Neurogenetika i genetika nasljednih bolesti
Dijagnostika glavnih sindroma mikroduplikacije i mikrodelecije (šifra testa 01.02.05.300)

1p36 mikrodelecijski sindrom uzrokovana delecijom (u 7% slučajeva - translokacijom) dijela kratkog kraka (p) kromosoma 1 (1p-monosomija). Ozbiljnost simptoma ovisi o specifičnoj regiji i vrsti delecije (terminalna, intersticijska, složena preuređenja). Klinički se očituje zaostajanjem u razvoju, hipotonicom mišića, kraniofacijalnim anomalijama: ravne obrve, duboko usađene oči, retruzija srednjeg dijela lica, širok i konkavan hrbat nosa, izduženi filtrum, šiljata brada, velika fontanela koja dugo ne zarasta, mikrobrahicefalija, epikantus, nisko zakrenuti straga nasađeni uši, brahi- i kamptodaktilija i skraćeni donji udovi, mogući su konvulzivni napadaji. Ostala obilježja uključuju strukturne abnormalnosti mozga, urođene srčane mane, poremećaje vida i oka, gubitak sluha i abnormalnosti kostura, vanjskih genitalija i bubrega.

Najčešće se mutacija javlja de novo, no u rijetkim slučajevima može se pojaviti ako jedan od roditelja ima uravnotežen (skriven) preustroj - translokaciju koja zahvaća regiju 1p36. Nositelji uravnotežene translokacije nemaju simptome bolesti, ali postoji rizik od 50% prijenosa mutacije na sljedeću generaciju. Stoga se preporuča provesti molekularno genetsko ispitivanje roditelja bolesnika s potvrđenim sindromom mikrodelecije 1p36.

Istraživanje gena:

- TNFRSF4

GNB1

GABRD

2p16.1-p15 mikrodelecijski sindrom uzrokovana delecijom 16.1-15 sekcija kratkog kraka (p) 2. kromosoma. Brisanje regije kromosoma može uključivati ​​do 12 poznatih gena. Klinički znakovi uključuju zakašnjeli psihomotorni i govorni razvoj i kraniofacijalne anomalije, kao što su: telekantus, spušteni kapci i vanjski kutovi očiju, uska palpebralna fisura (anti-mongoloidni oblik oka), istaknuti hrbat nosa, visoko nepce, izduženi filtrum, obrnuti Gornja usna. Neki pacijenti imaju mikrocefaliju, hipoplaziju vidnog živca, bubrežne anomalije i hidronefrozu, povećane bradavice, nizak rast, kortikalnu displaziju, kamptodaktiliju i deformitet prstiju golubijeg stopala.

U svim opisanim slučajevima delecija se dogodila de novo te je rizik nasljeđivanja ove bolesti od braće i sestara jednak populacijskom prosjeku. Ako roditelji imaju uravnoteženu translokaciju ili germinalni mozaicizam, rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara veći je od prosječnog populacijskog rizika, stoga se roditeljima djeteta s mikrodelecijskim sindromom 2p16.1-p15 preporučuje molekularno-genetska analiza.

Istraživanje gena:

REL

PEX13

2q23.1 sindrom mikrodelecije/mikroduplikacije uzrokovan je gubitkom (delecijom) ili udvostručenjem (duplikacijom) dijela dugog kraka (q) kromosoma 2 na poziciji 23.1, u čijoj se kritičnoj regiji nalazi MBD5 gen ili neki od njegovih egzona (intersticijske delecije u ~ 5% slučajeva). Moguća je i heterozigotna varijanta patogene sekvence MBD5 gena (~5%). Ovaj gen je osjetljiv na dozu, pa smanjenje (delecija) ili povećanje (duplikacija) doze gena dovodi do razvoja sindroma mikrodelecije/mikroduplikacije 2q23.1.

Ovu bolest karakterizira opći zaostatak u razvoju, teško oštećenje govora (većina pacijenata ne može govoriti ili izgovara pojedinačne riječi, kratke fraze ili rečenice), napadaji, čiji se početak javlja u dobi od dvije godine; poremećaji spavanja, koji se očituju kao prekomjerna dnevna pospanost i devijantno ponašanje, uključujući autistično ponašanje, namjerno samoozljeđivanje i agresivno ponašanje. Ostali klinički znakovi uključuju mikrocefaliju, široka usta, okrenutu gornju usnicu, istaknute sjekutiće, spuštene kutove usta, makroglosiju i abnormalnosti uha.

Delecija i duplikacija javljaju se de novo, ali je opisano autosomno dominantno nasljeđivanje bolesti od roditelja, što može biti povezano sa smanjenom penetrantnošću. U tom smislu preporučuje se genetska dijagnoza za oba roditelja kako bi se izračunao rizik od bolesti kod braće i sestara.

Studijageni:

MBD5

Delecija 2q23.1 koja sadrži gen MBD5 ili njegov dio (~90% pacijenata)

Intersticijska delecija koja sadrži jedan ili više egzona MBD5 gena (~5%)

Heterozigotna varijanta patogene sekvence MBD5 gena (~5%)

SATB2 - udruženi sindrom uzrokovan poremećajima u funkcioniranju gena SATB2, lokaliziranog u dugom kraku (q) kromosoma 2 na poziciji 32-33, zbog delecije, duplikacije, translokacije ili točkastih mutacija. Gen SATB2 kodira istoimeni protein koji je uključen u normalan razvoj živčanog i koštanog sustava, uključujući strukture lica. Glavni simptomi su teško oštećenje govora, abnormalnosti u razvoju nepca, kostiju i mozga te poremećaji ponašanja. Početak bolesti javlja se u dobi od 2 godine.

Mutacija se javlja de novo i nasljeđuje se autosomno dominantno. Ako roditelji imaju uravnoteženu translokaciju ili germinalni mozaicizam, rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara veći je od prosječnog populacijskog rizika, stoga se roditeljima djeteta sa sindromom povezanim sa SATB2 preporučuje molekularna genetička analiza.

Istraživanje gena:

- SATB2

Velike delecije, intragene delecije i duplikacije te preuređivanja uključujući SATB2, točkaste mutacije.

3q29 sindrom mikrodelecije/mikroduplikacije uzrokovana delecijom ili duplikacijom 29. regije dugog kraka (q) kromosoma 3. Bolesnike s mikroduplikacijom karakteriziraju kašnjenja u razvoju, mikrocefalija i oftalmološki poremećaji, abnormalnosti u razvoju srca; mišićna hipotonija, usporeni razvoj govora, kraniosinostoza, visoko "gotičko" nepce, dentofacijalne anomalije, konduktivni gubitak sluha, abnormalnosti mišićno-koštanog sustava; napadaji. Često mnogi nositelji ove duplikacije ne osjećaju ozbiljne simptome, što je povezano sa smanjenom penetrantnošću.

Mutacija se može pojaviti de novo ili se može naslijediti od asimptomatskog roditelja koji ima mutaciju.

Sindrom mikrodelecije 3q29 klinički se očituje kašnjenjem u ključnim fazama razvoja djeteta (sjedenje, hodanje, govor), čestim upalama srednjeg uha i respiratornim infekcijama te mikrocefalijom. Neka se djeca rađaju s rascjepom usne ili nepca i mogu imati srčane mane. S godinama se mogu razviti poremećaji ponašanja i mentalni poremećaji. Klinička prezentacija iznimno je varijabilna i neki ljudi s delecijom 3q29 mogu imati blage simptome ili uopće ne moraju biti svjesni bolesti.

Mutacija nastaje de novo, no ako roditelji imaju blaži stupanj bolesti, prijenos mutacije događa se autosomno dominantnim putem.

Istraživanje gena:

- DLG1, ali prodor nije 100 posto.

Wolf-Hirschhornov sindrom nastaje zbog delecije ili neuravnotežene translokacije telomerne regije kratkog kraka (p) kromosoma 4 na poziciji 16 (4p16). Rijetko, pacijenti imaju takozvani "prstenasti kromosom 4", koji se može pojaviti ako se delecija dogodi na oba kraja kromosoma, a potonji se stapaju i formiraju prstenastu strukturu. Veličina delecije može varirati, što je vjerojatno povezano s ozbiljnošću simptoma.

Bolest je karakterizirana tipičnim kraniofacijalnim anomalijama, uključujući abnormalni razvoj lubanje u obliku takozvane "grčke ratničke kacige" (široki hrbat nosa koji se spaja s prednjim dijelom lubanje), mikrocefaliju, visoku prednja linija kose s istaknutom glabelom, široko postavljene oči (hipertelorizam), epikantus, podignute lučne obrve, skraćeni filtrum, spušteni uglovi usta, mikrognatija (nerazvijenost gornje čeljusti), nedovoljna razvijenost ušnih školjki ili stvaranje preaurikularnih izraslina . Svi pacijenti imaju prenatalni nedostatak rasta, praćen zakašnjelim postnatalnim razvojem i mišićnom hipotoničnošću u kombinaciji s njihovom nerazvijenošću. Također postoji zaostajanje u općem razvoju različitih stupnjeva težine i konvulzivnih napadaja. Ostali simptomi uključuju skeletne abnormalnosti, kongenitalne srčane mane, gluhoću (u većini slučajeva konduktivnu, razvojne abnormalnosti urogenitalnog trakta, strukturne abnormalnosti mozga).

U 85-90% slučajeva mutacija se javlja de novo u spolnim stanicama ili u ranim fazama razvoja. U drugim slučajevima roditelji su nositelji uravnotežene translokacije, što dovodi do stvaranja neuravnotežene translokacije kod potomaka, što uključuje brisanje dijela 4. kromosoma (monosomija).

Rizik od bolesti kod braće i sestara ovisi o tome je li delecija nastala de novo (rizik od bolesti jednak je prosječnom populacijskom riziku) ili kao posljedica neuravnotežene translokacije (rizik od bolesti veći je od prosječnog populacijskog rizika).

Istraživanje gena:

LETM1

WHSC1(NSD2)

Cry cat sindrom uzrokovana delecijom kratkog kraka (p) kromosoma 5. Glavne kliničke manifestacije uključuju visokofrekventni monoton plač, mikrocefaliju, široki hrbat nosa, epikantus, mikrognatiju, promijenjene dermatoglife, te teške psihomotorne smetnje i mentalnu retardaciju. Rijetke su anomalije u razvoju srca i bubrega, moguća je prisutnost preaurikularnih izraslina, sindaktilije, hipospadije i kriptorhizma. Klinički simptomi ovise o veličini delecije i mogu jako varirati.

U većini slučajeva delecija se događa de novo, odnosno vjerojatnost razvoja bolesti kod braće i sestara jednaka je prosječnom populacijskom riziku. Međutim, u 10% slučajeva ovo se stanje nasljeđuje od roditelja koji nosi uravnoteženi preraspodjelu, što dovodi do stvaranja neuravnoteženog preustroja s delecijom u potomstvu. Kako bi se utvrdila vjerojatnost razvoja bolesti kod braće i sestara, preporučuje se molekularno genetski pregled oba roditelja.

Za otkrivanje ove mutacije koriste se testovi za gene TERT i SEMA5A. Osjetljivost dijagnostičkih testova je 90-95%, što je posljedica nemogućnosti otkrivanja intersticijskih delecija.

Istraživanje gena:

- TERT

SEMA5A

Sotosov sindrom uzrokovane delecijom dugog kraka kromosoma 5 (5q35) ili heterozigotnom mutacijom u genu NSD1.

Sotosov sindrom karakteriziraju tri važne kliničke manifestacije: specifičan izgled (široko, istaknuto čelo, rijetka kosa u frontotemporalnom dijelu glave, antimongoloidni oblik očiju, rumenilo, izduženo šiljato lice, oštra brada), pretjerana visina (visina i /ili opseg glave više nego dvostruko veći od norme), poteškoće u učenju (rano zaostajanje u razvoju, umjerena i teška mentalna retardacija). Ostali simptomi uključuju poremećaje u ponašanju, rano okoštavanje, srčane mane, abnormalnosti lubanje i bubrega, povećanu fleksibilnost zglobova, ravna stopala, skoliozu, žuticu novorođenčeta, hipotoničnost mišića i napadaje.

Najčešće se mutacija događa de novo tijekom stvaranja gameta. Tipično, pacijenti nemaju obiteljsku povijest ove bolesti.

U 5% slučajeva probandov roditelj je nositelj patogene mutacije, a budući da se bolest nasljeđuje autosomno dominantno, rizik od razvoja Sotosovog sindroma kod braće i sestara je 50%. Preporuča se molekularno genetičko testiranje roditelja.

Istraživanje gena:

- NSD1

Williams-Beurenov sindrom(7q11.23 sindrom duplikacije) nastaje zbog duplikacije dijela dugog kraka kromosoma 7. Ovo područje je kritično i uključuje 26-28 gena, posebno gen ELN, čija je duplikacija vjerojatno povezana s dilatacijom aorte koja se javlja u ovom sindromu. Osim toga, bolest je obilježena oštećenjem kardiovaskularnog sustava (elastinska arteriopatija, periferna pulmonalna stenoza, supravalvularna aortna stenoza, hipertenzija), karakterističnim izgledom, displazijom vezivnog tkiva, neurološkim poremećajima (mišićna hipotonija, nevoljni pokreti, poremećaji hoda i držanja), poremećaji govora (dječja apraksija govora, dizartrija, fonološki poremećaji), poremećaji ponašanja (anksiozni poremećaj, agresivno ponašanje, selektivni mutizam, poremećaj pozornosti i hiperaktivnosti, poremećaj autističnog spektra), mentalna retardacija, endokrini poremećaji (hiperkalcemija, hiperkalciurija, hipotireoza, rani pubertet sazrijevanje). Otprilike 30% pacijenata ima jednu ili više malformacija. Poremećaji prehrane često dovode do slabog dobivanja na težini u dojenačkoj dobi. Zbog hipotoničnosti mišića i prekomjerne rastezljivosti zglobova normalne faze razvoja djeteta mogu biti odgođene.

Duplikacija se događa de novo i najčešće se događa tijekom stvaranja gameta. Tipično, pacijenti nemaju obiteljsku povijest ove bolesti. U četvrtini slučajeva dijete nasljeđuje kromosom s dupliciranim dijelom od roditelja koji ima izbrisane simptome. Nasljeđivanje bolesti odvija se prema autosomno dominantnom obrascu. Rizik od prijenosa bolesti na potomstvo od roditelja koji nosi kromosom s duplikacijom je 50%. Molekularno genetička analiza se preporučuje za prisutnost duplikacije kod roditelja.

Istraživanje gena:

- ELN

Langer-Giedionov sindrom (trihorhinofalangealni sindromIIvrsta) (0,2-1:100 000)

Langer-Giedionov sindrom (Trichorhinophalangeal syndrome type II) uzrokovan je delecijom regije 24.11-24.13 dugog kraka kromosoma 8, čija veličina određuje težinu kliničkih manifestacija. Bolest je karakterizirana razvojem ektoderma (male rijetke depigmentirane i sporo rastuće dlake, onihodistrofija, mikromastija), kao i deformacije skeleta (nizak rast, skraćena stopala, brahidaktilija s ulnarnom ili radijalnom devijacijom prstiju, rane manifestacije displazije kukova). ), multipli osteohondromi (u početku se nalaze u području lopatice i u blizini zglobova lakta i koljena u dobi od 1 mjeseca do 6 godina) i visok rizik od blage do umjerene mentalne retardacije.

Delecija se događa de novo i najčešće se događa tijekom stvaranja gameta. Tipično, pacijenti nemaju obiteljsku povijest ove bolesti. U nekim slučajevima dijete naslijedi kromosom s izbrisanim dijelom od roditelja koji ima izbrisane simptome. Nasljeđivanje bolesti odvija se prema autosomno dominantnom obrascu. Rizik od prijenosa bolesti na potomstvo od roditelja koji nosi kromosom s duplikacijom je 50%. Preporuča se molekularna genetička analiza kako bi se utvrdila prisutnost delecije kod roditelja.

Istraživanje gena:

- TRPS1

EXT1

Sindrom 9q22.3 mikrodelecije uzrokovana delecijom odjeljka 22.3 dugog kraka kromosoma 9. Ovo područje uključuje gen PTCH1, čija mutacija dovodi do razvoja Gorlinovog sindroma (sindrom nevoidnog karcinoma bazalnih stanica), pa su kliničke manifestacije ovih bolesti slične. Mogući su i zastoj u razvoju i/ili mentalna retardacija, metopična kraniosinostoza, opstruktivni hidrocefalus, pre- i postnatalna makrosomija i napadaji. Bolesnici sa sindromom mikrodelecije 9q22.3 imaju visok rizik od razvoja Wilmsovog tumora (nefroblastoma). Tipične manifestacije Gorlinova sindroma uključuju: kalcifikaciju falx cerebri prije dobi od 20 godina, karcinom bazalnih stanica, odontogene keratociste, točkasta udubljenja na dlanovima i tabanima; Bolesnici s ovim sindromom imaju povećan rizik od meduloblastoma, kao i mioma srca i jajnika. Simptomi sindroma mikrodelecije 9q22.3 vrlo su varijabilni i ovise o veličini mikrodelecije, koja može biti do 270 gena.

Ova mutacija može biti naslijeđena (u ovom slučaju roditelji su nositelji uravnoteženog (skrivenog) preustroja - translokacije koja utječe na 9q22.3) ili se može dogoditi de novo. Ako roditelji imaju uravnoteženu translokaciju, rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara veći je od prosječnog populacijskog rizika, stoga se roditeljima djeteta s mikrodelecijskim sindromom 9q22.3 preporučuje molekularno-genetska analiza.

