип; съдържа гени, които увеличават или намаляват честотата на кръстосване; „шкафчета“ на последните са хромозомни пренареждания (инверсии и транслокации), които усложняват нормалното конюгиране на хромозомите в зиготената;

Екзогенни фактори: излагане на температура, йонизиращо лъчение и концентрирани солеви разтвори, химически мутагени, лекарства и хормони, които обикновено увеличават честотата на кросингоувъра.

Честотата на мейотичен и митотичен кросингоувър и SCO понякога се използва за оценка на мутагенния ефект на лекарства, канцерогени, антибиотици и други химични съединения.

Неравностойно пресичане

В редки случаи при кросинговър се наблюдават прекъсвания в асиметрични точки на сестрински хроматиди и те се разменят

са разделени на неравни области помежду си - това е неравномерно пресичане.

В същото време са описани случаи, когато по време на митоза се наблюдава митотична конюгация (неправилно сдвояване) на хомоложни хромозоми и възниква рекомбинация между несестрински хроматиди. Това явление се нарича генна конверсия.

Значението на този механизъм е трудно да се надценява. Например, в резултат на неправилно сдвояване на хомоложни хромозоми по страничните повторения, може да възникне удвояване (дупликация) или загуба (делеция) на хромозомния регион, съдържащ гена PMP22, което ще доведе до развитие на наследствена автозомно-доминантна моторно-сензорна невропатия на Charcot-Marie-Tooth.

Неравномерният кросингоувър е един от механизмите за възникване на мутации. Например, периферният протеин миелин е кодиран от гена PMP22, разположен на хромозома 17 и имащ дължина около 1,5 милиона bp. Този ген е ограден от две хомоложни повторения с дължина приблизително 30 kb. (повторенията са разположени по фланговете на гена).

Особено много мутации в резултат на неравномерно кръстосване се срещат в псевдогените. Тогава или фрагмент от един алел се прехвърля към друг алел, или фрагмент от псевдоген се прехвърля към ген. Например, подобна мутация се наблюдава, когато псевдогенна последователност се прехвърли към 21-хидроксилазния ген (CYP21B) при адреногенитален синдром или вродена надбъбречна хиперплазия (вижте глави 14 и 22).

В допълнение, поради рекомбинации по време на неравен кросингоувър, могат да се образуват множество алелни форми на гени, кодиращи HLA клас I антигени.

Независимо разминаване на хомоложни хромозоми към полюсите на делене по време на образуването на дъщерни клетки по време на митоза и мейоза

Поради процеса на репликация, който предшества митозата на соматична клетка, общият брой на ДНК нуклеотидните последователности се удвоява. Образуването на една двойка хомоложни хромозоми става от две бащини и две майчини хромозоми. Когато тези четири хромозоми се разпределят в две дъщерни клетки, всяка клетка ще получи една бащина и една майчина хромозома (за всяка двойка хромозомен набор), но коя от двете, първата или втората, не е известно. Възниква

произволно разпределение на хомоложни хромозоми. Лесно е да се изчисли: поради различни комбинации от 23 двойки хромозоми, общият брой на дъщерните клетки ще бъде 2 23, или повече от 8 милиона (8 χ 10 6) варианта на комбинации от хромозоми и гени, разположени върху тях. Следователно, с произволното разпределение на хромозомите в дъщерните клетки, всяка от тях ще има свой собствен уникален кариотип и генотип (собствена версия на комбинацията от хромозоми и гени, свързани с тях, съответно). Трябва да се отбележи, че има патологичен вариант на разпределението на хромозомите в дъщерните клетки. Например, влизането в една от двете дъщерни клетки само на една Х хромозома (бащин или майчин произход) ще доведе до монозомия (синдром на Шерешевски-Търнър, кариотип 45, XO), влизането на три идентични автозоми ще доведе до тризомия (Даун синдром, 47,XY,+21; Патау, 47,ХХ,+13 и Едвадса, 47,ХХ,+18;

Както беше отбелязано в Глава 5, две бащини или две майчини хромозоми на произход могат едновременно да влязат в една дъщерна клетка - това е униродителска изодизомия за специфична двойка хромозоми: синдром на Силвър-Ръсел (две майчини хромозоми 7), синдром на Беквит-Видеман (две бащини хромозоми). хромозоми 11), Angelman (две бащини хромозоми 15), Prader-Willi (две майчини хромозоми 15). Като цяло обемът на нарушенията в разпределението на хромозомите достига 1% от всички хромозомни нарушения при хората. Тези разстройства са от голямо еволюционно значение, тъй като създават популационно разнообразие на човешки кариотипове, генотипове и фенотипове. Освен това всеки патологичен вариант е уникален продукт на еволюцията.

В резултат на второто мейотично делене се образуват 4 дъщерни клетки. Всеки от тях ще получи една майчина или бащина хромозома от всичките 23 хромозоми.

Да избегна възможни грешкив нашите по-нататъшни изчисления ще го приемем за правило: в резултат на второто мейотично делене се образуват също 8 милиона варианта на мъжки гамети и 8 милиона варианта на женски гамети. Тогава отговорът на въпроса какъв е общият обем на вариантните комбинации от хромозоми и гени, разположени върху тях, когато се срещнат две гамети, е следният: 2 46 или 64 χ 10 12, т.е. 64 трилиона.

Образуването на такъв (теоретично възможен) брой генотипове при среща на две гамети ясно обяснява значението на хетерогенността на генотипите.

Стойността на комбинираната променливост

Комбинативната изменчивост е важна не само за хетерогенността и уникалността на наследствения материал, но и за възстановяването (поправянето) на стабилността на молекулата на ДНК, когато и двете вериги са увредени. Пример е образуването на едноверижна ДНК празнина срещу непоправена лезия. Получената празнина не може да бъде точно коригирана без включването на нормалната ДНК верига в ремонта.