Bolest se prenosi autosomno dominantno, a rizik od prijenosa mutacije s roditelja koji nosi 9q22.3 deleciju na potomstvo je 50%.

Istraživanje gena:

- FANCC

PTCH1

DiGeorgeov sindrom / Velokardiofacijalni sindrom nastaje zbog delecije regije 11.2 dugog kraka kromosoma 22 ili regije 14 kratkog kraka kromosoma 10. Klinički karakteriziran urođenim srčanim greškama (Fallotova tetralogija, atrezija luka aorte, defekt ventrikularnog septuma, zajednički truncus arteriosus); defekti nepca (osobito velofaringealna insuficijencija, kongenitalni rascjep nepca i jedan od njegovih oblika - submukozni (skriveni) rascjep nepca, rascjep uvule) i karakteristične crte lica (ovaj znak prisutan je kod većine pacijenata iz sjeverne Europe). Osim toga, postoji aplazija timusa, što dovodi do imunodeficijencije, i aplazija paratireoidnih žlijezda, što dovodi do hipokalcemije, kao i poremećaji hranjenja i gutanja, zatvor (u nekim slučajevima može se kombinirati s razvojnim anomalijama gastrointestinalnog trakta). , kao što su malrotacija, analna atrezija, Hirschsprungova bolest), anomalije razvoja bubrega, gubitak sluha (konduktivni i senzorineuralni), laringotraheoezofagealne anomalije, nedostatak hormona rasta (somatotropnog hormona), autoimune bolesti, napadaji (idiopatski ili povezani s hipokalcemijom), abnormalnosti središnji živčani sustav (sindrom privezane leđne moždine) i kostur (skolioza, klupavost, polidaktilija, kraniosinostoza), oftalmološki poremećaji (strabizam, stražnji embriotokson, vaskularna angiopatija mrežnice, sklerokorneja, anoftalmus), hipoplazija cakline, maligne bolesti (rijetko).

Tipični su zastoji u razvoju (osobito zakašnjeli razvoj govora), mentalna retardacija i poteškoće s učenjem (međutim, postoji značajna prevlast neverbalne inteligencije nad verbalnom). Autizam i poremećaji autističnog spektra javljaju se u 20% bolesnika u djetinjstvu, mentalne bolesti (osobito shizofrenija) - u 25% odraslih. Poremećaj nedostatka pažnje, anksiozni poremećaj, perseveracija i poremećaji socijalizacije su česti.

U 90% slučajeva delecija se događa de novo, a najčešće se to događa tijekom stvaranja gameta. Tipično, pacijenti nemaju obiteljsku povijest ove bolesti. U 10% slučajeva dijete naslijedi kromosom s izbrisanom regijom od roditelja kod kojeg bolest može ostati klinički neizražena. Nasljeđivanje bolesti odvija se prema autosomno dominantnom obrascu. Rizik od prijenosa bolesti na potomstvo od roditelja koji nosi kromosom s delecijom je 50%. Preporuča se molekularna genetička analiza kako bi se utvrdila prisutnost delecije kod roditelja.

Istraživanje gena:

- CLDN5, regija AB

GP1BB, regija AB

SNAP29, regionalni CD

PPIL2; distalni 22q11

RTDR1; distalni 22q11

GATA3

Sa sindromom Prader-Willijev i Angelmanov sindrom oštećen je isti lokus dugog kraka kromosoma 15 (15q11.2-13), ali se kliničke manifestacije ovih bolesti bitno razlikuju, što je povezano s raznolikošću mehanizama njihova nastanka i uključenošću fenomena genomske imprinting u njihovom razvoju (fenomen u kojem aktivnost različitih gena varira ovisno o njihovom roditeljskom podrijetlu). Valja napomenuti da geni koji su podvrgnuti mutaciji u ovim bolestima (Prader-Willi kritična regija) inače "rade" samo na očevom (SNRPN geni) ili majčinom kromosomu (UBEA3 gen), dok su na majčinom ili očevom kromosomu metilirani. i, sukladno tome, deaktiviran.

Nekoliko je uzroka Prader-Willijevog sindroma: brisanje dijela 15. kromosoma naslijeđenog od oca (70% slučajeva), uniparentalna disomija, u kojoj su oba 15. kromosoma majčinog podrijetla (prema tome, obje kopije genetskog materijala su metilirani i nisu izraženi) (28% slučajeva). U manje od 1% slučajeva bolest nastaje zbog mutacije u imprinting centru očevog kromosoma. Moguća je i neuravnotežena translokacija ove regije i epimutacija uzrokovana nemogućnošću demetilacije očevog majčinskog kromosoma tijekom spermatogeneze.

Uzroci razvoja Angelmanovog sindroma su: delecija Prader-Willi/Angelmanove regije, lokalizirana na 15. kromosomu, naslijeđena od majke; mutacija gena UBEA3, lokalizirana na kromosomu 15, naslijeđena od majke (ovaj gen je utisnut na očevom kromosomu), očeva uniparentalna disomija ili defekt imprintinga.

Prader-Willijev sindrom karakterizira mišićna hipotonija, poremećaji hranjenja tijekom dojenačke dobi, sklonost prejedanju u ranom djetinjstvu i postupni razvoj morbidne pretilosti. Postoji kašnjenje u normalnim fazama razvoja govora i motorike. Svi pacijenti imaju kognitivno oštećenje u jednom ili drugom stupnju. Specifičan fenotip ponašanja očituje se u obliku histerije (tempertantrum), tvrdoglavosti, manipulativnog ponašanja, opsesivno-kompulzivnih poremećaja. Pacijente oba spola karakterizira hipogonadizam, koji se očituje u obliku hipoplazije genitalnih organa, inferiornog puberteta i neplodnosti. U nedostatku liječenja hormonom rasta karakterističan je nizak rast. Druge vanjske manifestacije uključuju strabizam i skoliozu.

Angelmanov sindrom karakterizira ozbiljno zaostajanje u razvoju i mentalni invaliditet, oštećenje govora, ataksičan hod i/ili drhtanje udova, kao i jedinstven obrazac ponašanja (čest smijeh, smiješak, razdražljivost) koji se ne otkriva do prve godine života. Zaostajanje u razvoju obično se otkriva u prvih šest mjeseci života. Često se točna dijagnoza može postaviti tek nakon nekoliko godina. Mikrocefalija i napadaji također su česti.

Rizik od razvoja Prader-Willijevog sindroma kod braće i sestara je različit i ovisi o mehanizmu razvoja genetskog preustroja: kod intersticijske delecije, majčine uniparentalne disomije i epimutacije, rizik je<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.

U Angelmanovu sindromu kromosomske preraspodjele najčešće se događaju de novo tijekom gametogeneze. Rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara ovisi o uzroku koji je izazvao mutaciju u probandu: u slučaju delecije, očeve jednoroditeljske disomije ili defekta utiskivanja, rizik je<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%.

Istraživanje gena:

- SNRPN

UBE3A

Sindrom duplikacije 15q uzrokovana duplikacijom regije 15q11.2-q13.1 (tzv. Prader-Willi/Angelmanova kritična regija), lokalizirane u dugom kraku 15. kromosoma. U 80% slučajeva postoje 4 kopije kritične regije (tetrasomija 15q11.2-q13.1 ili idic(15)), u ostalim slučajevima dolazi do intersitijske duplikacije, u kojoj postoje 3 kopije kritične regije (trisomija 15q11. 2-q13.1). Obično je težina simptoma smanjena u bolesnika s trisomijom.

Sindrom se očituje kašnjenjem u razvoju jezika i motoričkih vještina kao što su hodanje i sjedenje, hipotenzijom, napadajima i niskim rastom. Vrlo fine crte lica su obilježja, ali mogu biti prisutne značajke kao što su epikantalni nabori (nabori kože na unutarnjim kutovima jednog ili oba oka), široko čelo, spljošten hrbat nosa, dugmasti nos i visoko zasvođeno nepce . Mnogi pacijenti imaju simptome poremećaja iz autističnog spektra, kao što su poremećena komunikacija i društvene interakcije, opsesivni interesi, poremećeni ciklusi spavanja (i smanjena potreba za snom) te ponavljajuće i stereotipno ponašanje. Također, često se opaža visok prag boli. Ako je govor razvijen, tada se obično promatra eholalija. Pacijenti možda neće moći hodati ili govoriti.

Svi poznati slučajevi tetrasomije dogodili su se de novo. Kod trisomije se 85% slučajeva javlja de novo, au 15% mutacija se nasljeđuje autosomno dominantno (ako je mutacija predstavljena intersticijskom delecijom) te je rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara 50%. U tom smislu preporuča se genetsko testiranje roditelja.

Genetski markeri:

- SNRPN

UBE3A

Sindrom brisanja 15q24 (Witteveen-Kolk sindrom) (3:10,000-4:10,000) karakteriziran globalnim zastojem u razvoju, blagom do teškom mentalnom retardacijom, dismorfizmom lica: visoka linija kose, duboko usađene oči, trokutasti oblik lica. Osim toga, mogu se uočiti kongenitalne malformacije šaka i stopala, očiju, genitalija, nestabilnost zglobova i zastoj u rastu. Manje uobičajene značajke su napadaji, konduktivni i senzorineuralni gubitak sluha, hipospadija i/ili mikropenija.

Genetski markeri:

- SEMA7A

CYP1A1

Rubinstein-Taybijev sindrom uzrokovana mutacijom ili brisanjem dijela kratkog kraka kromosoma 16 koji sadrži gen CREBBP, koji regulira rast i diobu stanica te je neophodan za normalan razvoj fetusa. U 3-8% slučajeva bolest je uzrokovana mutacijom gena EP300.

Karakteriziraju ga karakteristične crte lica pacijenata (lučne obrve, palpebralne fisure koje se spuštaju prema dolje, niski predvorje nosa, grimasan osmijeh, visoko nepce), široki i često uglati prsti na rukama i nogama, nizak rast i prisutnost mentalne retardacije (umjerena do teška ). Prenatalni razvoj obično je normalan; međutim, centilne vrijednosti za visinu, težinu i opseg glave brzo opadaju tijekom prvih mjeseci života. Pretilost se može pojaviti u djetinjstvu ili adolescenciji. Vrijednosti IQ-a kreću se od 25-79 bodova. Druge uobičajene manifestacije mogu uključivati ​​kolobom, kataraktu, urođene srčane mane, patologije bubrega i kriptorhidizam.

Mutacija ili delecija u ovoj bolesti događa se de novo. Međutim, zbog prisutnosti slučajeva prijenosa bolesti na autosomno dominantan način od roditelja s blagim simptomima (povezanim sa somatskim mozaicizmom) i nositeljima mutacije u genu CREBBP (missense mutacija, delecija), preporučuje se genetsko testiranje roditelja . Rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara u ovom slučaju je 50%.

Genetski markeri:

CREBBP

LIS 1-povezana lisencefalija (Miller-Diekerov sindrom) / izolirana lisencefalija / sindrom dvostrukog korteksa (od 11,7 do 40 na milijun rođenih). Lisencefalija i sindrom dvostrukog korteksa kortikalne su malformacije uzrokovane nedovoljnom migracijom neurona tijekom embriogeneze. Lisencefaliju karakterizira poremećaj razvoja moždanih vijuga - agirija i pahigirija. Sindrom dvostrukog korteksa pripada skupini heterotopija sive tvari. S ovom nosologijom, siva tvar je lokalizirana izravno ispod cerebralnog korteksa i od nje je odvojena tankom zonom normalne bijele tvari. Miller-Diekerov sindrom karakteriziran lisencefalijom, abnormalnostima kraniofacijalnog kostura i teškim neurološkim abnormalnostima. Izolirana lisencefalija karakteriziran lisencefalijom i njezinim izravnim posljedicama: kašnjenjem u razvoju, mentalnom retardacijom i napadajima.

Genetski markeri:

PAFAH1B1 (LIS1)

Smith-Magenisov sindrom (delecijski sindrom17 str11.2) (1:15,000) karakteriziraju kraniofacijalne abnormalnosti koje napreduju s godinama, kašnjenja u razvoju, kognitivno oštećenje i abnormalnosti u ponašanju. Dojenčad doživljava probleme s hranjenjem, zaostajanje u rastu, hipotoniju, hiporefleksiju, dugotrajno drijemanje i potrebu da se dojenčad budi radi hranjenja te generaliziranu letargiju. Većina pacijenata ima mentalnu retardaciju. Obrazac ponašanja, koji uključuje značajne poremećaje spavanja, stereotipije i autotraumatično ponašanje, obično se ne otkriva do 18 mjeseci. Poremećaji ponašanja obično uključuju nepažnju, distraktibilnost, hiperaktivnost, impulzivnost, česte izljeve bijesa, traženje pažnje, neposlušnost, agresiju, poteškoće s toaletom i samoozljeđujuće ponašanje.

Kod osoba sa sindromom duplikacije 17p11.2 (sindrom Potocki-Lupski) hipotonija, pothranjenost i smanjena brzina razvoja u dojenčadi su česti. Također pate od smetnji u razvoju motoričkih i mentalnih sposobnosti. Osim toga, mnogi pacijenti pokazuju obrasce ponašanja koji pripadaju spektru autizma. Sindrom Potocki-Lupskog se u većini slučajeva razvija sporadično, no ponekad se može naslijediti.

Genetski markeri:

RAI1

DRC3

LLGL1

Neurofibromatoza tip 1, uzrokovan brisanjem gena NF1, javlja se zbog brisanja dijela dugog kraka kromosoma 17 (17q11.2), koji sadrži gen NF1, koji kodira protein neurofibromin, koji se nalazi u oligodendrocitima i suzbija aktivnost tumora.

Klinički, karakterizirana je višestrukim mrljama café-au-lait na koži, staračkim pjegama u području pazuha i prepona, višestrukim kožnim neurofibromima i Lischovim nodulima na šarenici. Poteškoće s učenjem javljaju se u najmanje 50% bolesnika s neurofibromatozom tipa 1. Manje uobičajene manifestacije su pleksiformni neurofibromi, gliomi vidnog živca i drugih dijelova središnjeg živčanog sustava, maligni tumori ovojnice perifernog živca, skolioza, tibijalna displazija i vaskulopatija. Bolesnici s delecijom gena NF1 često imaju teži fenotip bolesti.

Bolest se nasljeđuje autosomno dominantno. Postoji 50% rizika od prenošenja niza mutacija na sljedeću generaciju.

Genetski markeri:

NF1

SindromKANSLmentalna retardacija povezana s 1 (1: 16 000) karakteriziran neonatalnom/infantilnom hipotonijom, dismorfizmom, kongenitalnim defektima i karakterističnim manifestacijama ponašanja. Svi pacijenti imaju zaostatak u psihomotornom razvoju i blagu ili umjerenu mentalnu retardaciju od ranog djetinjstva. Druge manifestacije uključuju napadaje (55%), urođene srčane mane (39%), bubrežne i urološke abnormalnosti (37%) i kriptorhizam (71% muškaraca).

Umnožavanje 17q21.31. Recipročna duplikacija nalazi se u bolesnika s teškom psihomotornom retardacijom, mikrocefalijom, dismorfizmom lica, abnormalnim prstima i hirzutizmom.

Genetski markeri:

MAPT

KANSL1

Phelan-McDermidov sindrom uzrokovane delecijom (terminalnom ili intersticijskom) ili neuravnoteženom translokacijom dijela dugog kraka kromosoma 22 (22q13.3), koji uključuje kritičnu regiju (sadrži gene SHANK3, ACR, RABL2B).

Karakterizira ga neonatalna hipotonija, umjereno do teško zaostajanje u razvoju i poremećen razvoj govora. Druge manifestacije bolesti uključuju velike ruke, displaziju noktiju na nogama i smanjeno znojenje, što može dovesti do hipertermije. Drugo ponašanje koje pokazuje više od 80 posto djece je žvakanje/lizanje nejestivih predmeta. Osim toga, postoji smanjeni prag boli i manifestacije slične autizmu.

U polovici slučajeva mutacija nastaje de novo tijekom gametogeneze (češće spermatogeneze). U drugim slučajevima, mutacija (neuravnotežena translokacija) nastaje zbog prijenosa genetskog materijala od roditelja koji nosi uravnoteženu translokaciju. U tom slučaju značajno se povećava rizik od razvoja bolesti kod braće i sestara, pa je indicirano genetsko testiranje roditelja.

.Genetski markeri:

KOLJENICA3

RABL2B

Sindrom duplikacije genaMECP2 - teški neurološki poremećaj karakteriziran infantilnom hipotonijom, psihomotornom i mentalnom retardacijom, progresivnom spastičnošću, rekurentnim respiratornim problemima (u približno 75% bolesnika) i napadajima (u približno 50% slučajeva). Sindrom duplikacije MECP2 ima 100% penetraciju kod muškaraca. U žena s duplikacijom gena MECP2, simptomi se opažaju s popratnim abnormalnostima X kromosoma, koje sprječavaju inaktivaciju duplicirane regije. Generalizirani toničko-klonički napadaji su najčešći. Trećina muških pacijenata ne može se samostalno kretati. Gotovo 50% muških pacijenata umire prije 25. godine od komplikacija ponavljanih infekcija i/ili neurološkog pogoršanja. Uz glavne manifestacije, opažaju se autistične osobine ponašanja i gastrointestinalna disfunkcija.

Genetski markeri:

MECP2

Medicinska citogenetika proučava ljudski kariotip u normalnim i patološkim stanjima. Ovaj smjer nastao je 1956. godine, kada su Tio i Levan poboljšali metodu pripreme preparata metafaznih kromosoma i prvi put utvrdili modalni broj kromosoma (2n=46) u diploidnom setu. Godine 1959. dešifrirana je kromosomska etiologija niza bolesti - Downovog sindroma, Klinefelterovog sindroma, Shereshevsky-Turnerovog sindroma i nekih drugih sindroma autosomne ​​trisomije. Daljnji razvoj medicinske citogenetike u kasnim 1960-im godinama bio je posljedica pojave metoda diferencijalnog bojenja metafaznih kromosoma, koje su omogućile identifikaciju kromosoma i njihovih pojedinačnih regija. Metode diferencijalnog bojenja nisu uvijek osiguravale točnu identifikaciju prijelomnih točaka kao rezultat strukturnih preraspodjela kromosoma. Godine 1976. Younis je razvio nove metode za njihovo proučavanje u fazi prometafaze, koje su nazvane "metode visoke rezolucije".

Korištenje takvih metoda omogućilo je dobivanje kromosoma s različitim brojem segmenata (od 550 do 850) i omogućilo prepoznavanje poremećaja koji uključuju njihove male dijelove (mikropreraspodjele). Od ranih 1980-ih. Humana citogenetika ušla je u novu fazu razvoja: u praksu je uvedena kromosomska analiza molekularno citogenetskih metoda i fluorescentna in situ hibridizacija (FISH - Fluorescence In Situ Hybridization). Ova se metoda široko koristi za otkrivanje suptilnijih strukturnih abnormalnosti kromosoma koje se ne mogu razlikovati diferencijalnim bojanjem. Trenutno, korištenje različitih metoda kromosomske analize omogućuje uspješno provođenje pre- i postnatalne dijagnoze kromosomskih bolesti.

Kromosomske bolesti su velika skupina klinički raznolikih stanja karakteriziranih višestrukim kongenitalnim malformacijama, čija je etiologija povezana s kvantitativnim ili strukturnim promjenama kariotipa.

Trenutno se razlikuje gotovo 1000 kromosomskih abnormalnosti, od kojih više od 100 oblika ima klinički definiranu sliku i nazivaju se sindromima; njihov doprinos spontanim pobačajima, neonatalnoj smrtnosti i morbiditetu je značajan. Prevalencija kromosomskih abnormalnosti među spontanim pobačajima u prosjeku je 50%, među novorođenčadima s teškim višestrukim kongenitalnim malformacijama - 33%, mrtvorođenima i perinatalnim smrtima s kongenitalnim malformacijama - 29%, nedonoščadi s kongenitalnim malformacijama - 17%, novorođenčadi s kongenitalnim malformacijama - 10% , mrtvorođenčad i perinatalna smrt - 7%, nedonoščad - 2,5%, sva novorođenčad - 0,7%.

Većina kromosomskih bolesti su sporadične, nastaju iznova kao posljedica genomske (kromosomske) mutacije u gameti zdravog roditelja ili u prvim diobama zigote i ne nasljeđuju se kroz generacije, što je povezano s visokom smrtnošću bolesnika u predreproduktivno razdoblje. Fenotipska osnova kromosomskih bolesti su poremećaji ranog embrionalnog razvoja. Zato se patološke promjene razvijaju još u prenatalnom razdoblju razvoja tijela i ili uzrokuju smrt embrija ili fetusa, ili stvaraju glavnu kliničku sliku bolesti već kod novorođenčeta (s izuzetkom anomalija spolnog razvoja, koji nastaju uglavnom tijekom puberteta). Rana i višestruka oštećenja tjelesnih sustava karakteristična su za sve oblike kromosomskih bolesti. To su kraniofacijalna dismorfija, kongenitalne malformacije unutarnjih organa i dijelova tijela, usporeni intrauterini i postnatalni rast i razvoj, mentalna retardacija, defekti središnjeg živčanog sustava, kardiovaskularnog, dišnog, genitourinarnog, probavnog i endokrinog sustava, kao i odstupanja u hormonskom sustavu. , biokemijski i imunološki status. Svaki kromosomski sindrom karakterizira kompleks kongenitalnih malformacija i razvojnih anomalija, koji su u određenoj mjeri svojstveni samo ovoj vrsti kromosomske patologije. Klinički polimorfizam svake kromosomske bolesti u općem obliku određen je genotipom organizma i uvjetima okoline. Varijacije u manifestacijama patologije mogu biti vrlo široke - od smrtonosnog učinka do manjih odstupanja u razvoju. Unatoč dobroj proučenosti kliničkih manifestacija i citogenetike kromosomskih bolesti, njihova patogeneza, čak ni općenito, još nije razjašnjena. Opća shema za razvoj složenih patoloških procesa uzrokovanih kromosomskim abnormalnostima i dovode do pojave složenih fenotipova kromosomskih bolesti nije razvijena.

Glavne vrste kromosomskih abnormalnosti
Sve kromosomske bolesti prema vrsti mutacija mogu se podijeliti u dvije velike skupine: one uzrokovane promjenama u broju kromosoma uz zadržavanje strukture potonjih (genomske mutacije) i one uzrokovane promjenama u strukturi kromosoma (kromosomske mutacije). mutacije). Genomske mutacije nastaju zbog nedisjunkcije ili gubitka kromosoma tijekom gametogeneze ili u ranim fazama embriogeneze. Kod ljudi su pronađene samo tri vrste genomskih mutacija: tetraploidija, triploidija i aneuploidija. Učestalost triploidnih (Zn=69) i tetraploidnih (4n=92) mutacija vrlo je niska, uglavnom se nalaze među spontano pobačenim embrijima ili fetusima te u mrtvorođenčadi. Očekivano trajanje života novorođenčadi s takvim poremećajima je nekoliko dana. Genomske mutacije na pojedinim kromosomima brojne su i čine najveći dio kromosomskih bolesti. Štoviše, od svih varijanti aneuploidije nalazi se samo trisomija na autosomima, polisomija na spolnim kromosomima (tri-, tetra- i pentasomija), a među monosomijama nalazi se samo monosomija X.

Potpune trisomije ili monosomije tijelo teže podnosi nego djelomične; neravnoteže u velikim kromosomima javljaju se kod živorođene djece mnogo rjeđe nego kod malih. Potpuni oblici kromosomskih abnormalnosti uzrokuju znatno teže abnormalnosti od mozaičnih. Autosomne ​​monosomije vrlo su rijetke kod živorođene djece; to su mozaični oblici s velikim udjelom normalnih stanica. Dokazana je činjenica relativno niske genetske vrijednosti heterokromatskih regija kromosoma. Zato se potpune trisomije u živorođene djece opažaju u onim autosomima koji su bogati heterokromatinom - 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22 i X. To objašnjava dobru toleranciju pacijenata čak i trostruke doze Y- kromosomskog materijala i gotovo potpuni gubitak njegovog dugog ramena Potpuna monosomija na X kromosomu, kompatibilna s postnatalnim životom, što dovodi do razvoja Shereshevsky-Turnerovog sindroma, kao i tetra- i pentasomija, promatraju se samo na X kromosomu, koji je heterokromatski.

Kromosomske mutacije ili strukturne kromosomske pregradnje su poremećaji kariotipa, praćeni ili ne popraćeni neravnotežom genetskog materijala unutar jednog ili više kromosoma (intrakromosomski i interkromosomski preraspodjeli).

U velikoj većini slučajeva, strukturne kromosomske mutacije na potomstvo prenosi jedan od roditelja, čiji kariotip sadrži uravnotežen kromosomski preraspored. To uključuje recipročnu (međusobnu) uravnoteženu translokaciju bez gubitka dijelova kromosoma koji su u njoj uključeni. Ona, poput inverzije, ne uzrokuje patološke pojave u nosaču. Međutim, tijekom stvaranja gameta iz nositelja uravnoteženih translokacija i inverzija mogu nastati neuravnotežene gamete. Robertsonova translokacija - translokacija između dva akrocentrična kromosoma s gubitkom njihovih kratkih krakova - dovodi do stvaranja jednog metacentričnog kromosoma umjesto dva akrocentrična. Nositelji ove translokacije su zdravi jer se gubitak kratkih krakova dvaju akrocentričnih kromosoma nadoknađuje radom istih gena u preostalih 8 akrocentričnih kromosoma. Tijekom sazrijevanja spolnih stanica, nasumična raspodjela (tijekom stanične diobe) dvaju preuređenih kromosoma i njihovih homologa dovodi do pojave nekoliko vrsta spolnih stanica, od kojih su neke normalne, druge sadrže takvu kombinaciju kromosoma da, nakon oplodnje, daju zigotu s uravnoteženim preuređenim kariotipom, dok druge proizvode kromosomski neuravnotežene zigote.

S neuravnoteženim kromosomskim setom (delecije, duplikacije, insercije), fetus razvija teške kliničke patologije, obično u obliku kompleksa kongenitalnih malformacija. Nedostatak genetskog materijala uzrokuje ozbiljnije nedostatke u razvoju nego njegov višak.

Mnogo rjeđe, strukturne aberacije nastaju de novo. Roditelji bolesnika s kromosomskim poremećajem obično su kariotipski normalni. Kromosomska bolest u tim slučajevima nastaje de novo kao posljedica prijenosa genomske ili kromosomske mutacije s jednog od roditelja koja se jednom dogodi u jednoj od spolnih stanica ili se takva mutacija dogodi već u zigoti. To ne isključuje ponovnu pojavu kromosomskog poremećaja u djece u određenoj obitelji. Postoje obitelji predisponirane za ponovljene slučajeve nedisjunkcije kromosoma. Mutacije koje su nastale de novo odgovorne su za gotovo sve slučajeve poznatih potpunih trisomija i monosomija. Glavni mehanizam za pojavu strukturnih preuređivanja bilo koje vrste je prekid jednog ili više kromosoma s naknadnim ponovnim sjedinjavanjem nastalih fragmenata.

Kliničke indikacije za citogenetsku dijagnostiku
Citogenetička metoda istraživanja zauzima vodeće mjesto među laboratorijskim dijagnostičkim metodama za medicinsko genetsko savjetovanje i prenatalnu dijagnostiku. Međutim, treba se strogo držati cilja
indikacije za upućivanje pacijenata na testiranje kariotipa.

Glavne indikacije za prenatalnu dijagnostiku:
kromosomska abnormalnost u prethodnom djetetu u obitelji;
mrtvorođenče s kromosomskom abnormalnošću;
kromosomske promjene, kromosomski mozaicizam ili aneuploidija na spolnim kromosomima roditelja;
rezultati pretrage krvnog seruma majke koji ukazuju na povećani rizik od kromosomske abnormalnosti u fetusa (rizična skupina);
dob majke;
fetalne anomalije otkrivene ultrazvučnim pregledom;
sumnja na mozaicizam u fetusu tijekom prethodne citogenetske studije;
sumnja na sindrom kromosomske nestabilnosti.

Testiranje kariotipa za postnatalnu dijagnozu preporučuje se ako pacijent ima:
primarna ili sekundarna amenoreja ili rana menopauza;
abnormalni spermogram - azoospermija ili teška oligospermija;
klinički značajna odstupanja u rastu (nizak, visok rast) i veličini glave (mikro-, makrocefalija);
abnormalne genitalije;
abnormalni fenotip ili dismorfija;
kongenitalne malformacije;
mentalna retardacija ili razvojni poremećaji;
manifestacije sindroma delecije/mikrodelecije/duplikacije;
X-vezana recesivna bolest u žena;
kliničke manifestacije sindroma kromosomske nestabilnosti;
kod praćenja nakon transplantacije koštane srži.

Citogenetičke studije treba provesti u bračnom paru:
s kromosomskim abnormalnostima ili neobičnim varijantama kromosoma u fetusu otkrivenim tijekom prenatalne dijagnoze;
ponovljeni pobačaji (3 ili više); mrtvorođenče, neonatalna fetalna smrt, nemogućnost pregleda zahvaćenog fetusa;
dijete ima kromosomsku abnormalnost ili neobičnu kromosomsku varijantu;
neplodnost nepoznate etiologije.

Indikacija za citogenetsko istraživanje je prisutnost pacijentove rodbine:
kromosomske promjene;
mentalna retardacija vjerojatno kromosomskog podrijetla;
reproduktivni gubici, kongenitalne malformacije fetusa ili mrtvorođenče nepoznatog podrijetla.

Indikacije za istraživanje metodom FISH:
sumnja na mikrodelecijski sindrom, za što je dostupna molekularna citogenetička dijagnostika (dostupnost odgovarajućih DNA sondi);
povećan rizik od sindroma mikrodelecije na temelju anamnestičkih podataka;
klinički znakovi koji ukazuju na mozaicizam zbog određenog kromosomskog sindroma;
stanja nakon transplantacije koštane srži, kada su donator i primatelj različitog spola;
sumnja na kromosomsku abnormalnost tijekom standardne citogenetske studije, kada FISH metoda može biti korisna za daljnje
pojašnjenje prirode anomalije, ili u situacijama kada postoje karakteristične kliničke manifestacije;
prisutnost prekobrojnog kromosoma markera;
sumnja na skriveni kromosomski preraspodjelu.

Indicirana je FISH metoda za analizu metafaza:
s kromosomima markera;
dodatni materijal nepoznatog podrijetla na kromosomu;
kromosomske promjene;
sumnja na gubitak kromosomskog segmenta;
mozaicizam.

Indicirana je FISH metoda za analizu interfaznih jezgri:
s numeričkim kromosomskim abnormalnostima;
duplikacije;
podjele;
preraspodjele kromosoma;
određivanje kromosomskog spola;
pojačanje gena.

Citogenetičke metode istraživanja:
Proučavanje i opisivanje karakterističnih značajki metafaznih kromosoma posebno je važno za praktičnu citogenetiku. Pojedinačni kromosomi unutar skupine prepoznaju se tehnikama diferencijalnog bojenja. Ove metode omogućuju otkrivanje heterogenosti strukture kromosoma duž duljine, određene karakteristikama kompleksa glavnih molekularnih komponenti kromosoma - DNA i proteina. Problem prepoznavanja pojedinih kromosoma u kariotipu važan je za razvoj citogenetske dijagnostike kromosomskih bolesti u čovjeka.

Citogenetičke metode istraživanja dijele se na izravne i neizravne. Direktne metode koriste se u slučajevima kada je potreban brzi rezultat i kada je moguće dobiti preparate kromosoma stanica koje se dijele u tijelu. Neizravne metode uključuju, kao obvezni korak, više ili manje dugotrajnu kultivaciju stanica u umjetnim hranjivim medijima. Metode koje uključuju kratkotrajnu kultivaciju (od nekoliko sati do 2-3 dana) zauzimaju srednje mjesto.

Glavni predmet citogenetskih istraživanja izravnim i neizravnim metodama je metafazni stadij mitoze i različiti stadiji mejoze. Metafaza mitoze glavni je predmet citogenetskih istraživanja, budući da je u ovoj fazi moguća točna identifikacija kromosoma i otkrivanje njihovih anomalija. Kromosomi u mejozi se ispituju kako bi se otkrile određene vrste preraspodjele koje se po svojoj prirodi ne otkrivaju u metafazi mitoze.

Biološki materijal za citogenetička istraživanja. Obrada staničnih kultura. Izrada kromosomskih preparata
Stanice bilo kojeg tkiva dostupnog za biopsiju mogu se koristiti kao materijal za dobivanje ljudskih kromosoma i njihovo proučavanje. Najčešće se koriste periferna krv, fibroblasti kože, koštana srž, stanice amnionske tekućine i stanice korionskih resica. Za istraživanje kromosoma najdostupniji su limfociti periferne krvi čovjeka.

Trenutno gotovo svi laboratoriji u svijetu koriste metodu koja koristi punu perifernu krv za uzgoj limfocita. Krv u količini od 1-2 ml unaprijed se uzima iz kubitalne vene u sterilnu epruvetu ili bočicu s otopinom heparina. Krv u bočici može se čuvati 24-48 sati u hladnjaku na temperaturi od 4-6 °C. Kultura limfocita provodi se u posebnom boksu ili u radnoj prostoriji pod laminarnim napom u sterilnim uvjetima. Takvi uvjeti su obvezni kako bi se spriječilo unošenje patogene flore u hemokulturu. Ako postoji sumnja na kontaminaciju krvi ili drugog materijala, potrebno je u smjesu kulture dodati antibiotike. Bočice s mješavinom kulture inkubiraju se u termostatu na temperaturi od +37 °C tijekom 72 sata (u tijeku je aktivan rast i dioba stanica). Glavna svrha metodoloških tehnika pri obradi staničnih kultura i izradi kromosomskih preparata iz njih je dobiti na preparatu dovoljan broj metafaznih ploča s takvim rasporedom kromosoma da je moguće procijeniti duljinu, oblik i druge morfološke karakteristike svakog od njih. kromosoma u kompletu.

Akumulacija stanica u metafazi mitoze i proizvodnja visokokvalitetnih ploča na preparatu odvija se nizom sekvencijalnih postupaka:
kolhinizacija - izlaganje stanica citostaticima kolhicinu ili kolcemidu, blokirajući mitozu u fazi metafaze;
hipotonizacija kultura;
fiksacija stanica mješavinom metilnog alkohola i octene kiseline;
nanošenje stanične suspenzije na predmetno staklo.