Мутационна изменчивост

Наред с уникалността и хетерогенността на генотиповете и фенотипите в резултат на комбинираната вариабилност, огромен принос за вариабилността на човешкия геном и феномен има наследствената мутационна вариабилност и произтичащата от това генетична хетерогенност.

Вариациите в ДНК нуклеотидните последователности могат грубо да се разделят на мутации и генетичен полиморфизъм (виж Глава 2). В същото време, ако хетерогенността на генотипите е постоянна (нормална) характеристика на променливостта на генома, тогава мутационна изменчивост- това е, като правило, неговата патология.

Патологичната вариабилност на генома се поддържа, например, от неравномерно кръстосване, неправилна дивергенция на хромозомите към полюсите на делене по време на образуването на дъщерни клетки, наличието на генетични съединения и алелни серии. С други думи, наследствената комбинирана и мутационна изменчивост се проявява при хората чрез значително генотипно и фенотипно разнообразие.

Нека изясним терминологията и разгледаме общите въпроси на теорията на мутациите.

ОБЩИ ВЪПРОСИ В ТЕОРИЯТА НА МУТАЦИИТЕ

Мутациянастъпва промяна в структурната организация, количеството и/или функционирането на наследствения материал и синтезираните от него протеини. Тази концепция е предложена за първи път от Hugo de Vries

през 1901-1903г в работата си „Теория на мутациите“, където описва основните свойства на мутациите. Те:

Появяват се внезапно;

Предава се от поколение на поколение;

Унаследява се по доминантен тип (проявява се при хетерозиготи и хомозиготи) и рецесивен тип (проявява се при хомозиготи);

Те нямат посока („мутират“ всеки локус, причинявайки незначителни промени или засягайки жизнените показатели);

Според фенотипното си проявление те могат да бъдат вредни (повечето мутации), полезни (изключително редки) или безразлични;

Срещат се в соматични и зародишни клетки.

Освен това едни и същи мутации могат да се появят многократно.

Процес на мутацияили мутагенеза, е непрекъснато протичащ процес на образуване на мутации под въздействието на мутагени - фактори на околната среда, които увреждат наследствения материал.

Първо теория на непрекъснатата мутагенезапредложен през 1889 г. от руския учен от Санкт Петербургския университет S.I. Коржински в книгата си „Хетерогенезис и еволюция“.

Както се смята в момента, мутациите могат да се появят спонтанно, без видими външни причини, но под влияние на вътрешни условия в клетката и тялото – това са спонтанни мутации или спонтанна мутагенеза.

Мутации, причинени изкуствено от експозиция външни факторифизическо, химическо или биологично естество, са индуцирани мутации, или индуцирана мутагенеза.

Най-честите мутации се наричат големи мутации(например мутации в гените на мускулна дистрофия на Дюшен-Бекер, кистозна фиброза, сърповидно-клетъчна анемия, фенилкетонурия и др.). Вече са създадени търговски комплекти, които позволяват автоматичното идентифициране на най-важните от тях.

Нововъзникналите мутации се наричат ​​нови мутации или мутации de novo.Например, те включват мутации, които са в основата на редица автозомно-доминантни заболявания, като ахондроплазия (10% от случаите на заболяването са фамилни форми), неврофиброматоза на Реклингхаузен тип I (50-70% са фамилни форми), болест на Алцхаймер, хорея на Хънтингтън .

Наричат ​​се мутации от нормалното състояние на ген (белег) до патологично състояние прав.

Мутациите от патологично състояние на ген (белег) към нормално състояние се наричат ​​обратни или реверсии.

Способността за връщане е установена за първи път през 1935 г. от N.V. Тимофеев-Ресовски.

Последващите мутации в гена, които потискат първичния мутантен фенотип, се наричат супресор.Потискането може да бъде интрагенен(възстановява функционалната активност на протеина; аминокиселината не отговаря на оригиналната, т.е. няма истинска обратимост) и екстрагенен(структурата на tRNA се променя, в резултат на което мутантната tRNA включва друга аминокиселина в полипептида вместо тази, кодирана от дефектния триплет).

Мутациите в соматичните клетки се наричат соматични мутации.Те образуват патологични клетъчни клонове (набор от патологични клетки) и в случай на едновременно присъствие на нормални и патологични клетки в тялото водят до клетъчен мозаицизъм (например при наследствената остеодистрофия на Олбрайт, изразеността на заболяването зависи от броя на анормалните клетки).

Соматичните мутации могат да бъдат както фамилни, така и спорадични (нефамилни). Те са в основата на развитието на злокачествени новообразувания и процеси на преждевременно стареене.

Преди това се смяташе за аксиома, че соматичните мутации не се предават по наследство. През последните години е доказано предаването от поколение на поколение на наследствена предразположеност на 90% от мултифакторните форми и 10% от моногенните форми на рак, проявяващи се чрез мутации в соматичните клетки.

Мутациите в зародишните клетки се наричат зародишни мутации.Смята се, че те са по-редки от соматичните мутации, лежат в основата на всички наследствени и някои вродени заболявания, предават се от поколение на поколение и също могат да бъдат фамилни или спорадични. Най-изследваната област на общата мутагенеза е физическата и по-специално, радиационна мутагенеза.Всички източници на йонизиращо лъчение са вредни за човешкото здраве, като правило имат мощен мутагенен, тератогенен и канцерогенен ефект. Мутагенният ефект на единична доза радиация е много по-висок от този на хроничното облъчване; Доза радиация от 10 rad удвоява скоростта на мутация при хората. Доказано: йонизиращо лъчениеможе да причини мутации, водещи до

към наследствени (вродени) и онкологични заболявания, а ултравиолетовите - за индуциране на грешки в репликацията на ДНК.