Kolhinizacija staničnih kultura provodi se 1,5-2 sata prije početka fiksacije. Nakon primjene kolhicina, bočice sa staničnom kulturom nastavljaju se inkubirati u termostatu. Na kraju inkubacije, smjesa kulture iz svake boce se izlije u čiste epruvete za centrifugiranje i podvrgne centrifugiranju. Zatim se u stanični sediment doda hipotonična otopina kalijevog klorida, prethodno zagrijana na temperaturu od +37 °C.

Hipotonizacija se provodi u termostatu na temperaturi od +37 °C tijekom 15 minuta. Hipotonična otopina KCI potiče bolje širenje kromosoma na stakalcu. Nakon hipotonizacije, stanice se talože centrifugiranjem i podvrgavaju fiksaciji. Fiksacija se provodi mješavinom metilnog (ili etilnog) alkohola i octene kiseline.

Završna faza je priprema kromosomskih preparata za dobivanje dobro raširenih metafaznih ploča uz očuvanje cjelovitosti i cjelovitosti kromosomske garniture u svakoj od njih. Stanična suspenzija se nanosi na mokra, ohlađena stakalca, nakon čega se stakalca suše na sobnoj temperaturi i označavaju.

Metode diferencijalnog bojenja kromosoma
Od 1971. u citogenetici su postale široko rasprostranjene metode koje omogućuju različito bojanje svakog kromosoma skupa prema njegovoj duljini. Praktični značaj ovih metoda je u tome što diferencijalno bojenje omogućuje identifikaciju svih ljudskih kromosoma zbog specifičnog uzorka uzdužnog bojenja za svaki kromosom. Svaka boja koja se sastoji od osnovne boje može biti prikladna za bojanje, budući da je glavni supstrat za bojanje kromosoma DNA-proteinski kompleks. U praksi citogenetskih istraživanja najčešće se koriste sljedeće metode.

Metoda G-bojanja najčešća je metoda zbog svoje jednostavnosti, pouzdanosti i dostupnosti potrebnih reagensa. Nakon bojenja, svaki par kromosoma dobiva brazde po dužini zbog izmjene različito obojenih heterokromatskih (tamnih) i eukromatskih (svijetlih) segmenata, koji se obično nazivaju G-segmentima. Metoda C-bojenja omogućuje identifikaciju samo određenih regija kromosoma. To su regije heterokromatina lokalizirane u pericentromernim regijama dugih krakova kromosoma 1, 9 i 16 i u dugom kraku Y kromosoma, kao i u kratkim kracima akrocentričnih kromosoma. R-metoda bojanja kromosomskih preparata pokazuje sliku diferencijalne segmentacije inverznu G-metodi. Ova metoda dobro boji distalne segmente kromosoma, što je vrlo važno pri identificiranju malih preraspodjela koje uključuju terminalne dijelove. Metoda Q-bojanja omogućuje diferencijalno fluorescentno bojenje pojedinačnih kromosoma skupa, omogućuje vam identifikaciju svakog para homologa, kao i određivanje prisutnosti Y kromosoma u interfaznim jezgrama pomoću sjaja tijela Y-kromatina.

Principi analize kromosoma
Obavezna faza studije je vizualna analiza kromosoma pod mikroskopom uz tisućustruko povećanje (x1000) s okularima x10 i imerzijskom lećom x100. Procjena kvalitete i prikladnosti kromosomskih preparata za istraživanje, kao i odabir metafaznih ploča za analizu, provodi se pri malom povećanju (x100). Za studiju se odabiru dobro obojene, potpune metafazne ploče s dobrim rasporedom kromosoma. Istraživač broji ukupan broj kromosoma i procjenjuje strukturu svakog kromosoma uspoređujući pruge homologa, kao i uspoređujući promatrani uzorak s citogenetskim mapama (shemama) kromosoma.

Korištenje računalnih sustava za analizu slike uvelike pojednostavljuje zadatak citogenetičara, poboljšava kvalitetu njegova rada i pruža mogućnost brzog i jednostavnog dokumentiranja rezultata istraživanja. Kako bi se osigurala visoka kvaliteta rada, preporuča se da dva stručnjaka sudjeluju u citogenetskoj studiji svakog uzorka. Dokument koji potvrđuje studiju je protokol koji označava koordinate ispitivanih stanica, broj kromosoma u svakoj od njih, otkrivene preraspodjele, formulu kariotipa i zaključak, kao i prezime pacijenta, datum i broj elaborat, prezime i potpis liječnika (liječnika) koji je proveo elaborat. Slajdove i slike kromosoma treba spremiti za kasniji pregled.

OSNOVNA PRAVILA ZA OPIS KROMOSOMSKIH ANOMALIJA PREMA MEĐUNARODNOM SUSTAVU CITOGENETIČKE NOMENKLATURE
Bilježenje formule kariotipa mora se provesti u skladu s trenutnom verzijom Međunarodnog sustava za citogenetičku nomenklaturu čovjeka. U nastavku ćemo razmotriti aspekte uporabe nomenklature koji se najčešće susreću u kliničkoj citogenetskoj praksi.

Broj i morfologija kromosoma:
U kariotipu, kromosomi su podijeljeni u sedam lako prepoznatljivih skupina (A-G) prema njihovoj veličini i položaju centromera. Autosomi su kromosomi od 1 do 22, spolni kromosomi su X i Y.
Skupina A (1-3) - veliki metacentrični kromosomi koji se međusobno razlikuju po veličini i položaju centromera.
Skupina B (4-5) - veliki submetacentrični kromosomi.
Skupina C (6-12, X) - metacentrični i submetacentrični kromosomi srednje veličine. Kromosom X jedan je od najvećih kromosoma u ovoj skupini.
Skupina D (13-15) - akrocentrični kromosomi srednje veličine sa satelitima.
Skupina E (16-18) - relativno mali metacentrični i submetacentrični kromosomi.
Grupa F (19-20) - mali metacentrični kromosomi.
Grupa G (21-22, Y) - mali akrocentrični kromosomi sa satelitima. Y kromosom nema satelita.

Svaki kromosom sastoji se od kontinuiranog niza pruga, koje se nalaze duž duljine krakova kromosoma u strogo ograničenim područjima (presjekima). Kromosomske regije specifične su za svaki kromosom i bitne su za njihovu identifikaciju. Trake i regije numerirani su u smjeru od centromera do telomera duž duljine svakog kraka. Regije su dijelovi kromosoma smješteni između dvije susjedne trake. Za označavanje kratkih i dugih krakova kromosoma koriste se sljedeći simboli: p - kratki krak i q - dugi krak. Centromera (sep) je označena simbolom 10, dio centromere uz kratki krak je p10, a uz dugi krak je q10. Regija najbliža centromeri označena je brojem 1, sljedeća regija brojem 2 itd.

Za označavanje kromosoma koristi se četveroznamenkasta simbolika:
1. znak - broj kromosoma;
2. znak (p ili q) - krak kromosoma;
3. znak - broj okruga (odjeljka);
4. znak je broj trake unutar ovog područja.

Na primjer, unos 1p31 označava kromosom 1, njegov kratki krak, regiju 3, traku 1. Ako je traka podijeljena na podpojase, nakon oznake trake stavlja se točka, a zatim se upisuje broj svake podpojase. Podpojasi, poput pruga, numerirani su u smjeru od centromere prema telomeri. Na primjer, u pojasu 1p31 postoje tri podpojasa: 1p31.1, 1p31.2 i 1p31.3, od kojih je podpojas 1p31.1 proksimalno centromeri, a podpojas 1p31.3 distalno. Ako su podpojasi dalje podijeljeni na dijelove, oni su numerirani brojevima bez interpunkcije. Na primjer, podpojas 1r31.1 podijeljen je na 1r31.11, 1r31.12 itd.

OPĆA NAČELA ZA OPIS NORMALNOG I ABNORMALNOG KARIOTIPA
U opisu kariotipa prva točka označava ukupan broj kromosoma, uključujući i spolne kromosome. Prvi broj se od ostatka unosa odvaja zarezom, zatim se upisuju spolni kromosomi. Autosomi se određuju samo u slučajevima abnormalnosti.

Normalan ljudski kariotip izgleda ovako:
46,XX - normalan kariotip žene;
46,XY je normalni kariotip muškarca.

Kod kromosomskih anomalija prvo se bilježe anomalije spolnih kromosoma, a zatim autosomne ​​anomalije prema rastućim redoslijedom brojeva i neovisno o vrsti anomalije. Svaka anomalija odvojena je zarezom. Oznake slova koriste se za opisivanje strukturno preuređenih kromosoma. Kromosom koji je uključen u preuređenje upisuje se u zagradu iza simbola koji označava vrstu preuređivanja, na primjer: inv(2), del(4), r(18). Ako su dva ili više kromosoma uključena u preraspodjelu, između broja svakog kromosoma stavlja se točka-zarez (;).

Znakovi (+) ili (-) stavljaju se ispred kromosoma kako bi označili abnormalnost, ukazujući na dodatni ili nedostajući kromosom (normalan ili abnormalan), na primjer: +21,-7,+der(2). Također se koriste za označavanje smanjenja ili povećanja duljine kraka kromosoma nakon simbola (p ili q); u tu svrhu se gornji znakovi mogu koristiti samo u tekstu, ali ne i u opisu kariotipa, npr.: 4p+, 5q-. Pri opisivanju veličina heterokromatskih segmenata, satelita i satelitskih niti, znak (+) (povećanje) ili (-) (smanjenje) stavlja se neposredno iza oznake odgovarajućeg simbola, na primjer: 16qh+, 21ps+, 22pstk+. Znak množenja (x) koristi se za opisivanje višestrukih kopija preuređenih kromosoma, ali se ne može koristiti za opisivanje višestrukih kopija normalnih kromosoma, na primjer: 46,XX,del(6)(q13q23)x2. Za označavanje alternativnih tumačenja anomalija upotrijebite simbol (ili), na primjer: 46,XX,del(8)(q21.1) ili i(8)(p10).

Kariotipovi različitih klonova odvojeni su kosom crtom (/). Iza opisa kariotipa stavljaju se uglate zagrade koje označavaju apsolutni broj stanica u određenom klonu. Za označavanje razloga nastanka različitih klonova koriste se simboli mos (mozaicizam - stanične linije nastale iz iste zigote) i chi (himera - stanične linije nastale iz različitih zigota) koji se navode prije opisa kariotip. Kod popisa kariotipova normalni diploidni klon uvijek se navodi zadnji, na primjer: mos47,XY,+21/46,XY; mos47,XXY/46,XY.

Ako postoji nekoliko anomalnih klonova, snimanje se provodi prema rastućoj veličini: prvi je onaj koji se najčešće susreće, zatim silazni. Posljednji je normalni klon, na primjer: mos45,X/47,XXX/46,XX. Slična oznaka se koristi u kariotipu koji ima dva normalna klona, ​​na primjer: chi46,XX/46,XY. Ako su u kariotipu prisutna dva anomalna klona, ​​od kojih jedan ima numeričku anomaliju, a drugi ima strukturnu reorganizaciju, tada se prvi bilježi klon s numeričkom anomalijom. Na primjer: 45,X/46,X,i(X)(q10).

Kada oba klona imaju numeričke anomalije, prvi se bilježi klon s autosomom s nižim serijskim brojem, na primjer: 47,XX,+8/47,XX,+21; klon s abnormalnostima spolnih kromosoma uvijek se stavlja na prvo mjesto, na primjer: 47,HHH/47,HH,+21.

Činjenica da je kariotip haploidan ili poliploidan bit će očita iz broja kromosoma i daljnjih oznaka, na primjer: 69,XXY. Svi promijenjeni kromosomi moraju biti označeni u odnosu na odgovarajuću razinu ploidnosti, na primjer: 70,XXY,+21.

Majčinsko ili očevo podrijetlo abnormalnog kromosoma označeno je simbolima mat odnosno pat iza opisane anomalije, na primjer: 46,XX,t(5;6)(q34;q23)mat,inv(14)( q12q31)pat; 46,XX,t(5;6)(q34;q23)mat,inv(14) (q12q31)mat. Ako je poznato da su kromosomi roditelja normalni u usporedbi s određenom anomalijom, ona se smatra novom i označava se simbolom denovo (dn), na primjer: 46,XY,t(5;6)(q34 ;q23)mat,inv (14)( q12q31)dn.

Opis brojčanih kromosomskih abnormalnosti:
Znak (+) ili (-) koristi se za označavanje gubitka ili stjecanja dodatnog kromosoma kada se opisuju numeričke anomalije.
47,XX,+21 - kariotip s trisomijom 21.
48,XX,+13,+21 - kariotip s trisomijom 13 i trisomijom 21.
45,XX,-22 - kariotip s monosomijom 22.
46,XX,+8,-21 - kariotip s trisomijom 8 i monosomijom 21.
Iznimka od ovog pravila su konstitucijske anomalije spolnih kromosoma koje se pišu bez znakova (+) i (-).
45,X - kariotip s jednim X kromosomom (Shereshevsky-Turnerov sindrom).
47,XXY - kariotip s dva X kromosoma i jednim Y kromosomom (Klinefelterov sindrom).
47,XXX - kariotip s tri X kromosoma.
47,XYY - kariotip s jednim X kromosomom i dva Y kromosoma.
48,XXXY je kariotip s tri X kromosoma i jednim Y kromosomom.

Opis strukturnih abnormalnosti kromosoma
U opisivanju strukturnih promjena koriste se sustavi kratkog i detaljnog bilježenja. Kada se koristi kratki sustav, naznačena je samo vrsta kromosomskog preuređivanja i prijelomne točke. Zapišite vrstu kromosomske abnormalnosti, kromosom koji je uključen u abnormalnost i prijelomne točke u zagradama. Kratki sustav ne dopušta jednoznačan opis složenih kromosomskih preraspodjela, koje se ponekad otkrivaju pri analizi kariotipova tumora.

Kratki sustav za označavanje konstrukcijskih prilagodbi
Ako su oba kraka uključena u preraspodjelu koja je rezultat dvaju prekida koji se javljaju u jednom kromosomu, točka prijeloma u kratkom kraku bilježi se prije točke prijeloma u dugom kraku: 46,XX,inv(2)(p21q31). Kada su dvije točke prijeloma na istom kraku kromosoma, prijelomna točka proksimalno od centromere je naznačena prva: 46,XX,inv(2)(p13p23). U slučaju kada su dva kromosoma uključena u preraspodjelu, prvo se označava ili kromosom s nižim rednim brojem ili spolni kromosom: 46,XY,t(12;16)(q13;p11.1); 46,X,t(X;18) (p11.11;q11.11).

Izuzetak od pravila su preraspodjele s tri prijelomne točke, kada se fragment jednog kromosoma umetne u područje drugog kromosoma. U tom slučaju prvi se upisuje kromosom primatelj, a zadnji kromosom donora, čak i ako se radi o spolnom kromosomu ili kromosomu s nižim rednim brojem: 46,X,ins(5;X)(p14;q21q25); 46,XY,ins(5;2)(p14;q22q32). Ako preraspodjela utječe na jedan kromosom, prvo se označavaju prijelomne točke u segmentu u kojem je nastala insercija. U slučaju izravne insercije, prvo se bilježi prijelomna točka umetnutog fragmenta proksimalno od centromere, a zatim distalna točka prijeloma. Kod obrnutog umetanja je suprotno.

Kako bi se označile translokacije u koje su uključena tri različita kromosoma, prvo se navodi spolni kromosom ili kromosom s nižim serijskim brojem, zatim kromosom koji je primio fragment od prvog kromosoma i, na kraju, kromosom koji je donirao fragment u prvi kromosom. 46,XX,t(9;22;17) (q34;q11.2;q22) - fragment kromosoma 9, koji odgovara distalnoj regiji 9q34, prenesen na kromosom 22, u segment 22q11.2, fragment kromosoma 22, koji odgovara distalnom području 22q11.2, prenosi se na kromosom 17, u segmentu 17q22, a fragment kromosoma 17, koji odgovara distalnom području 17q22, prenosi se na kromosom 9, u segmentu 9q34.

Detaljan sustav označavanja strukturnih promjena. U skladu s detaljnim sustavom označavanja, strukturni preraspodjeli kromosoma određeni su sastavom vrpci u njima. Sve oznake koje se koriste u kratkom sustavu zadržavaju se u detaljnom sustavu. Međutim, u detaljnom sustavu, detaljan opis sastava vrpci u preuređenim kromosomima dan je pomoću dodatnih simbola. Dvotočka (:) označava točku prekida, a dvotočka (::) označava prekid nakon kojeg slijedi ponovno okupljanje. Strelica (->) označava smjer prijenosa fragmenata kromosoma. Krajevi krakova kromosoma označeni su simbolom ter (terminal), pter ili qter koji označava kraj kratkog, odnosno dugog kraka. Simbol sep koristi se za označavanje centromere.

Vrste kromosomskih preraspodjela
Dodatni materijal nepoznatog podrijetla. Simbol add (od latinskog additio - dodatak) koristi se za označavanje dodatnog materijala nepoznatog podrijetla koji je dodan u kromosomsku regiju ili vrpcu. Dodatni materijal vezan za krajnju regiju uzrokovat će povećanje duljine kraka kromosoma. Kada se opisuju kromosomi s dodatnim materijalom nepoznatog podrijetla u oba kraka, simbol der se stavlja ispred broja kromosoma. Ako je nepoznati dodatni materijal umetnut u krak kromosoma, za opis se koriste simboli ins i (?).

Brisanja. Simbol del koristi se za označavanje krajnjih i međuprostornih brisanja:
46,XX,del(5)(q13)
46,XX,del (5) (pter->q13:)
Znak (:) znači da je došlo do prekida u pojasu 5q13, kao rezultat toga, kromosom 5 sastoji se od kratkog kraka i dijela dugog kraka, koji se nalazi između centromera i segmenta 5q13.
46,XX,del(5)(q13q33)
46,XX,del(5)(pter->q13::q33->qter)
Znak (::) znači prekid i ponovno spajanje vrpci 5ql3 i 5q33 dugog kraka kromosoma 5. Segment kromosoma između ovih vrpci je izbrisan.

Izvedeni, ili derivativni, kromosomi (der) su kromosomi koji nastaju kao rezultat preraspodjele koja zahvaća dva ili više kromosoma, kao i kao rezultat višestrukih preustroja unutar jednog kromosoma. Broj derivatnog kromosoma odgovara broju intaktnog kromosoma, koji ima isti centromer kao derivatni kromosom:
46,XY,der(9)del(9)(p12)del(9)(q31)
46,XY,der(9) (:r12->q31:)
Izvedeni kromosom 9 rezultat je dviju terminalnih delecija koje se javljaju u kratkom i dugom kraku, s prekidnim točkama na vrpcama 9p12, odnosno 9q31.
46,XX,der (5)add(5)(p15.1)del(5)(q13)
46,XX,der(5)(?::p15.1-»q13:)
Izvedeni kromosom 5 s dodatnim materijalom nepoznatog podrijetla pričvršćenim za pojas 5p15.1 i završno brisanje dugog kraka distalno od pojasa 5q13.

Dicentrični kromosomi. Simbol die se koristi za opisivanje dicentričnih kromosoma. Dicentrični kromosom zamjenjuje jedan ili dva normalna kromosoma. Stoga nema potrebe za označavanjem nedostajućih normalnih kromosoma.
45,XX,dic(13;13)(q14;q32)
45,XX,dic(13;13)(13pter->13ql4::13q32-»13pter)
Do prekida i ponovnog spajanja došlo je u vrpcama 13ql4 i 13q32 na dva homologna kromosoma 13, što je rezultiralo dicentričnim kromosomom.

Umnožavanja. Duplikacije su označene simbolom dup; mogu biti izravni ili obrnuti.
46,XX,dup(1)(q22q25)
46,XX,dup(1)(pter->q25::q22->qter)
Izravno dupliciranje segmenta između pojaseva lq22 i lq25.
46,XY,dup(1)(q25q22)
46,XY,dup(1) (pter->q25::q25->q22::q25->qter) ili (pter->q22::q25-»q22::q22->qter)
Invertirano dupliciranje segmenta između vrpci lq22 i lq25. Treba napomenuti da samo detaljan sustav omogućuje opisivanje obrnutog umnožavanja.

Inverzije. Simbol inv koristi se za opisivanje para- i pericentričnih inverzija.
46,XX,inv(3)(q21q26.2)
46,XX,inv(3)(pter->q21::q26.2->q21::q26.2->qter)
Paracentrična inverzija, u kojoj je do prekida i ponovnog spajanja došlo u vrpcama 3q21 i 3q26.2 dugog kraka kromosoma 3.
46,XY,inv(3)(p13q21)
46,XY,inv(3)(pter-»pl3::q21->p13::q21->qter)
Pericentrična inverzija, u kojoj je do prekida i ponovnog spajanja došlo između kratke trake 3p13 i duge trake 3q21 kromosoma 3. Područje između ovih traka, uključujući centromeru, obrnuto je za 180°.

Umetci. Simbol ins koristi se za označavanje izravnog ili obrnutog umetanja. Umetanje se smatra izravnim kada je proksimalni kraj područja umetanja u proksimalnom položaju u odnosu na njegov drugi kraj. Kod obrnute insercije, proksimalni kraj regije insercije je u distalnom položaju. Vrsta umetanja (izravno ili obrnuto) također se može označiti simbolima dir odnosno inv.
46,XX,ins(2)(pl3q21q31)
46,XX,ins(2)(pter->p13::q31->q21::pl3-»q21::q31-qter)
Do izravnog umetanja, tj. dir ins(2) (p13q21q31), došlo je između segmenata 2q21 i 2q31 dugog kraka i segmenta 2p13 kratkog kraka kromosoma 2. Regija dugog kraka kromosoma između segmenata 2q21 i 2q31 umetnuta je u kratki krak u području segmenta 2p13. U novom položaju, segment 2q21 ostaje bliže centromeri nego segment 2q31.
46,XY,ins(2) (pl3q31q21)
46,XY,ins(2)(pterH>pl3::q21->q31::pl3->q21::q31-»qter)
U ovom slučaju, umetnuti odjeljak je obrnut, tj. inv ins(2)(p13q31q21). U umetku, segment 2q21 je dalje od centromera nego segment 2q31. Stoga se promijenio položaj segmenata u odnosu na centromeru.

Izokromosomi. Simbol i koristi se za opisivanje izokromosoma, koji su kromosomi koji se sastoje od dva identična kraka. Prijelomne točke u izokromosomima lokalizirane su u centromernim regijama p10 i q10.
46,XX,i(17)(q10)
46,XX,i(17)(qter-»q10::q10 ->qter)
Izokromosom duž dugog kraka kromosoma 17 i prijelomna točka označeni su u području 17q10. Kariotip sadrži jedan normalan kromosom i jedan reorganizirani kromosom 17.
46,X,i(X)(q10)
46,X,i(X) (qter-»q10::q10->qter)
Jedan normalan X kromosom i X izokromosom duž dugog kraka.

Lomljiva mjesta (fragilna mjesta) mogu se pojaviti kao normalni polimorfizmi ili mogu biti povezana s nasljednim bolestima ili fenotipskim abnormalnostima.
46,X,fra(X)(q27.3)
Krhko područje u podpojasu Xq27.3 jednog od X kromosoma u kariotipu žene.
46,Y,fra(X)(q27.3)
Krhko područje u podpojasu Xq27.3 X kromosoma u muškom kariotipu.

Marker kromosom (tag) je strukturno promijenjen kromosom čiji se niti jedan dio ne može identificirati. Ako se identificira bilo koji dio abnormalnog kromosoma, opisuje se kao izvedeni kromosom (der). Kada se opisuje kariotip, ispred simbola mar stavlja se znak (+).
47,XX,+mar
Jedan dodatni marker kromosom.
48,X,t(X;18)(p11.2;q11.2)+2mar
Dva markerska kromosoma uz t(X;18) translokaciju.

Prstenasti kromosomi označeni su simbolom r i mogu se sastojati od jednog ili više kromosoma.
46,XX,r(7)(p22q36)
46,XX,r(7) (::r22->q36::)
Do loma i ponovnog spajanja došlo je u segmentima 7p22 i 7q36, s gubitkom kromosomskih regija distalno od tih prijelomnih točaka.
Ako je centromera prstenastog kromosoma nepoznata, ali su segmenti kromosoma sadržani u prstenu poznati, prstenasti kromosomi se definiraju kao derivati ​​(der).
46,XX,der(1)r(1;3)(p36.1q23;q21q27)
46,XX,der(1)(::lp36.1->1q23::3q21->3q27::)

Translokacije. Recipročne translokacije
Za opisivanje translokacija (t) koriste se isti principi i pravila kao i za opisivanje drugih kromosomskih preraspodjela. Za razlikovanje homolognih kromosoma, jedan od homologa može biti podvučen jednom podvlakom (_).
46,XY,t(2;5)(q21;q31)
46,XY,t(2;5)(2pter2q21::5q31->5qter;5pter 5q31::2q21->2qter)
Prekid i ponovno okupljanje dogodilo se u segmentima 2q21 i 5q31. Kromosomi su izmijenili regije distalno od ovih segmenata. Prvi je naznačen kromosom s nižim serijskim brojem.
46,X,t(X;13)(q27;ql2)
46,X,t(X;13)(Xpter->Xq27::13ql2->13qter;13pter->3q 12::Xq27->Xqter)
Prekid i ponovno spajanje dogodilo se u segmentima Xq27 i 13q12. Segmenti distalno od ovih područja su zamijenjeni. Budući da je spolni kromosom uključen u translokaciju, on se prvi bilježi. Imajte na umu da je ispravan zapis 46,X,t(X;13), a ne 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)
Recipročna translokacija između X i Y kromosoma s prijelomnim točkama Xq22 i Yq11.2.
Translokacije koje uključuju cijele krakove kromosoma mogu se zabilježiti ukazujući na prijelomne točke u centromernim regijama p10 i q10. Kod uravnoteženih translokacija, prijelomna točka u spolnom kromosomu ili u kromosomu s nižim serijskim brojem označava se p10.
46,XY,t(4;3)(p10;q10)
46,XY,t(1;3)(lpteMlpl0::3ql0->3qter;3pter->3p40::4q40->4qter)
Recipročna translokacija cijelih krakova kromosoma, pri čemu su kratki krakovi kromosoma 1 spojili centromeru s dugim kracima kromosoma 3, a dugi kraci kromosoma 1 spojili su se s kratkim kracima kromosoma 3.
Kod neuravnoteženih translokacija cijelih krakova kromosoma, preuređeni kromosom označava se kao derivat (der) i zamjenjuje dva normalna kromosoma.
45,XX,der(1;3) (p10;q10)
45,XX,der(1;3)(1pter->1p10::3q10->3qter)

Izvedeni kromosom koji se sastoji od kratkog kraka kromosoma 1 i dugog kraka kromosoma 3. Kromosomi 1 i 3 koji nedostaju nisu označeni jer su zamijenjeni izvedenim kromosomom. Kariotip dakle sadrži jedan normalan kromosom 1, jedan normalan kromosom 3 i derivatni kromosom der(l;3).

Robertsonove translokacije
Riječ je o posebnoj vrsti translokacije koja nastaje kao rezultat centričnog spajanja dugih krakova akrocentričnih kromosoma 13-15 i 21-22 uz istovremeni gubitak kratkih krakova tih kromosoma. Načela za opisivanje neuravnoteženih translokacija koje uključuju cijele ruke također se primjenjuju na opisivanje Robertsonovih translokacija pomoću simbola (der). Simbol rob također se može koristiti za opisivanje ovih translokacija, ali se ne bi trebao koristiti za opisivanje stečenih anomalija. Prijelomne točke kromosoma uključenih u translokaciju naznačene su u regijama q10.
45,XX,der(13;21) (q10;q10)
45,XX,rob(13;21) (q10;q10)

Do loma i ponovnog spajanja došlo je u segmentima 13q10 i 21q10 centromernih područja kromosoma 13 i 21. Izvedeni kromosom zamijenio je jedan kromosom 13 i jedan kromosom 21. Nema potrebe za navođenjem kromosoma koji nedostaju. Kariotip sadrži jedan normalan kromosom 13, jedan normalan kromosom 21 i der (13;21). Neravnoteža nastaje zbog gubitka kratkih krakova kromosoma 13 i 21.

5. POGLAVLJE VARIJABILNOST ORGANIZMA

5. POGLAVLJE VARIJABILNOST ORGANIZMA

Totalna informacija

Varijabilnost organizma je varijabilnost njegovog genoma, koja određuje genotipske i fenotipske razlike osobe i uvjetuje evolucijsku raznolikost njegovih genotipova i fenotipova (vidi 2. i 3. poglavlje).

Intrauterini razvoj embrija, embrija, fetusa, daljnji postnatalni razvoj ljudskog tijela (djetinjstvo, djetinjstvo, adolescencija, adolescencija, odrasla dob, starenje i smrt) odvijaju se u skladu s genetskim programom ontogeneze, nastalim spajanjem genoma majke i oca (vidi 2. i 12. poglavlje).

Tijekom ontogeneze, genom tijela pojedinca i informacije kodirane u njemu prolaze stalne transformacije pod utjecajem čimbenika okoliša. Promjene koje se događaju u genomu mogu se prenositi s generacije na generaciju, uzrokujući varijabilnost karakteristika i fenotipa organizma kod potomaka.

Početkom 20.st. Njemački zoolog W. Hacker identificirao je granu genetike posvećenu proučavanju veza i odnosa između genotipova i fenotipova i analizi njihove varijabilnosti, te je nazvao fenogenetika.

Trenutno fenogenetičari razlikuju dvije klase varijabilnosti: nenasljednu (ili modifikaciju), koja se ne prenosi s generacije na generaciju, i nasljednu, koja se prenosi s generacije na generaciju.

Zauzvrat, nasljedna varijabilnost također dolazi u dvije klase: kombinativnu (rekombinaciju) i mutacijsku. Varijabilnost prve klase određuju tri mehanizma: slučajni susreti gameta tijekom oplodnje; crossing over, ili mejotička rekombinacija (razmjena jednakih dijelova između homolognih kromosoma u profazi prve diobe mejoze); nezavisna divergencija homolognih kromosoma do diobenih polova tijekom stvaranja stanica kćeri tijekom mitoze i mejoze. Varijabilnost drugog

uzrokuju točkaste, kromosomske i genomske mutacije (vidi dolje).

Razmotrimo redom različite klase i vrste varijabilnosti organizma u različitim fazama njegovog individualnog razvoja.

Varijabilnost tijekom oplodnje spolnih stanica i početak funkcioniranja genoma novonastalog organizma

Genomi majke i oca ne mogu funkcionirati odvojeno jedan od drugog.

Samo dva roditeljska genoma, ujedinjena u zigotu, osiguravaju podrijetlo molekularnog života, pojavu novog kvalitativnog stanja - jedno od svojstava biološke materije.

Na sl. Slika 23 prikazuje rezultate interakcije dvaju roditeljskih genoma tijekom oplodnje gameta.

Prema oplodnoj formuli: zigota = jajašce + spermij, početak razvoja zigote je trenutak nastanka dvojnika (diploida) kada se susretnu dva haploidna skupa roditeljskih gameta. Tada nastaje molekularni život i pokreće se lanac sekvencijalnih reakcija temeljenih najprije na ekspresiji gena genotipa zigote, a zatim na genotipovima somatskih stanica kćeri koje su iz njega nastale. Pojedinačni geni i skupine gena unutar genotipova svih stanica tijela počinju se “paliti” i “isključivati” tijekom provedbe genetskog programa ontogeneze.

Vodeću ulogu u zbivanjima koja se odvijaju ima jaje koje u jezgri i citoplazmi ima sve što je potrebno za klijanje.

Riža. 23. Rezultati interakcije dvaju roditeljskih genoma tijekom oplodnje gameta (slike s www.bio.1september.ru; www.bio.fizteh.ru; www.vetfac.nsau.edu.ru, redom)

razvoj i nastavak života, strukturne i funkcionalne komponente jezgre i citoplazme (suština biološki matrijarhat). Spermij sadrži DNA i ne sadrži citoplazmatske komponente. Nakon što je prodrla u jajašce, DNK spermija dolazi u kontakt s njegovom DNK, te se tako u zigoti “uključuje” glavni molekularni mehanizam koji funkcionira tijekom cijelog života organizma: DNK-DNK interakcija dvaju roditeljskih genoma. Strogo govoreći, genotip je aktiviran, predstavljen približno jednakim dijelovima nukleotidnih sekvenci DNA majčinog i očevog podrijetla (bez uzimanja u obzir mtDNA citoplazme). Pojednostavimo ono što je rečeno: početak molekularnog života u zigoti je kršenje postojanosti unutarnjeg okoliša jajeta (njegove homeostaze), a sav kasniji molekularni život višestaničnog organizma je želja za vraćanjem homeostaze, izloženost okolišnim čimbenicima, odnosno ravnoteža između dva suprotna stanja: stabilnost S jedne strane i promjenjivost s drugom. To su uzročno-posljedične veze koje određuju nastanak i kontinuitet molekularnog života organizma tijekom ontogeneze.

Obratimo sada pažnju na rezultate i značaj varijabilnosti genoma organizma kao produkta evolucije. Prvo, razmotrimo pitanje jedinstvenosti genotipa zigote ili progenitorske stanice svih stanica, tkiva, organa i sustava tijela.

Sama oplodnja događa se slučajno: jedna ženska spolna stanica oplođena je samo jednom muškom spolnom stanicom od 200-300 milijuna spermija sadržanih u ejakulatu muškarca. Očito je da se svako jaje i svaki spermij razlikuju jedni od drugih po mnogim genotipskim i fenotipskim karakteristikama: prisutnost promijenjenih ili nepromijenjenih gena u sastavu i kombinacijama (rezultati kombinacijske varijabilnosti), različiti slijedovi sekvenci nukleotida DNA, različite veličine, oblici , funkcionalna aktivnost (motilitet), zrelost gameta, itd. Upravo te razlike omogućuju nam govoriti o jedinstvenosti genoma bilo koje gamete i, posljedično, genotipa zigote i cijelog organizma: nezgoda oplodnje gameta osigurava rađanje genetski jedinstvenog individualnog organizma.

Drugim riječima, molekularni život čovjeka (kao i život biološkog bića općenito) je “dar sudbine” ili, ako hoćete, “božji dar”, jer umjesto dane jedinke s istim

postojala je mogućnost da su se mogla roditi genetski različita braća i sestre.