Най-голямата опасност е химическа мутагенеза.В света има около 7 милиона химични съединения. Приблизително 50-60 хиляди химически вещества се използват постоянно в националната икономика, в производството и в ежедневието. Около хиляда нови съединения се въвеждат в практиката всяка година. От тях 10% са способни да индуцират мутации. Те включват хербициди и пестициди (делът на мутагените сред тях достига 50%), както и редица лекарства(някои антибиотици, синтетични хормони, цитостатици и др.).

Има и биологична мутагенеза.Биологичните мутагени включват: чужди протеини на ваксини и серуми, вируси (варицела, морбили рубеола, полиомиелит, херпес симплекс, СПИН, енцефалит) и ДНК, екзогенни фактори (лошо протеиново хранене), хистаминови съединения и техните производни, стероидни хормони (ендогенни фактори) . Укрепване на ефекта на външните мутагени комутагени(токсини).

Историята на генетиката има много примери за важността на връзките между гените и чертите. Една от тях е класификацията на мутациите в зависимост от техния фенотипен ефект.

Класификация на мутациите в зависимост от техния фенотипен ефект

Тази класификация на мутациите е предложена за първи път през 1932 г. от G. Möller. Според класификацията са идентифицирани следните:

Аморфни мутации. Това е състояние, при което белегът, контролиран от патологичния алел, не се изразява, тъй като патологичният алел е неактивен в сравнение с нормалния алел. Такива мутации включват гена за албинизъм (11q14.1) и около 3000 автозомно-рецесивни заболявания;

Антиморфни мутации. В този случай стойността на признака, контролиран от патологичния алел, е противоположна на стойността на признака, контролиран от нормалния алел. Такива мутации включват гени на около 5-6 хиляди автозомно-доминантни заболявания;

Хиперморфни мутации. В случай на такава мутация, белегът, контролиран от патологичния алел, е по-изразен от белегът, контролиран от нормалния алел. Пример - gete-

розиготни носители на гени за заболявания на нестабилност на генома (виж глава 10). Техният брой е около 3% от населението на Земята (почти 195 милиона души), а броят на самите заболявания достига 100 нозологии. Сред тези заболявания: анемия на Фанкони, атаксия телеангиектазия, пигментна ксеродерма, синдром на Блум, прогероидни синдроми, много форми на рак и др. Освен това честотата на рак при хетерозиготни носители на гените за тези заболявания е 3-5 пъти по-висока от нормалната, и при самите пациенти (хомозиготи за тези гени), честотата на рак е десетки пъти по-висока от нормалното.

Хипоморфни мутации. Това е състояние, при което експресията на черта, контролирана от патологичен алел, е отслабена в сравнение с чертата, контролирана от нормален алел. Такива мутации включват мутации в гените за синтез на пигмент (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), както и повече от 3000 форми на автозомно-рецесивни заболявания.

Неоморфни мутации. Твърди се, че такава мутация възниква, когато чертата, контролирана от патологичния алел, е с различно (ново) качество в сравнение с чертата, контролирана от нормалния алел. Пример: синтез на нови имуноглобулини в отговор на проникването на чужди антигени в тялото.

Говорейки за трайното значение на класификацията на G. Möller, трябва да се отбележи, че 60 години след нейното публикуване фенотипните ефекти на точковите мутации са разделени на различни класове в зависимост от ефекта, който имат върху структурата на протеиновия продукт на гена и /или нивото му на изразяване.

По-специално, Нобеловият лауреат Виктор Маккузик (1992) идентифицира мутации, които променят последователността на аминокиселините в протеина. Оказа се, че те са отговорни за проявата на 50-60% от случаите на моногенни заболявания, а останалите мутации (40-50% от случаите) представляват мутации, засягащи генната експресия.

Промяната в аминокиселинния състав на протеина се проявява в патологичен фенотип, например в случаи на метхемоглобинемия или сърповидно-клетъчна анемия, причинени от мутации на бетаглобиновия ген. На свой ред са изолирани мутации, засягащи нормалната генна експресия. Водят до промяна в сумата генен продукти се проявяват чрез фенотипове, свързани с дефицита на определен протеин, напр.

в случаите хемолитична анемия,причинени от мутации на гени, локализирани върху автозоми: 9q34.3 (дефицит на аденилат киназа); 12p13.1 (дефицит на триозофосфат изомераза); 21q22.2 (дефицит на фосфофруктокиназа).

Класификацията на мутациите от V. McKusick (1992) е, разбира се, ново поколение класификации. В същото време, в навечерието на публикуването му, класификацията на мутациите в зависимост от нивото на организация на наследствения материал стана широко приета.

Класификация на мутациите в зависимост от нивото на организация на наследствения материал

Класификацията включва следното.

Точкови мутации(нарушаване на генната структура в различни точки).

Строго погледнато, точковите мутации включват промени в нуклеотидите (базите) на един ген, водещи до промяна в количеството и качеството на протеиновите продукти, които синтезират. Основните промени са техните замествания, вмъквания, движения или делеции, които могат да се обяснят с мутации в регулаторните региони на гените (промотор, сайт на полиаденилиране), както и в кодиращите и некодиращите региони на гените (екзони и интрони, сплайсинг) сайтове). Базовите замествания водят до три вида мутантни кодони: миссенс мутации, неутрални мутации и безсмислени мутации.

Точковите мутации се наследяват като прости менделски черти. Те са чести: 1 случай на 200-2000 раждания - първична хемохроматоза, неполипозен рак на дебелото черво, синдром на Мартин-Бел и кистозна фиброза.

Точковите мутации, които са изключително редки (1:1 500 000), са тежка комбинирана имунна недостатъчност (SCID) в резултат на дефицит на аденозин деаминаза. Понякога точковите мутации се образуват не поради излагане на мутагени, а като грешки в репликацията на ДНК. Освен това тяхната честота не надвишава 1:10 5 -1:10 10, тъй като те се коригират с помощта на системи за възстановяване на клетките с почти

Структурни мутацииили хромозомни аберации (нарушават структурата на хромозомите и водят до образуването на нови групи за генно свързване). Това са делеции (загуби), дупликации (удвоявания), транслокации (движения), инверсии (завъртане на 180°) или инсерции (вмъквания) на наследствен материал. Такива мутации са характерни за соматичните

логически клетки (включително стволови клетки). Честотата им е 1 на 1700 клетъчни деления.

Има редица синдроми, причинени от структурни мутации. Най-известните примери: синдром на "котешки плач" (кариотип: 46,ХХ,5р-), синдром на Wolf-Hirschhorn (46,ХХ,4р-), транслокационна форма на синдрома на Даун (кариотип: 47, ХУ, t ( 14;21) ).

Друг пример е левкемията. Когато се появят, генната експресия се нарушава в резултат на така наречената сепарация (транслокация между структурната част на гена и неговия промоторен участък) и следователно се нарушава протеиновият синтез.

Геномни(числово) мутации- нарушение на броя на хромозомите или техните части (водят до появата на нови геноми или техни части чрез добавяне или загуба на цели хромозоми или техни части). Произходът на тези мутации се дължи на неразделяне на хромозомите при митоза или мейоза.

В първия случай това са анеуплоиди, тетраплоиди с неразделена цитоплазма, полиплоиди с 6, 8, 10 двойки хромозоми или повече.

Във втория случай това е неразделянето на сдвоени хромозоми, участващи в образуването на гамети (монозомия, тризомия) или оплождането на едно яйце от два сперматозоида (диспермия или триплоиден ембрион).

Техните типични примери вече са цитирани повече от веднъж - това са синдромът на Шерешевски-Търнър (45, XX), синдромът на Klinefelter (47, XXY), редовната тризомия при синдрома на Даун (47, XX, +21).

Най-голямата генетична лаборатория в Съединените щати, Reprogenetics, в сътрудничество с водещи учени от Китай, редица нюйоркски институти и медицински центрове, специализирани в областта на PGD, публикуваха резултатите от нови изследвания, които твърдят, че мутациите могат да бъдат открити в ембриони след ин витро оплождане.

За провеждане на изследването е достатъчна малка (щадяща) биопсия, само около 10 ембрионални клетки, докато повечето нови (De Novo) мутации, които причиняват непропорционално висок процент генетични заболявания, могат да бъдат открити с помощта на PGD. Уникалността на метода се състои в разработването на нов и оригинален процес за скрининг на разширен цял геном.

Нови (De Novo) мутации се появяват само в зародишните клетки и в ембрионите след оплождане. Обикновено тези мутации не присъстват в кръвта на родителите и дори цялостният скрининг на родителите носители няма да ги открие. Стандартният PGD не може да открие тези мутации, тъй като тестовете не са достатъчно чувствителни или се фокусират само върху много тесни специфични области на генома.

„Тези резултати са важна стъпка в развитието на скрининга на целия геном, насочен към намиране на най-здравите ембриони по време на PGD“, казва Сантяго Муне, д-р, основател и директор на Reprogenetics и основател на Recombine. „Този ​​нов подход може да открие почти всички геномни промени и по този начин да премахне необходимостта от по-нататъшно генетично изследване по време на бременност или след раждането, като същевременно гарантира, че най-здравият ембрион е избран за трансфер на бъдещата майка.“

Също така е научно доказано, че нов методнамалява степента на грешка 100 пъти (в сравнение с предишни методи).

„Забележително е, че новите (de novo) мутации могат да бъдат открити с такава висока чувствителност и изключително ниски нива на грешки, като се използва малък брой ембрионални клетки“, казва Брок Питърс, Ph.D., водещ учен в изследването. „Разработеният метод е ефективен не само от медицинска гледна точка, но и от икономическа гледна точка и ние с нетърпение очакваме да продължим нашата изследователска работа в тази област.“

Новите мутации могат да доведат до сериозни вродени мозъчни заболявания като аутизъм, епилептични енцефалопатии, шизофрения и др. Тъй като тези мутации са уникални за конкретния сперматозоид и яйцеклетка, които създават ембриона, генетичното изследване на родителите не може да ги открие.

„До пет процента от новородените страдат от заболяване, причинено от генетичен дефект“, казва Алън Бъркли, доктор по медицина, професор и директор на катедрата по акушерство и гинекология в Центъра за плодовитост на Нюйоркския университет. „Нашият подход е всеобхватен и има за цел да идентифицира напълно здрави ембриони. Това може значително да облекчи част от емоционалния и физически стрес от IVF, особено за двойки, изложени на риск от предаване на генетични заболявания.“

Статията е преведена специално за програмата IVF School, въз основа на материали

Шизофренията е едно от най-мистериозните и сложни заболявания в много отношения. Трудно се диагностицира - все още няма консенсус дали е едно заболяване или много подобни. Трудно се лекува – сега има само лекарства, които потискат т.нар. положителни симптоми (като делириум), но те не помагат да се върне човек към пълноценен живот. Шизофренията е трудна за изучаване – никое друго животно освен хората не боледува от нея, затова почти няма модели за изучаването ѝ. Шизофренията е много трудна за разбиране от генетична и еволюционна гледна точка – тя е пълна с противоречия, които биолозите все още не могат да разрешат. Добрата новина обаче е, че през последните години нещата сякаш най-после се раздвижиха. Вече обсъдихме историята на откриването на шизофренията и първите резултати от нейното изследване с неврофизиологични методи. Този път ще говорим за това как учените търсят генетичните причини за болестта.