Sada nastavimo našu raspravu o ravnoteži između stabilnosti i varijabilnosti nasljednog materijala. U širem smislu, održavanje takve ravnoteže je istovremeno očuvanje i promjena (transformacija) stabilnosti nasljednog materijala pod utjecajem unutarnjih (homeostaza) i vanjskih čimbenika okoline (reakcijska norma). Homeostaza ovisi o genotipu uzrokovanom spajanjem dvaju genoma (vidi sliku 23). Brzina reakcije određena je interakcijom genotipa s čimbenicima okoliša.

Norma i raspon reakcije

Specifičan način na koji tijelo reagira kao odgovor na čimbenike okoliša naziva se norma reakcije. Upravo su geni i genotip odgovorni za razvoj i raspon modifikacija individualnih svojstava i fenotipa cijelog organizma. U isto vrijeme, sve sposobnosti genotipa nisu ostvarene u fenotipu, tj. fenotip je poseban (za pojedinca) slučaj implementacije genotipa u specifičnim uvjetima okoliša. Stoga se, primjerice, između jednojajčanih blizanaca koji imaju potpuno identične genotipove (100% zajednički geni) otkrivaju uočljive fenotipske razlike ako blizanci odrastaju u različitim uvjetima okoline.

Norma reakcije može biti uska ili široka. U prvom slučaju stabilnost pojedinog svojstva (fenotipa) održava se gotovo bez obzira na utjecaje okoline. Primjeri gena s uskom reakcijskom normom ili neplastični geni su geni koji kodiraju sintezu antigena krvnih grupa, boju očiju, kovrčavost kose, itd. Njihovo djelovanje je isto u svim (sa životom kompatibilnim) vanjskim uvjetima. U drugom slučaju stabilnost pojedinog svojstva (fenotipa) mijenja se ovisno o utjecaju okoline. Primjer gena sa širokom stopom reakcije ili plastični geni- geni koji kontroliraju broj crvenih krvnih stanica (različiti za ljude koji se penju na planinu i ljude koji se spuštaju s planine). Drugi primjer široke norme reakcije je promjena boje kože (tamnjenje), povezana s intenzitetom i vremenom izlaganja ultraljubičastom zračenju na tijelu.

Pričati o raspon odziva, treba imati na umu fenotipske razlike koje se javljaju kod jedinke (njegov genotip) ovisno o

“osiromašeni” ili “obogaćeni” okolišni uvjeti u kojima se organizam nalazi. Prema definiciji I.I. Schmalhausen (1946.), "nisu karakteristike same po sebi naslijeđene, već norma njihove reakcije na promjene u uvjetima postojanja organizama."

Dakle, norma i raspon reakcije su granice genotipske i fenotipske varijabilnosti organizma kada se promijene uvjeti okoline.

Također treba napomenuti da među unutarnjim čimbenicima koji utječu na fenotipsku manifestaciju gena i genotipa, spol i dob jedinke imaju određeno značenje.

Vanjski i unutarnji čimbenici koji određuju razvoj svojstava i fenotipova uključeni su u tri skupine glavnih čimbenika navedenih u poglavlju, uključujući gene i genotip, mehanizme međumolekulskih (DNA-DNA) i međugenskih interakcija između roditeljskih genoma te okolišne čimbenike.

Naravno, osnova za prilagodbu organizma uvjetima okoliša (osnova ontogeneze) je njegov genotip. Konkretno, jedinke s genotipovima koji ne potiskuju negativne učinke patoloških gena i okolišnih čimbenika ostavljaju manje potomaka od onih jedinki kod kojih su nepoželjni učinci potisnuti.

Vjerojatno je da genotipovi sposobnijih organizama uključuju posebne gene (modifikatorske gene) koji suzbijaju djelovanje "štetnih" gena na način da umjesto njih aleli normalnog tipa postaju dominantni.

NENASLJEDNA VARIJABILNOST

Govoreći o nenasljednoj varijabilnosti genetskog materijala, ponovno razmotrimo primjer široke norme reakcije - promjenu boje kože pod utjecajem ultraljubičastog zračenja. “Tan” se ne prenosi s koljena na koljeno, tj. nije naslijeđen, iako su plastični geni uključeni u njegovu pojavu.

Isto tako se ne nasljeđuju posljedice ozljeda, ožiljne promjene na tkivima i sluznicama uslijed opeklinske bolesti, ozebline, trovanja i mnogi drugi znakovi uzrokovani isključivo okolišnim čimbenicima. Pritom treba naglasiti: nenasljedne promjene ili modifikacije povezane su s nasljednim

prirodna svojstva danog organizma, jer se formiraju na pozadini specifičnog genotipa u specifičnim uvjetima okoliša.

Nasljedna kombinacijska varijabilnost

Kao što je navedeno na početku poglavlja, uz mehanizam slučajnih susreta gameta tijekom oplodnje, kombinacijska varijabilnost uključuje mehanizme crossing overa u prvoj diobi mejoze i nezavisnu divergenciju kromosoma na polove diobe tijekom formiranja kćeri. stanice tijekom mitoze i mejoze (vidi 9. poglavlje).

Crossing over u prvoj mejotičkoj diobi

Zbog mehanizma prelazeći preko veza gena za kromosom redovito se poremeti u profazi prve diobe mejoze kao rezultat miješanja (razmjene) gena očevog i majčinog podrijetla (slika 24.).

Početkom 20.st. prilikom otvaranja prijelaza preko T.H. Morgan i njegovi studenti sugerirali su da se križanje između dva gena može dogoditi ne samo u jednoj, već i na dvije, tri (dvostruki i trostruki crossing over) i više točaka. Suzbijanje prelaska primijećeno je u područjima neposredno uz mjesta razmjene; ovo suzbijanje se zvalo smetnje.

U konačnici je izračunato: za jednu mušku mejozu dolazi od 39 do 64 kijazme ili rekombinacije, a za jednu žensku mejozu do 100 kijazmi.

Riža. 24. Shema crossing overa u prvoj diobi mejoze (prema Shevchenko V.A. et al., 2004):

a - sestrinske kromatide homolognih kromosoma prije početka mejoze; b - nalaze se tijekom pahitena (vidljiva je njihova spiralizacija); c - također su tijekom diplotene i dijakineze (strelice označavaju mjesta križanja preko kijazme, odnosno područja izmjene)

Kao rezultat toga, zaključili su: veza gena za kromosome stalno je poremećena tijekom crossing overa.

Čimbenici koji utječu na crossing over

Crossing over je jedan od redovitih genetskih procesa u tijelu, kojim upravljaju mnogi geni, izravno i putem fiziološkog stanja stanica tijekom mejoze, pa čak i mitoze.

Čimbenici koji utječu na crossover uključuju:

Homo- i heterogametni spol (govorimo o mitotički crossing over kod mužjaka i ženki takvih eukariota kao što su Drosophila i svilena buba); Dakle, kod Drosophile crossing over se odvija normalno; kod svilene bube je ili normalan ili ga nema; kod ljudi treba obratiti pozornost na mješoviti (“treći”) spol i posebno na ulogu crossing overa u anomalijama spolnog razvoja kod muškog i ženskog hermafroditizma (vidi Poglavlje 16);

Struktura kromatina; na učestalost crossingovera u različitim regijama kromosoma utječe raspodjela heterokromatskih (pericentromernih i telomernih regija) i eukromatskih regija; osobito u pericentromernim i telomernim regijama, učestalost crossing overa je smanjena, a udaljenost između gena određena učestalošću crossing overa možda neće odgovarati stvarnoj;

Funkcionalno stanje tijela; Kako dob raste, stupanj spiralizacije kromosoma i brzina diobe stanica se mijenjaju;

Genotip; sadrži gene koji povećavaju ili smanjuju učestalost križanja; "pretvarači" potonjeg su kromosomske preraspodjele (inverzije i translokacije), koje kompliciraju normalnu konjugaciju kromosoma u zigotenu;

Egzogeni čimbenici: izloženost temperaturi, ionizirajućem zračenju i koncentriranim otopinama soli, kemijskim mutagenima, lijekovima i hormonima, koji obično povećavaju učestalost crossing overa.

Učestalost mejotičkog i mitotičkog crossing overa i SCO ponekad se koristi za procjenu mutagenog učinka lijekova, karcinogena, antibiotika i drugih kemijskih spojeva.

Neravnopravno križanje

U rijetkim slučajevima, tijekom crossing overa, uočavaju se lomovi na asimetričnim točkama sestrinskih kromatida, te se one izmjenjuju

međusobno su podijeljeni na nejednaka područja – ovo je nejednako prijelaz.

Istodobno, opisani su slučajevi kada se tijekom mitoze opaža mitotička konjugacija (neispravno uparivanje) homolognih kromosoma i dolazi do rekombinacije između nesestrinskih kromatida. Ova pojava se zove konverzija gena.

Važnost ovog mehanizma teško je precijeniti. Na primjer, kao rezultat pogrešnog sparivanja homolognih kromosoma duž bočnih ponavljanja, može doći do udvostručenja (duplikacije) ili gubitka (delecije) regije kromosoma koja sadrži gen PMP22, što će dovesti do razvoja nasljedne autosomno dominantne motoričko-senzorne neuropatija Charcot-Marie-Tooth.

Nejednaki crossing over je jedan od mehanizama za nastanak mutacija. Na primjer, periferni protein mijelin kodiran je genom PMP22, koji se nalazi na kromosomu 17 i ima duljinu od oko 1,5 milijuna bp. Ovaj gen je okružen s dva homologna ponavljanja duljine približno 30 kb. (ponavljanja se nalaze na bokovima gena).

Osobito mnogo mutacija kao rezultat nejednakog crossing overa događa se kod pseudogena. Tada se ili fragment jednog alela prenosi na drugi alel, ili se fragment pseudogena prenosi na gen. Na primjer, slična se mutacija opaža kada se sekvenca pseudogena prenese na gen 21-hidroksilaze (CYP21B) u adrenogenitalnom sindromu ili kongenitalnoj hiperplaziji nadbubrežne žlijezde (vidi poglavlja 14 i 22).

Osim toga, zbog rekombinacija tijekom nejednakog crossing overa mogu nastati višestruki alelni oblici gena koji kodiraju antigene HLA klase I.

Neovisna divergencija homolognih kromosoma do diobenih polova tijekom stvaranja stanica kćeri tijekom mitoze i mejoze

Zbog procesa replikacije koji prethodi mitozi somatske stanice, ukupan broj nukleotidnih sekvenci DNA udvostručuje se. Stvaranje jednog para homolognih kromosoma događa se iz dva očeva i dva majčina kromosoma. Kada se ta četiri kromosoma rasporede u dvije stanice kćeri, svaka će stanica dobiti po jedan očinski i majčin kromosom (za svaki par kromosomske garniture), ali nije poznato koji od ta dva, prvi ili drugi. Javlja se

slučajna raspodjela homolognih kromosoma. Lako je izračunati: zbog različitih kombinacija 23 para kromosoma, ukupan broj stanica kćeri bit će 2 23, odnosno više od 8 milijuna (8 χ 10 6) varijanti kombinacija kromosoma i gena smještenih na njima. Posljedično, s nasumičnim rasporedom kromosoma u stanice kćeri, svaka od njih će imati svoj jedinstveni kariotip i genotip (svoju verziju kombinacije kromosoma i gena povezanih s njima). Treba napomenuti da postoji patološka varijanta raspodjele kromosoma u stanice kćeri. Na primjer, ulazak u jednu od dvije stanice kćeri samo jednog (očeva ili majčinog podrijetla) X kromosoma dovest će do monosomije (Shereshevsky-Turnerov sindrom, kariotip 45, XO), ulazak tri identična autosoma dovest će do trisomije (Down sindrom, 47,XY ,+21; Patau, 47,XX,+13 i Edvadsa, 47,XX,+18; vidi također poglavlje 2).

Kao što je navedeno u 5. poglavlju, dva očeva ili dva majčina izvorna kromosoma mogu istovremeno ući u jednu stanicu kćer - to je uniparentalna izodizomija za određeni par kromosoma: Silver-Russellov sindrom (dva majčina kromosoma 7), Beckwitt-Wiedemannov sindrom (dva očeva kromosoma). kromosomi 11), Angelman (dva kromosoma oca 15), Prader-Willi (dva kromosoma 15 majke). Općenito, volumen poremećaja distribucije kromosoma doseže 1% svih kromosomskih poremećaja u ljudi. Ovi poremećaji imaju veliki evolucijski značaj, jer stvaraju populacijsku raznolikost ljudskih kariotipova, genotipova i fenotipova. Štoviše, svaka patološka varijanta je jedinstven proizvod evolucije.

Kao rezultat druge mejotičke diobe nastaju 4 stanice kćeri. Svaki od njih će od sva 23 kromosoma dobiti jedan ili majčin ili očev kromosom.

Da bismo izbjegli moguće pogreške u našim daljnjim proračunima, uzet ćemo kao pravilo: kao rezultat druge mejotičke diobe nastaje također 8 milijuna varijanti muških spolnih stanica i 8 milijuna varijanti ženskih spolnih stanica. Zatim odgovor na pitanje koliki je ukupni volumen varijantnih kombinacija kromosoma i gena koji se nalaze na njima pri susretu dviju gameta, sljedeći: 2 46 ili 64 χ 10 12, tj. 64 bilijuna.

Nastanak takvog (teoretski mogućeg) broja genotipova pri susretu dviju gameta jasno objašnjava značenje heterogenosti genotipova.

Vrijednost kombinacijske varijabilnosti

Kombinativna varijabilnost važna je ne samo za heterogenost i jedinstvenost nasljednog materijala, već i za obnovu (popravak) stabilnosti molekule DNA kada su oba lanca oštećena. Primjer je stvaranje jednolančane praznine DNK nasuprot nepopravljene lezije. Nastala praznina ne može se točno ispraviti bez uključivanja normalnog lanca DNK u popravak.

Mutacijska varijabilnost

Uz jedinstvenost i heterogenost genotipova i fenotipova kao rezultat kombinacijske varijabilnosti, veliki doprinos varijabilnosti ljudskog genoma i fenomena daje nasljedna mutacijska varijabilnost i iz nje proizašla genetička heterogenost.

Varijacije u sekvencama nukleotida DNA mogu se čisto konvencionalno podijeliti na mutacije i genetski polimorfizam (vidi Poglavlje 2). U isto vrijeme, ako je heterogenost genotipova stalna (normalna) karakteristika varijabilnosti genoma, tada mutacijska varijabilnost- ovo je, u pravilu, njegova patologija.

Patološka varijabilnost genoma je podržana, na primjer, nejednakim crossing overom, netočnim odstupanjem kromosoma do diobenih polova tijekom stvaranja stanica kćeri, prisutnošću genetskih spojeva i alelnih serija. Drugim riječima, nasljedna kombinacijska i mutacijska varijabilnost očituje se u čovjeka značajnom genotipskom i fenotipskom raznolikošću.

Razjasnimo terminologiju i razmotrimo opća pitanja teorije mutacije.

OPĆA PITANJA TEORIJE MUTACIJA

Mutacija dolazi do promjene u strukturnoj organizaciji, količini i/ili funkcioniranju nasljednog materijala i proteina koji se njime sintetiziraju. Ovaj koncept prvi je predložio Hugo de Vries

godine 1901-1903 u svom djelu "Teorija mutacije", gdje je opisao osnovna svojstva mutacija. Oni:

Pojaviti se iznenada;

Prenosi se s koljena na koljeno;

Nasljeđuje se prema dominantnom tipu (manifestira se u heterozigota i homozigota) i recesivnom tipu (manifestira se u homozigota);

Nemaju smjer ("mutiraju" bilo koji lokus, uzrokujući manje promjene ili utječući na vitalne znakove);

Prema fenotipskoj manifestaciji mogu biti štetni (većina mutacija), korisni (izuzetno rijetki) ili indiferentni;

Javljaju se u somatskim i zametnim stanicama.

Osim toga, iste se mutacije mogu ponavljati.

Proces mutacije ili mutageneza, kontinuirani je proces nastanka mutacija pod utjecajem mutagena – okolišnih čimbenika koji oštećuju nasljedni materijal.

Prvi teorija kontinuirane mutageneze predložio 1889. ruski znanstvenik sa Sveučilišta u St. Petersburgu S.I. Korzhinsky u svojoj knjizi “Heterogeneza i evolucija”.

Kako se danas smatra, mutacije se mogu pojaviti spontano, bez vidljivih vanjskih uzroka, ali pod utjecajem unutarnjih stanja u stanici i tijelu – to su spontane mutacije ili spontana mutageneza.

Mutacije uzrokovane umjetno izlaganjem vanjskim čimbenicima fizičke, kemijske ili biološke prirode su inducirane mutacije, ili inducirana mutageneza.

Najčešće mutacije nazivaju se velike mutacije(na primjer, mutacije u genima Duchenne-Beckerove mišićne distrofije, cistične fibroze, anemije srpastih stanica, fenilketonurije itd.). Sada su stvoreni komercijalni kompleti koji omogućuju automatsko prepoznavanje najvažnijih od njih.

Novonastale mutacije nazivaju se nove mutacije ili mutacije de novo. Na primjer, to uključuje mutacije koje su u podlozi niza autosomno dominantnih bolesti, kao što je ahondroplazija (10% slučajeva bolesti su obiteljski oblici), Recklinghausenova neurofibromatoza tipa I (50-70% su obiteljski oblici), Alzheimerova bolest, Huntingtonova koreja .

Mutacije iz normalnog stanja gena (osobine) u patološko stanje nazivaju se ravno.

Mutacije iz patološkog stanja gena (osobine) u normalno stanje nazivaju se reverznim ili reverzije.