Важността на тази работа дори не е, че почти всеки стотен човек на планетата страда от шизофрения и напредъкът в тази област трябва поне радикално да опрости диагностиката - дори ако не е възможно да се създаде добро лекарство веднага. Значението на генетичните изследвания е, че те вече променят нашето разбиране за основните механизми на наследяване на сложни черти. Ако учените успеят да разберат как такова сложно заболяване като шизофренията може да се „скрие“ в нашата ДНК, това ще означава радикален пробив в разбирането на организацията на генома. И значението на такава работа ще надхвърли клиничната психиатрия.

Първо, малко сурови факти. Шизофренията е тежко, хронично, инвалидизиращо психично заболяване, което обикновено засяга хора в млада възраст. Засяга около 50 милиона души по света (малко под 1% от населението). Заболяването се придружава от апатия, безволие, често халюцинации, заблуди, дезорганизация на мисленето и речта, двигателни нарушения. Симптомите обикновено причиняват социална изолация и намалена продуктивност. Повишеният риск от самоубийство при пациенти с шизофрения, както и придружаващи соматични заболявания, води до намаляване на общата продължителност на живота им с 10-15 години. В допълнение, пациентите с шизофрения имат по-малко деца: мъжете имат средно 75 процента, жените - 50 процента.

През последния половин век се наблюдава бърз напредък в много области на медицината, но този прогрес почти не е засегнал превенцията и лечението на шизофренията. Не на последно място това се дължи на факта, че все още нямаме ясна представа какво точно нарушаване на биологичните процеси предизвиква развитието на болестта. Тази липса на разбиране е довела до факта, че откакто първото антипсихотично лекарство хлорпромазин (търговско име: Aminazine) се появи на пазара преди повече от 60 години, не е настъпила качествена промяна в лечението на заболяването. Всички съществуващи антипсихотици, одобрени за лечение на шизофрения (както типични, включително хлорпромазин, така и атипични), имат един и същ основен механизъм на действие: те намаляват активността на допаминовите рецептори, което елиминира халюцинациите и заблудите, но, за съжаление, има малък ефект върху негативни симптоми като апатия, липса на воля, нарушения на мисленето и др странични ефектидори не го споменаваме. Общо разочарование в изследванията на шизофренията е, че фармацевтичните компании имат дълга история на намаляване на финансирането за разработване на антипсихотични лекарства, въпреки че броят на клиничните изпитвания продължава да расте. Надеждата за изясняване на причините за шизофренията обаче дойде от доста неочаквана посока - тя се свързва с безпрецедентен напредък в молекулярната генетика.

Колективна отговорност

Още първите изследователи на шизофренията са забелязали, че рискът от заболяване е тясно свързан с наличието на болни роднини. Опитите да се установи механизмът на наследяване на шизофренията бяха направени почти веднага след преоткриването на законите на Мендел, в самото начало на 20 век. Въпреки това, за разлика от много други заболявания, шизофренията не се вписва в рамките на простите модели на Мендел. Въпреки високата наследственост, не е било възможно да се свърже с един или повече гени, така че до средата на века т.нар. психогенни теории за развитието на болестта. В съгласие с психоанализата, която беше изключително популярна в средата на века, тези теории обясняваха очевидната наследственост на шизофренията не с генетиката, а с характеристиките на възпитанието и нездравословната атмосфера в семейството. Имаше дори такова понятие като „шизофреногенни родители“.

Тази теория обаче, въпреки популярността си, не живее дълго. Последната точка на въпроса дали шизофренията е наследствено заболяване беше поставена от психогенетични изследвания, проведени още през 60-70-те години. Това са предимно проучвания на близнаци, както и проучвания на осиновени деца. Същността на изследванията на близнаци е да се сравнят вероятностите за проява на определена черта - в този случай развитието на заболяване - при еднояйчни и разнояйчни близнаци. Тъй като разликата в ефектите на околната среда върху близнаците не зависи от това дали те са еднояйчни или разнояйчни, разликите в тези вероятности трябва да произтичат главно от факта, че еднояйчните близнаци са генетично идентични, а разнояйчните близнаци имат средно само половината същите генни варианти.

В случая с шизофренията се оказа, че конкордантът на еднояйчните близнаци е повече от 3 пъти по-висок от конкорданта на разнояйчните: за първите е приблизително 50 процента, а за вторите е под 15 процента. Тези думи трябва да се разбират по следния начин: ако имате идентичен брат близнак, страдащ от шизофрения, тогава вие самият ще се разболеете с 50 процента вероятност. Ако вие и вашият брат сте разнояйчни близнаци, тогава рискът да се разболеете е не повече от 15 процента. Теоретичните изчисления, които допълнително отчитат разпространението на шизофренията сред населението, оценяват приноса на наследствеността за развитието на болестта на ниво от 70-80 процента. За сравнение, ръстът и индексът на телесната маса се наследяват приблизително по същия начин - черти, които винаги са били считани за тясно свързани с генетиката. Между другото, както се оказа по-късно, същата висока наследственост е характерна за три от другите четири основни психични заболявания: разстройство с дефицит на вниманието и хиперактивност, биполярно разстройство и аутизъм.

Резултатите от проучвания на близнаци бяха напълно потвърдени при изследване на деца, родени от пациенти с шизофрения и осиновени в ранна детска възраст от здрави осиновители. Оказа се, че при тях рискът от развитие на шизофрения не е намален в сравнение с децата, отгледани от своите шизофреници, което ясно показва ключовата роля на гените в етиологията.