Sposobnost revertiranja prvi je put ustanovio 1935. N.V. Timofejev-Resovski.

Naknadne mutacije u genu koje potiskuju primarni mutirani fenotip nazivaju se supresor. Potiskivanje može biti intragenski(obnavlja funkcionalnu aktivnost proteina; aminokiselina ne odgovara izvornoj, tj. nema prave reverzibilnosti) i ekstrageničan(struktura tRNA se mijenja, zbog čega mutantna tRNA uključuje drugu aminokiselinu u polipeptid umjesto one koju kodira defektni triplet).

Mutacije u somatskim stanicama nazivaju se somatske mutacije. Oni stvaraju patološke stanične klonove (skup patoloških stanica) i u slučaju istodobne prisutnosti normalnih i patoloških stanica u tijelu dovode do staničnog mozaicizma (npr. kod Albrightove nasljedne osteodistrofije izraženost bolesti ovisi o broj abnormalnih stanica).

Somatske mutacije mogu biti ili obiteljske ili sporadične (neobiteljske). Oni su u osnovi razvoja malignih neoplazmi i procesa preranog starenja.

Ranije se smatralo aksiomom da somatske mutacije nisu naslijeđene. Posljednjih godina dokazan je prijenos s koljena na koljeno nasljedne sklonosti 90% multifaktorijalnih oblika i 10% monogenih oblika raka, koji se očituju mutacijama somatskih stanica.

Mutacije u zametnim stanicama nazivaju se germinativne mutacije. Smatra se da su rjeđe od somatskih mutacija, da su u osnovi svih nasljednih i nekih prirođenih bolesti, da se prenose s koljena na koljeno, a mogu biti i obiteljske ili sporadične. Najviše proučavano područje opće mutageneze je fizikalna i, posebno, radijacijska mutageneza. Svi izvori ionizirajućeg zračenja štetni su za ljudsko zdravlje, u pravilu imaju snažan mutageni, teratogeni i kancerogeni učinak. Mutageni učinak jedne doze zračenja puno je veći nego kod kroničnog zračenja; Doza zračenja od 10 rad udvostručuje stopu mutacije kod ljudi. Dokazano je da ionizirajuće zračenje može izazvati mutacije koje dovode do

na nasljedne (kongenitalne) i onkološke bolesti, a ultraljubičasto - za induciranje pogrešaka replikacije DNA.

Najveća opasnost je kemijska mutageneza. U svijetu postoji oko 7 milijuna kemijskih spojeva. Otprilike 50-60 tisuća kemijskih tvari stalno se koristi u nacionalnom gospodarstvu, u proizvodnji iu svakodnevnom životu. Godišnje se u praksu uvodi oko tisuću novih spojeva. Od toga, 10% može izazvati mutacije. Tu spadaju herbicidi i pesticidi (udio mutagena među njima doseže 50%), kao i niz lijekova (neki antibiotici, sintetski hormoni, citostatici itd.).

Postoji također biološka mutageneza. Biološki mutageni uključuju: strane proteine ​​cjepiva i seruma, viruse (varičela, ospice, rubela, dječja paraliza, herpes simplex, SIDA, encefalitis) i DNK, egzogene čimbenike (loša proteinska ishrana), spojeve histamina i njegove derivate, steroidne hormone (endogeni čimbenici) . Ojačati učinak vanjskih mutagena komutageni(toksini).

Povijest genetike ima mnogo primjera važnosti povezanosti između gena i svojstava. Jedna od njih je klasifikacija mutacija ovisno o njihovom fenotipskom učinku.

Klasifikacija mutacija ovisno o njihovom fenotipskom učinku

Ovu klasifikaciju mutacija prvi je predložio 1932. G. Möller. Prema klasifikaciji, identificirani su sljedeći:

Amorfne mutacije. Ovo je stanje u kojem osobina kontrolirana patološkim alelom nije izražena jer je patološki alel neaktivan u usporedbi s normalnim alelom. Takve mutacije uključuju gen za albinizam (11q14.1) i oko 3000 autosomno recesivnih bolesti;

Antimorfne mutacije. U tom slučaju vrijednost svojstva kontroliranog patološkim alelom suprotna je vrijednosti svojstva kontroliranog normalnim alelom. Takve mutacije uključuju gene oko 5-6 tisuća autosomno dominantnih bolesti;

Hipermorfne mutacije. U slučaju takve mutacije, osobina koju kontrolira patološki alel je izraženija od osobine koju kontrolira normalni alel. Primjer - gete-

rozigotični nositelji gena za bolesti nestabilnosti genoma (vidi 10. poglavlje). Njihov broj je oko 3% stanovništva Zemlje (gotovo 195 milijuna ljudi), a broj samih bolesti doseže 100 nozologija. Među tim bolestima su: Fanconijeva anemija, ataksija telangiektazija, pigmentna kseroderma, Bloomov sindrom, progeroidni sindromi, mnogi oblici raka, itd. Štoviše, učestalost raka u heterozigotnih nositelja gena za ove bolesti je 3-5 puta veća od normalne, a kod samih pacijenata (homozigota za ove gene), incidencija raka je desetke puta veća od normalne.

Hipomorfne mutacije. Ovo je stanje u kojem je ekspresija svojstva kontroliranog patološkim alelom oslabljena u usporedbi sa svojstvom kontroliranim normalnim alelom. Takve mutacije uključuju mutacije u genima za sintezu pigmenta (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), kao i više od 3000 oblika autosomno recesivne bolesti.

Neomorfne mutacije. Kaže se da se takva mutacija događa kada je svojstvo kontrolirano patološkim alelom drugačije (nove) kvalitete u usporedbi sa svojstvom kontroliranim normalnim alelom. Primjer: sinteza novih imunoglobulina kao odgovor na prodor stranih antigena u tijelo.

Govoreći o trajnom značaju klasifikacije G. Möllera, treba napomenuti da su 60 godina nakon njezine objave fenotipski učinci točkastih mutacija podijeljeni u različite klase ovisno o učinku na strukturu proteinskog produkta gena i /ili njegovu razinu izražavanja.

Konkretno, dobitnik Nobelove nagrade Victor McKusick (1992.) identificirao je mutacije koje mijenjaju slijed aminokiselina u proteinu. Pokazalo se da su one odgovorne za pojavu 50-60% slučajeva monogenih bolesti, a preostale mutacije (40-50% slučajeva) čine mutacije koje utječu na ekspresiju gena.

Promjena aminokiselinskog sastava proteina očituje se u patološkom fenotipu, na primjer, u slučajevima methemoglobinemije ili anemije srpastih stanica uzrokovanih mutacijama gena za betaglobin. S druge strane, izolirane su mutacije koje utječu na normalnu ekspresiju gena. Dovode do promjene u količini genskog produkta i manifestiraju se fenotipovima povezanim s nedostatkom pojedinog proteina, npr.

u slučajevima hemolitička anemija, uzrokovan mutacijama gena lokaliziranih na autosomima: 9q34.3 (deficit adenilat kinaze); 12p13.1 (nedostatak triosefosfat izomeraze); 21q22.2 (nedostatak fosfofruktokinaze).

Klasifikacija mutacija V. McKusicka (1992.) je, naravno, nova generacija klasifikacija. Istodobno, uoči njegova objavljivanja, klasifikacija mutacija ovisno o razini organizacije nasljednog materijala postala je široko prihvaćena.

Klasifikacija mutacija ovisno o stupnju organizacije nasljednog materijala

Klasifikacija uključuje sljedeće.

Točkaste mutacije(kršenje strukture gena u različitim točkama).

Strogo govoreći, točkaste mutacije uključuju promjene u nukleotidima (bazama) jednog gena, što dovodi do promjene u količini i kvaliteti proteinskih proizvoda koje sintetiziraju. Promjene baza su njihove supstitucije, insercije, premještanja ili brisanja, što se može objasniti mutacijama u regulatornim regijama gena (promotor, poliadenilacijsko mjesto), kao i u kodirajućim i nekodirajućim regijama gena (egzoni i introni, spajanje stranice). Bazne supstitucije rezultiraju u tri vrste mutantnih kodona: missense mutacije, neutralne mutacije i besmislene mutacije.

Točkaste mutacije nasljeđuju se kao jednostavne Mendelove osobine. Česti su: 1 slučaj na 200-2000 poroda - primarna hemokromatoza, nepolipozni karcinom debelog crijeva, Martin-Bellov sindrom i cistična fibroza.

Točkaste mutacije, koje su izuzetno rijetke (1:1 500 000), su teška kombinirana imunodeficijencija (SCID) koja je posljedica nedostatka adenozin deaminaze. Ponekad se točkaste mutacije ne formiraju zbog izloženosti mutagenima, već kao pogreške u replikaciji DNK. Štoviše, njihova učestalost ne prelazi 1:10 5 -1:10 10, budući da se ispravljaju uz pomoć sustava za popravak stanica gotovo

Strukturalne mutacije ili kromosomske aberacije (remete strukturu kromosoma i dovode do stvaranja novih skupina povezivanja gena). To su delecije (gubici), duplikacije (udvostručavanja), translokacije (kretanja), inverzije (rotacija od 180°) ili insercije (umetanja) nasljednog materijala. Takve su mutacije karakteristične za somatske

logičke stanice (uključujući matične stanice). Njihova učestalost je 1 u 1700 staničnih dioba.

Postoji niz sindroma uzrokovanih strukturnim mutacijama. Najpoznatiji primjeri: sindrom “krika mačke” (kariotip: 46,HH,5r-), Wolf-Hirschhornov sindrom (46,HH,4r-), translokacijski oblik Downovog sindroma (kariotip: 47, HU, t ( 14;21) ).

Drugi primjer je leukemija. Njihovom pojavom dolazi do poremećaja ekspresije gena kao posljedica tzv. separacije (translokacije između strukturnog dijela gena i njegove promotorske regije), a posljedično dolazi i do poremećaja sinteze proteina.

Genomski(numerički) mutacije- kršenje broja kromosoma ili njihovih dijelova (dovode do pojave novih genoma ili njihovih dijelova dodavanjem ili gubitkom cijelih kromosoma ili njihovih dijelova). Podrijetlo ovih mutacija je zbog nerazdvajanja kromosoma u mitozi ili mejozi.

U prvom slučaju to su aneuploidi, tetraploidi s nepodijeljenom citoplazmom, poliploidi sa 6, 8, 10 parova kromosoma ili više.

U drugom slučaju, to je neodvajanje uparenih kromosoma koji sudjeluju u formiranju gameta (monosomija, trisomija) ili oplodnja jednog jajašca s dva spermija (dispermija ili triploidni embrij).

Njihovi tipični primjeri već su citirani više puta - to su Shereshevsky-Turnerov sindrom (45, XX), Klinefelterov sindrom (47, XXY), redovita trisomija u Downovom sindromu (47, XX, +21).

Najveći genetski laboratorij u Sjedinjenim Američkim Državama, Reprogenetics, u suradnji s vodećim znanstvenicima iz Kine, brojnim njujorškim institutima i medicinskim centrima specijaliziranim za područje PGD-a, objavio je rezultate novih studija koje tvrde da se mutacije mogu otkriti u embriji nakon in vitro oplodnje (IVF).

Za provedbu studije dovoljna je mala (poštedna) biopsija, samo 10-ak embrionalnih stanica, dok se PGD-om može detektirati većina novih (De Novo) mutacija koje uzrokuju nesrazmjerno visok postotak genetskih bolesti. Jedinstvenost metode leži u razvoju novog i originalnog procesa za probir proširenog cijelog genoma.

Nove (De Novo) mutacije javljaju se samo u spolnim stanicama i u embrijima nakon oplodnje. Tipično, te mutacije nisu prisutne u krvi roditelja, pa ih čak ni sveobuhvatni pregled roditelja nositelja neće otkriti. Standardni PGD ne može detektirati te mutacije jer testovi nisu dovoljno osjetljivi ili se fokusiraju samo na vrlo uske specifične regije genoma.

"Ovi rezultati važan su korak u razvoju skrininga cijelog genoma s ciljem pronalaska najzdravijih embrija tijekom PGD-a", kaže dr. sc. Santiago Munné, osnivač i direktor Reprogeneticsa i osnivač Recombinea. "Ovaj novi pristup može detektirati gotovo sve genomske promjene i time eliminirati potrebu za daljnjim genetskim testiranjem tijekom trudnoće ili nakon poroda, istovremeno osiguravajući odabir najzdravijeg embrija za prijenos budućoj majci."

Također je znanstveno dokazano da nova metoda smanjuje stopu pogreške za 100 puta (u usporedbi s prijašnjim metodama).

"Nevjerojatno je da se nove (de novo) mutacije mogu detektirati s tako visokom osjetljivošću i iznimno niskim stopama pogreške korištenjem malog broja embrionalnih stanica", kaže Brock Peters, Ph.D., vodeći znanstvenik u studiji. "Razvijena metoda učinkovita je ne samo s medicinskog gledišta, već i s ekonomskog, i veselimo se nastavku našeg istraživačkog rada u ovom području."

Nove mutacije mogu dovesti do ozbiljnih kongenitalnih poremećaja mozga kao što su autizam, epileptičke encefalopatije, shizofrenija i drugi. Budući da su te mutacije jedinstvene za određeni spermij i jajašce koji stvaraju embrij, genetsko testiranje roditelja ih ne može otkriti.

"Do pet posto novorođenčadi pati od bolesti uzrokovane genetskim defektom", kaže Alan Berkley, dr. med., profesor i direktor odjela za porodništvo i ginekologiju pri Centru za plodnost Sveučilišta New York. "Naš pristup je sveobuhvatan i ima za cilj identificirati savršeno zdrave embrije. To može uvelike ublažiti dio emocionalnog i fizičkog stresa izvantjelesne oplodnje, posebno za parove kod kojih postoji rizik od prenošenja genetskih poremećaja."

Članak je preveden posebno za program IVF School, na temelju materijala

Shizofrenija je jedna od najmisterioznijih i najsloženijih bolesti, na mnogo načina. Teško ju je dijagnosticirati – još uvijek nema konsenzusa radi li se o jednoj bolesti ili više sličnih. Teško se liječi – sada postoje samo lijekovi koji suzbijaju tzv. pozitivni simptomi (poput delirija), ali ne pomažu vratiti osobu u puni život. Shizofreniju je teško proučavati - nijedna druga životinja osim ljudi ne boluje od nje, stoga gotovo da nema modela za njezino proučavanje. Shizofreniju je vrlo teško razumjeti s genetske i evolucijske točke gledišta – puna je proturječja koje biolozi još ne mogu razriješiti. Međutim, dobra vijest je da se posljednjih godina čini da su se stvari konačno pokrenule. Već smo govorili o povijesti otkrića shizofrenije i prvim rezultatima njezina proučavanja pomoću neurofizioloških metoda. Ovaj put ćemo govoriti o tome kako znanstvenici traže genetske uzroke bolesti.

Važnost ovog rada nije čak ni u tome što gotovo svaki stoti čovjek na planetu boluje od shizofrenije i napredak u tom području trebao bi barem radikalno pojednostaviti dijagnozu - čak i ako nije moguće odmah stvoriti dobar lijek. Važnost genetskog istraživanja je u tome što ono već mijenja naše razumijevanje temeljnih mehanizama nasljeđivanja složenih osobina. Ako znanstvenici uspiju shvatiti kako se tako složena bolest kao što je shizofrenija može “skriti” u našoj DNK, to će značiti radikalan pomak u razumijevanju organizacije genoma. A značaj takvog rada daleko će nadilaziti kliničku psihijatriju.

Prvo, neke sirove činjenice. Shizofrenija je teška, kronična mentalna bolest koja onesposobljava ljude i koja obično pogađa mlade ljude. Pogađa oko 50 milijuna ljudi diljem svijeta (nešto manje od 1% stanovništva). Bolest je praćena apatijom, bezvoljnošću, često halucinacijama, deluzijama, dezorganizacijom mišljenja i govora te motoričkim poremećajima. Simptomi obično uzrokuju socijalnu izolaciju i smanjenu produktivnost. Povećani rizik od samoubojstva kod bolesnika sa shizofrenijom, kao i popratnih somatskih bolesti, dovodi do smanjenja ukupnog životnog vijeka za 10-15 godina. Osim toga, pacijenti sa shizofrenijom imaju manje djece: muškarci imaju prosječno 75 posto, žene - 50 posto.

Posljednjih pola stoljeća bilježi se brz napredak u mnogim područjima medicine, no taj napredak jedva da je utjecao na prevenciju i liječenje shizofrenije. Ne manje važno, to je zbog činjenice da još uvijek nemamo jasnu predodžbu o tome koji točno poremećaj bioloških procesa uzrokuje razvoj bolesti. To nerazumijevanje dovelo je do toga da otkad se prvi antipsihotik klorpromazin (trgovački naziv: Aminazin) pojavio na tržištu prije više od 60 godina, nije došlo do kvalitativne promjene u liječenju bolesti. Svi trenutno postojeći antipsihotici odobreni za liječenje shizofrenije (i tipični, uključujući klorpromazin, i atipični) imaju isti osnovni mehanizam djelovanja: smanjuju aktivnost dopaminskih receptora, što eliminira halucinacije i deluzije, ali, nažalost, malo utječe na negativne simptome poput apatije, nedostatka volje, poremećaja mišljenja itd. Nuspojave i ne spominjemo. Opće razočarenje u istraživanju shizofrenije je da farmaceutske tvrtke imaju dugu povijest smanjivanja financiranja za razvoj antipsihotika, iako broj kliničkih ispitivanja nastavlja rasti. No, nada u razjašnjenje uzroka shizofrenije stigla je iz prilično neočekivanog smjera – povezana je s neviđenim napretkom molekularne genetike.