И тук стигаме до една от най-мистериозните черти на шизофренията. Факт е, че ако е толкова силно унаследено и в същото време има много негативен ефект върху годността на носителя (да си припомним, че пациентите с шизофрения оставят поне наполовина по-малко потомци от здравите хора), тогава как успява да продължават в популацията поне ? Това противоречие, около което в много отношения се води основната борба между различните теории, се нарича "еволюционен парадокс на шизофренията".

Доскоро за учените беше напълно неясно какви точно характеристики на генома на пациентите с шизофрения предопределят развитието на болестта. От десетилетия се водят разгорещени дебати дори не за това кои гени са променени при пациенти с шизофрения, а за това каква е общата генетична „архитектура“ на болестта.

Това означава следното. Геномите на отделните хора са много сходни един с друг, като се различават средно с по-малко от 0,1 процента от нуклеотидите. Някои от тези отличителни геномни характеристики са доста широко разпространени в популацията. Условно, ако се срещат при повече от един процент от хората, те могат да бъдат наречени общи варианти или полиморфизми. Смята се, че такива често срещани варианти са се появили в човешкия геном преди повече от 100 000 години, дори преди първата емиграция на предци от Африка модерни хора, така че те обикновено присъстват в повечето човешки субпопулации. Естествено, за да съществуват в значителна част от населението в продължение на хиляди поколения, повечето полиморфизми не трябва да бъдат твърде вредни за техните носители.

В генома на всеки човек обаче има и други генетични особености – по-млади и по-редки. Повечето от тях не дават никакво предимство на носителите, така че честотата им в популацията, дори и да са регистрирани, остава незначителна. Много от тези черти (или мутации) имат повече или по-малко изразен отрицателен ефект върху годността, така че те постепенно се премахват чрез отрицателна селекция. Вместо това, в резултат на непрекъснат процес на мутация, се появяват други нови вредни варианти. Комбинираната честота на която и да е от новите мутации почти никога не надвишава 0,1 процента и такива варианти се наричат ​​редки.

И така, под архитектурата на заболяването имаме предвид кои генетични варианти - чести или редки, имащи силен фенотипен ефект или само леко повишаващи риска от развитие на заболяването - определят появата му. Именно около този въпрос доскоро се водеше основният дебат за генетиката на шизофренията.

Единственият безспорен факт, установен с молекулярно-генетични методи относно генетиката на шизофренията през последната третина на 20 век, е нейната невероятна сложност. Днес е очевидно, че предразположението към заболяването се определя от промени в десетки гени. Освен това, всички „генетични архитектури“ на шизофренията, предложени през това време, могат да бъдат комбинирани в две групи: моделът „често срещано заболяване – често срещани варианти“ („често срещано заболяване – често срещани варианти“, CV) и „често срещано заболяване – редки варианти“ модел - редки варианти", RV). Всеки от моделите предоставя свои собствени обяснения за „еволюционния парадокс на шизофренията“.

RV срещу. CV

Според CV модела генетичният субстрат на шизофренията е определен набор от генетични характеристики, полиген, подобен на това, което определя наследяването на количествени признаци като височина или телесно тегло. Такъв полиген е набор от полиморфизми, всеки от които повлиява слабо физиологията (те се наричат ​​„причинни“, защото, макар и не сами, те водят до развитието на болестта). Да се ​​поддържа характеристиката на шизофренията е доста високо нивочестота, е необходимо този полиген да се състои от често срещани варианти - в крайна сметка е много трудно да се съберат много редки варианти в един геном. Съответно всеки човек има в генома си десетки такива рискови варианти. Като цяло всички причинно-следствени варианти определят генетичната предразположеност (отговорност) на всеки отделен човек към болестта. Предполага се, че за качествени сложни черти като шизофрения има прагова стойност за чувствителност и само онези хора, чиято чувствителност надвишава този праг, развиват заболяването.

Прагов модел на чувствителност към заболяване. Показано нормална дистрибуцияпредразположение, нанесено на хоризонталната ос. Хората, чиято чувствителност надвишава определен праг, развиват заболяването.

Такъв полигенен модел на шизофрения е предложен за първи път през 1967 г. от един от основателите на съвременната психиатрична генетика Ървинг Готсман, който също има значителен принос в доказването на наследствения характер на заболяването. От гледна точка на привържениците на CV модела, устойчивостта на висока честота на причинно-следствени варианти на шизофрения в популация в продължение на много поколения може да има няколко обяснения. Първо, всеки отделен такъв вариант има сравнително малък ефект върху фенотипа; такива „квази-неутрални“ варианти могат да бъдат невидими за селекцията и да останат често срещани в популациите. Това е особено вярно за популации с ниска ефективна численост, където влиянието на случайността е не по-малко важно от натиска на селекцията - това включва популацията на нашия вид.

От друга страна са направени предположения за наличието при шизофренията на т.нар. балансираща селекция, т.е. положителното влияние на "шизофренните полиморфизми" върху здрави носители. Не е толкова трудно да си го представим. Известно е например, че шизоидните индивиди с високо генетично предразположение към шизофрения (от които има много близки роднини на пациентите) се характеризират с повишено ниво на творчески способности, което може леко да повиши тяхната адаптация (това вече беше показано в няколко творби). Популационната генетика позволява ситуация, при която положителният ефект от причинно-следствените варианти при здрави носители може да надделее над негативните последици за онези хора, които имат твърде много от тези „добри мутации“, което води до развитието на болестта.

Вторият основен модел на генетичната архитектура на шизофренията е RV моделът. Тя предполага, че шизофренията е колективно понятие и че всеки отделен случай или фамилна история на заболяването е отделна квазименделска болест, свързана във всеки отделен случай с уникални промени в генома. В този модел причинно-следствените генетични варианти са под много силен натиск за селекция и се отстраняват от популацията доста бързо. Но тъй като във всяко поколение се появяват малък брой нови мутации, се установява известен баланс между селекцията и появата на причинни варианти.

От една страна, RV моделът може да обясни защо шизофренията е много добре унаследена, но нейните универсални гени все още не са открити: в края на краищата всяко семейство наследява свои причинни мутации и просто няма универсални. От друга страна, ако човек се ръководи от този модел, трябва да признае, че мутациите в стотици различни гени могат да доведат до един и същ фенотип. В крайна сметка шизофренията е често срещано заболяване и появата на нови мутации е рядкост. Например, данни за секвениране на тризнаци баща-майка-дете показват, че във всяко поколение, на 6 милиарда нуклеотиди от диплоидния геном, възникват само 70 нови еднонуклеотидни замествания, от които средно само няколко могат теоретично да имат някакъв ефект върху фенотипа, а мутации от други видове - още по-рядко явление.

Някои емпирични доказателства обаче косвено подкрепят този модел на генетичната архитектура на шизофренията. Например, в началото на 90-те години беше открито, че около един процент от всички пациенти с шизофрения имат микроделеция в един от регионите на хромозома 22. В по-голямата част от случаите тази мутация не се наследява от родителите, а се случва de novoпо време на гаметогенезата. Един от 2000 души се ражда с тази микроделеция, която причинява различни проблеми, наречени синдром на DiGeorge. Страдащите от този синдром се характеризират с тежко увреждане на когнитивната функция и имунитета, често придружено от хипокалцемия, както и проблеми със сърцето и бъбреците. Една четвърт от хората със синдром на DiGeorge развиват шизофрения. Би било изкушаващо да се предположи, че други случаи на шизофрения се обясняват с подобни генетични заболявания с катастрофални последици.

Още едно емпирично наблюдение, косвено потвърждаващо ролята de novoМутациите в етиологията на шизофренията са свързани с риска от развитие на заболяването с възрастта на бащата. Така, според някои данни, сред тези, чиито бащи са били на възраст над 50 години по време на раждане, има 3 пъти повече пациенти с шизофрения, отколкото сред тези, чиито бащи са били под 30. От друга страна, доста отдавна хипотези бяха изложени за връзката между възрастта на бащата и възникването на de novoмутации. Такава връзка, например, отдавна е установена за спорадични случаи на друго (моногенно) наследствено заболяване - ахондроплазия. Тази корелация най-скоро беше потвърдена от гореспоменатите данни за трикратно секвениране: броят de novoмутациите са свързани с възрастта на бащата, но не и с възрастта на майката. Според изчисленията на учените едно дете получава средно 15 мутации от майка си, независимо от нейната възраст, а от баща си - 25, ако е на 20 години, 55, ако е на 35 години и повече от 85, ако е над 50. Тоест числото de novoмутациите в генома на детето се увеличават с две с всяка година от живота на бащата.

Взети заедно, тези данни изглежда сочат доста ясно ключова роля de novoмутации в етиологията на шизофренията. Ситуацията обаче всъщност се оказа много по-сложна. След разделянето на двете основни теории генетиката на шизофренията е в застой в продължение на десетилетия. Почти никакви надеждни, възпроизводими данни не са получени в полза на един от тях. Нито общата генетична архитектура на заболяването, нито специфичните варианти, които влияят върху риска от развитие на заболяването. Рязък скок се наблюдава през последните 7 години и се дължи основно на технологични пробиви.

В търсене на гени

Секвенирането на първия човешки геном, последващото подобряване на технологиите за секвениране и след това появата и широкото прилагане на високопроизводително секвениране направиха възможно най-накрая да се получи повече или по-малко пълно разбиране на структурата на генетичната променливост в човешката популация. Тази нова информация веднага започна да се използва за пълномащабно търсене на генетичните детерминанти на предразположението към определени заболявания, включително шизофрения.

Такива изследвания са структурирани приблизително така. Първо се събира проба от несвързани болни хора (случаи) и приблизително еднаква по големина проба от несвързани здрави индивиди (контроли). Всички тези хора са решени да имат определени генетични варианти - само през последните 10 години изследователите имаха възможност да ги определят на ниво цели геноми. След това честотата на поява на всеки от идентифицираните варианти се сравнява между групи от болни хора и контролна група. Ако е възможно да се установи статистически значимо обогатяване на един или друг вариант в носители, това се нарича асоциация. Така сред огромния брой генетични варианти, които съществуват, има и такива, които са свързани с развитието на болестта.

Важна величина, характеризираща ефекта на вариант, свързан с дадено заболяване, е OD (odds ratio), който се определя като съотношението на шансовете за получаване на заболяването при носители на даден вариант в сравнение с тези хора, които не го имат. Ако OD стойността на даден вариант е 10, това означава следното. Ако вземем произволна група носители на варианта и еднаква група хора, които нямат този вариант, се оказва, че в първата група ще има 10 пъти повече болни, отколкото във втората. Освен това, колкото по-близо е OD до единица за даден вариант, толкова по-голяма проба е необходима, за да се потвърди надеждно, че връзката наистина съществува - че този генетичен вариант наистина влияе върху развитието на болестта.

Такава работа сега направи възможно откриването в целия геном на повече от дузина субмикроскопични делеции и дублирания, свързани с шизофренията (те се наричат ​​CNV - вариации на броя на копията, един от CNV причинява вече известния синдром на DiGeorge). За откритите CNV, които причиняват шизофрения, OD варира от 4 до 60. Това са високи стойности, но поради изключителната им рядкост, дори заедно те обясняват само много малка част от наследствеността на шизофренията в популацията. Какво е отговорно за развитието на болестта при всички останали?

След сравнително неуспешни опити да се намерят CNV, които биха причинили развитието на болестта не в няколко редки случая, а в значителна част от населението, привържениците на модела на „мутацията“ поставиха големи надеждиза различен тип експеримент. Те сравняват пациенти с шизофрения и здрави контроли не наличието на масивни генетични пренареждания, а пълните последователности от геноми или екзоми (колекции от всички последователности, кодиращи протеини). Такива данни, получени с помощта на високопроизводително секвениране, правят възможно намирането на редки и уникални генетични характеристики, които не могат да бъдат открити с други методи.

Намаляването на разходите за секвениране направи възможно през последните години провеждането на експерименти от този тип върху доста големи проби - включително, в последните проучвания, няколко хиляди пациенти и същия брой здрави контроли. Какъв е резултатът? Уви, досега е открит само един ген, в който редките мутации са надеждно свързани с шизофренията - този ген SETD1A, кодиращ един от важните протеини, участващи в регулирането на транскрипцията. Както при CNV, проблемът тук е същият: мутации в гена SETD1Aне може да обясни никаква значителна част от наследствеността на шизофренията поради факта, че те са просто много редки.

Връзка между разпространението на свързаните генетични варианти (хоризонтална ос) и тяхното въздействие върху риска от развитие на шизофрения (OR). В основната графика червените триъгълници показват някои от свързаните с болестта CNV, открити до момента; сините кръгове показват SNP според данните на GWAS. Вмъкването показва области с редки и често срещани генетични варианти в същите координати.

Има индикации, че има други редки и уникални варианти, които влияят върху податливостта към шизофрения. И по-нататъшното разширяване на проби в експерименти, използващи секвениране, трябва да помогне за намирането на някои от тях. Въпреки това, въпреки че изследването на редки варианти все още може да даде известна ценна информация (особено тази информация ще бъде важна за разработването на клетъчни и животински модели на шизофрения), повечето учени сега са съгласни, че редките варианти играят само второстепенна роля в наследствената шизофрения и CV моделът описва много по-добре генетичната архитектура на болестта. Увереността във валидността на CV модела дойде преди всичко с развитието на проучвания като GWAS, които ще разгледаме подробно във втората част. Накратко, проучвания от този тип разкриха много често срещаната генетична вариация, която представлява значителна част от наследствеността на шизофренията, която би била предвидена от CV модела.

Допълнителна подкрепа за CV модела за шизофрения е връзката между нивото на генетична предразположеност към шизофрения и така наречените разстройства от шизофрения спектър. Дори ранните изследователи на шизофренията забелязаха, че сред роднините на пациенти с шизофрения често има не само други пациенти с шизофрения, но и „ексцентрични“ индивиди с характерни странности и симптоми, подобни на шизофренията, но по-слабо изразени. Впоследствие подобни наблюдения доведоха до концепцията, че съществува цял набор от заболявания, които се характеризират с повече или по-малко изразени нарушения във възприемането на реалността. Тази група заболявания се нарича разстройство от шизофрения спектър. Освен това различни формишизофренията включва налудни разстройства, шизотипни, параноидни и шизоидни разстройства на личността, шизоафективно разстройство и някои други патологии. Gottesman, предлагайки своя полигенен модел на шизофрения, предполага, че хората с подпрагови стойности на чувствителност към болестта могат да развият други патологии от спектъра на шизофренията, а тежестта на заболяването корелира с нивото на чувствителност.

Ако тази хипотеза е вярна, логично е да се очаква, че генетичните варианти, за които е установено, че са свързани с шизофренията, също ще бъдат обогатени сред хората, страдащи от разстройства от шизофрения спектър. За оценка на генетичната предразположеност на всеки отделен човек се използва специална стойност, наречена полигенна рискова оценка. Нивото на полигенен риск отчита общия принос на всички общи рискови варианти, идентифицирани в GWAS, които присъстват в генома на дадено лице, за податливостта към заболяване. Оказа се, че както е предвидено от CV модела, стойностите на нивото на полигенния риск корелират не само със самата шизофрения (което е тривиално), но и с други заболявания от спектъра на шизофренията, а по-високите нива на полигенен риск съответстват до тежки видове разстройства.

И все пак остава един проблем - феноменът на "старите бащи". Ако повечето емпирични доказателства подкрепят полигенния модел на шизофренията, как можем да съвместим с него отдавна известната връзка между възрастта на бащинство и риска от развитие на шизофрения при децата?

Едно елегантно обяснение за този феномен някога беше представено по отношение на модела на CV. Предполага се, че късното бащинство и шизофренията не са съответно причина и следствие, а са две следствия от обща причина, а именно генетичната предразположеност на късните бащи към шизофрения. От една страна, високото ниво на предразположеност към шизофрения може да корелира при здрави мъже с по-късно бащинство. От друга страна, очевидно е, че високата предразположеност на бащата предсказва повишена вероятност децата му да развият шизофрения. Оказва се, че можем да се справим с две независими корелации, което означава, че натрупването на мутации в предшествениците на спермата при мъжете може да няма почти никакъв ефект върху развитието на шизофрения при техните потомци. Скорошни резултати от моделиране, включващи епидемиологични данни, както и скорошни данни за молекулярна честота de novoмутациите са в добро съгласие точно с това обяснение на феномена „стари бащи”.

По този начин в момента можем да считаме, че почти няма убедителни аргументи в полза на "мутационния" RV модел на шизофренията. Това означава, че ключът към етиологията на заболяването се крие в това кой определен набор от общи полиморфизми причинява шизофрения в съответствие с CV модела. Втората част от нашата история ще бъде посветена на това как генетиците търсят този набор и какво вече са успели да открият.