Kolektivna odgovornost

Čak su i prvi istraživači shizofrenije primijetili da je rizik od obolijevanja usko povezan s prisutnošću bolesnih srodnika. Pokušaji utvrđivanja mehanizma nasljeđivanja shizofrenije učinjeni su gotovo odmah nakon ponovnog otkrića Mendelovih zakona, na samom početku 20. stoljeća. Međutim, za razliku od mnogih drugih bolesti, shizofrenija se nije uklapala u okvire jednostavnih Mendelovih modela. Unatoč visokoj nasljednosti, nije ga bilo moguće povezati s jednim ili više gena, pa je do sredine stoljeća tzv. psihogene teorije razvoja bolesti. U skladu s psihoanalizom, koja je sredinom stoljeća bila izuzetno popularna, te teorije prividnu nasljednost shizofrenije nisu objašnjavale genetikom, već karakteristikama odgoja i nezdravom atmosferom u obitelji. Postojao je čak i takav koncept kao "shizofrenogeni roditelji".

Međutim, ova teorija, unatoč svojoj popularnosti, nije dugo živjela. Konačnu točku na pitanje je li shizofrenija nasljedna bolest postavile su psihogenetske studije provedene još 60-70-ih godina. To su prvenstveno studije blizanaca, kao i studije posvojene djece. Bit studija blizanaca je usporediti vjerojatnosti manifestacije određene osobine - u ovom slučaju razvoja bolesti - kod jednojajčanih i dvojajčanih blizanaca. Budući da razlika u učincima okoline na blizance ne ovisi o tome jesu li jednojajčani ili dvojajčani, razlike u tim vjerojatnostima moraju proizaći uglavnom iz činjenice da su jednojajčani blizanci genetski identični, a dvojajčani blizanci imaju u prosjeku samo polovicu iste varijante gena.

U slučaju shizofrenije pokazalo se da je podudarnost jednojajčanih blizanaca više od 3 puta veća od podudarnosti dvojajčanih blizanaca: kod prvog je približno 50 posto, a kod drugog manje od 15 posto. Ove riječi treba shvatiti na sljedeći način: ako imate jednojajčanog brata blizanca koji boluje od shizofrenije, tada ćete se i sami razboljeti s 50 posto vjerojatnosti. Ako ste vi i vaš brat dvojajčani blizanci, tada rizik od bolesti nije veći od 15 posto. Teorijski izračuni, koji dodatno uzimaju u obzir prevalenciju shizofrenije u populaciji, procjenjuju doprinos nasljednosti razvoju bolesti na razini od 70-80 posto. Usporedbe radi, visina i indeks tjelesne mase nasljeđuju se na otprilike isti način - osobine koje su se oduvijek smatrale usko povezanima s genetikom. Usput, kako se kasnije pokazalo, ista visoka nasljednost karakteristična je za tri od ostale četiri glavne mentalne bolesti: poremećaj pažnje s hiperaktivnošću, bipolarni poremećaj i autizam.

Rezultati istraživanja blizanaca u potpunosti su potvrđeni proučavanjem djece koju su rodili bolesnici sa shizofrenijom i koju su u ranom djetinjstvu usvojili zdravi posvojitelji. Pokazalo se da njihov rizik od razvoja shizofrenije nije smanjen u usporedbi s djecom koju su odgajali shizofreni roditelji, što jasno ukazuje na ključnu ulogu gena u etiologiji.

I tu dolazimo do jedne od najmisterioznijih značajki shizofrenije. Činjenica je da ako je tako jako naslijeđena i istovremeno ima vrlo negativan učinak na sposobnost nositelja (podsjetimo se da oboljeli od shizofrenije ostavljaju barem upola manje potomaka nego zdravi ljudi), kako onda uspijeva ustrajati u populaciji najmanje ? Ova kontradikcija, oko koje se na mnoge načine odvija glavna borba između različitih teorija, naziva se "evolucijski paradoks shizofrenije".

Donedavno je znanstvenicima bilo potpuno nejasno koje točno značajke genoma pacijenata sa shizofrenijom predodređuju razvoj bolesti. Desetljećima se vode žestoke rasprave ne čak ni o tome koji su geni promijenjeni kod pacijenata sa shizofrenijom, već o tome kakva je opća genetska "arhitektura" bolesti.

To znači sljedeće. Genomi pojedinih ljudi međusobno su vrlo slični, razlikuju se u prosjeku za manje od 0,1 posto nukleotida. Neke od ovih karakterističnih genomskih značajki prilično su raširene u populaciji. Konvencionalno, ako se javljaju u više od jedan posto ljudi, mogu se nazvati uobičajenim varijantama ili polimorfizmima. Smatra se da su se te uobičajene varijante pojavile u ljudskom genomu prije više od 100 000 godina, prije prvog iseljavanja predaka modernih ljudi iz Afrike, tako da su uobičajeno prisutne u većini ljudskih subpopulacija. Naravno, da bi postojali u značajnom dijelu populacije tisućama generacija, većina polimorfizama ne bi trebala biti previše štetna za svoje nositelje.

Međutim, u genomu svake osobe postoje i druge genetske značajke - mlađe i rjeđe. Većina njih ne daje kliconošama nikakvu prednost, pa je njihova učestalost u populaciji, čak i ako su zabilježeni, beznačajna. Mnoga od tih svojstava (odnosno mutacija) imaju više ili manje izražen negativan učinak na sposobnost, pa se negativnom selekcijom postupno uklanjaju. Umjesto toga, kao rezultat kontinuiranog procesa mutacije, pojavljuju se druge nove štetne varijante. Kombinirana učestalost bilo koje od novih mutacija gotovo nikada ne prelazi 0,1 posto, a takve se varijante nazivaju rijetkima.

Dakle, pod arhitekturom bolesti podrazumijevamo koje genetske varijante - uobičajene ili rijetke, koje imaju snažan fenotipski učinak ili tek neznatno povećavaju rizik od razvoja bolesti - određuju njezinu pojavu. Upravo oko tog pitanja donedavno se vodila glavna rasprava o genetici shizofrenije.

Jedina činjenica nepobitno utvrđena molekularno-genetičkim metodama o genetici shizofrenije u posljednjoj trećini 20. stoljeća je njezina nevjerojatna kompleksnost. Danas je očito da je predispozicija za bolest određena promjenama u desecima gena. Štoviše, sve "genetske arhitekture" shizofrenije predložene u to vrijeme mogu se kombinirati u dvije skupine: model "uobičajena bolest - uobičajene varijante" ("uobičajena bolest - uobičajene varijante", CV) i "uobičajena bolest - rijetke varijante" model. - rijetke varijante", RV). Svaki od modela pružio je vlastita objašnjenja za "evolucijski paradoks shizofrenije".

RV vs. CV

Prema KV modelu, genetski supstrat shizofrenije je određeni skup genetskih karakteristika, poligen, sličan onom što određuje nasljeđivanje kvantitativnih svojstava kao što su visina ili tjelesna težina. Takav poligen je skup polimorfizama od kojih svaki samo malo utječe na fiziologiju (nazivaju se "uzročni", jer iako ne sami, dovode do razvoja bolesti). Kako bi se održala prilično visoka stopa incidencije karakteristična za shizofreniju, neophodno je da se ovaj poligen sastoji od uobičajenih varijanti - na kraju krajeva, vrlo je teško prikupiti mnogo rijetkih varijanti u jednom genomu. Sukladno tome, svaka osoba ima desetke takvih rizičnih varijanti u svom genomu. Ukupno, sve uzročne mogućnosti određuju genetsku predispoziciju (sklonost) svake pojedine osobe bolesti. Pretpostavlja se da za kvalitativne složene osobine kao što je shizofrenija postoji vrijednost praga osjetljivosti, a samo oni ljudi čija osjetljivost premašuje taj prag razviju bolest.

Model praga osjetljivosti na bolest. Prikazana je normalna distribucija rezultata sklonosti, ucrtana na vodoravnoj osi. Ljudi čija osjetljivost premašuje prag razvijaju bolest.

Takav poligenski model shizofrenije prvi je 1967. godine predložio jedan od utemeljitelja moderne psihijatrijske genetike Irving Gottesman, koji je dao i značajan doprinos dokazivanju nasljedne prirode bolesti. Sa stajališta pristaša KV modela, postojanost visoke učestalosti uzročnih varijanti shizofrenije u populaciji tijekom mnogih generacija može imati nekoliko objašnjenja. Prvo, svaka pojedinačna takva varijanta ima prilično mali učinak na fenotip; takve "kvazi-neutralne" varijante mogu biti nevidljive selekciji i ostati uobičajene u populacijama. To posebno vrijedi za populacije s niskim efektivnim brojem, gdje utjecaj slučajnosti nije ništa manje važan od selekcijskog pritiska - to uključuje populaciju naše vrste.

S druge strane, iznesene su pretpostavke o prisutnosti u slučaju shizofrenije tzv. balansirajuća selekcija, odnosno pozitivan utjecaj “shizofrenih polimorfizama” na zdrave kliconoše. Nije to tako teško zamisliti. Poznato je, na primjer, da shizoidne osobe s visokom genetskom predispozicijom za shizofreniju (od kojih ima mnogo bliskih srodnika pacijenata) karakterizira povećana razina kreativnih sposobnosti, što može malo povećati njihovu prilagodbu (to je već pokazano u nekoliko radova). Populacijska genetika dopušta situaciju u kojoj pozitivan učinak uzročnih varijanti kod zdravih nositelja može nadmašiti negativne posljedice za one ljude koji imaju previše ovih “dobrih mutacija”, što dovodi do razvoja bolesti.

Drugi osnovni model genetske arhitekture shizofrenije je RV model. Ona sugerira da je shizofrenija kolektivni koncept i da je svaki pojedinačni slučaj ili obiteljska povijest bolesti zasebna kvazi-mendelska bolest, povezana u svakom pojedinačnom slučaju s jedinstvenim promjenama u genomu. U ovom modelu, uzročne genetske varijante su pod vrlo jakim selekcijskim pritiskom i vrlo brzo se uklanjaju iz populacije. No budući da se u svakoj generaciji javlja mali broj novih mutacija, uspostavlja se određena ravnoteža između selekcije i nastanka uzročnih varijanti.

S jedne strane, model RV može objasniti zašto je shizofrenija vrlo dobro naslijeđena, ali njezini univerzalni geni još nisu pronađeni: na kraju krajeva, svaka obitelj nasljeđuje svoje uzročne mutacije, a univerzalnih jednostavno nema. S druge strane, ako se netko vodi ovim modelom, mora priznati da mutacije u stotinama različitih gena mogu dovesti do istog fenotipa. Uostalom, shizofrenija je česta bolest, a pojava novih mutacija je rijetka. Na primjer, podaci o sekvenciranju trojki otac-majka-dijete pokazuju da u svakoj generaciji, na 6 milijardi nukleotida diploidnog genoma, nastane samo 70 novih jednonukleotidnih zamjena, od kojih u prosjeku samo nekoliko teoretski može imati bilo kakav učinak. na fenotip, a mutacije drugih tipova - još rjeđa pojava.

Međutim, neki empirijski dokazi neizravno podupiru ovaj model genetske arhitekture shizofrenije. Na primjer, početkom 90-ih otkriveno je da oko jedan posto svih pacijenata sa shizofrenijom ima mikrodeleciju u jednoj od regija kromosoma 22. U velikoj većini slučajeva ova mutacija nije naslijeđena od roditelja, ali se događa de novo tijekom gametogeneze. Jedan od 2000 ljudi rađa se s ovom mikrodelecijom, koja uzrokuje niz problema zvanih DiGeorgeov sindrom. Za one koji boluju od ovog sindroma karakteristično je teško oštećenje kognitivnih funkcija i imuniteta, često praćeno hipokalcijemijom, kao i problemi sa srcem i bubrezima. Četvrtina ljudi s DiGeorgeovim sindromom razvije shizofreniju. Bilo bi primamljivo pretpostaviti da se drugi slučajevi shizofrenije mogu objasniti sličnim genetskim poremećajima s katastrofalnim posljedicama.

Još jedno empirijsko opažanje koje neizravno potvrđuje ulogu de novo Mutacije u etiologiji shizofrenije povezane su s rizikom razvoja bolesti s dobi oca. Tako je, prema nekim podacima, među onima čiji su očevi u trenutku rođenja bili stariji od 50 godina 3 puta više oboljelih od shizofrenije nego među onima čiji su očevi bili mlađi od 30 godina. su iznesene o povezanosti između starosti oca i pojave de novo mutacije. Takva je veza, primjerice, odavno utvrđena za sporadične slučajeve druge (monogene) nasljedne bolesti - ahondroplazije. Ova je korelacija nedavno potvrđena gore spomenutim trostrukim podacima sekvenciranja: broj de novo mutacije su povezane s dobi oca, ali ne i s dobi majke. Prema izračunima znanstvenika, dijete u prosjeku dobije 15 mutacija od majke, bez obzira na njezinu dob, a od oca - 25 ako ima 20 godina, 55 ako ima 35 godina i više od 85 ako je starije 50. Odnosno broj de novo mutacije u genomu djeteta povećavaju se za dvije sa svakom godinom očeva života.

Uzeti zajedno, čini se da ovi podaci prilično jasno ukazuju na ključnu ulogu de novo mutacije u etiologiji shizofrenije. Međutim, situacija se zapravo pokazala puno kompliciranijom. Nakon razdvajanja dviju glavnih teorija, genetika shizofrenije desetljećima je stagnirala. Nisu dobiveni gotovo nikakvi pouzdani, ponovljivi podaci koji bi poduprli jednu od njih. Niti opća genetska arhitektura bolesti niti specifične varijante koje utječu na rizik od razvoja bolesti. Nagli skok dogodio se u proteklih 7 godina i prvenstveno je posljedica tehnoloških otkrića.

U potrazi za genima

Sekvenciranje prvog ljudskog genoma, naknadno poboljšanje tehnologija sekvenciranja, a zatim pojava i široka primjena visokoučinkovitog sekvenciranja omogućili su konačno dobivanje manje-više potpunog razumijevanja strukture genetske varijabilnosti u ljudskoj populaciji. Te su se nove informacije odmah počele koristiti za sveobuhvatnu potragu za genetskim determinantama predispozicije za određene bolesti, uključujući shizofreniju.

Takve studije strukturirane su otprilike ovako. Prvo se prikuplja uzorak oboljelih osoba koje nisu u srodstvu (slučajevi) i uzorak približno jednake veličine zdravih osoba koje nisu u srodstvu (kontrole). Svi ovi ljudi utvrđeno je da imaju određene genetske varijante - samo u zadnjih 10 godina istraživači su imali priliku utvrditi ih na razini cijelih genoma. Zatim se uspoređuje učestalost pojavljivanja svake od identificiranih varijanti između skupina oboljelih i kontrolne skupine. Ako je moguće pronaći statistički značajno obogaćivanje jedne ili druge varijante u nositeljima, to se naziva asocijacija. Dakle, među golemim brojem genetskih varijanti koje postoje, postoje i one koje su povezane s razvojem bolesti.

Važna veličina koja karakterizira učinak varijante povezane s bolešću je OD (odds ratio), koji se definira kao omjer izgleda za dobivanje bolesti kod nositelja dane varijante u usporedbi s onima koji je nemaju. Ako je OD vrijednost varijante 10, to znači sljedeće. Ako uzmemo slučajnu skupinu nositelja varijante i jednaku skupinu ljudi koji nemaju tu varijantu, ispada da će u prvoj skupini biti 10 puta više oboljelih nego u drugoj. Štoviše, što je OD bliži jedinici za danu varijantu, to je veći uzorak potreban kako bi se pouzdano potvrdilo da povezanost stvarno postoji – da ova genetska varijanta stvarno utječe na razvoj bolesti.

Takav je rad sada omogućio otkrivanje u cijelom genomu više od desetak submikroskopskih delecija i duplikacija povezanih sa shizofrenijom (nazivaju se CNV - varijacije broja kopija, jedan od CNV-ova uzrokuje već poznati DiGeorgeov sindrom). Za otkrivene CNV-ove koji uzrokuju shizofreniju, OD se kreće od 4 do 60. To su visoke vrijednosti, ali zbog svoje izuzetne rijetkosti čak i zajedno objašnjavaju samo vrlo mali dio nasljednosti shizofrenije u populaciji. Što je odgovorno za razvoj bolesti kod svih ostalih?

Nakon relativno neuspješnih pokušaja pronalaska CNV-a koji bi uzrokovali razvoj bolesti ne u nekoliko rijetkih slučajeva, već kod značajnog dijela populacije, zagovornici modela "mutacije" polagali su velike nade u drugačiju vrstu eksperimenta. Oni uspoređuju pacijente sa shizofrenijom i zdrave kontrolne skupine ne prisutnost masivnih genetskih preuređivanja, već potpune sekvence genoma ili egzoma (zbirke svih sekvenci koje kodiraju proteine). Takvi podaci, dobiveni korištenjem visokoučinkovitog sekvenciranja, omogućuju pronalaženje rijetkih i jedinstvenih genetskih značajki koje se ne mogu otkriti drugim metodama.

Smanjenje troškova sekvenciranja posljednjih je godina omogućilo provođenje eksperimenata ove vrste na prilično velikim uzorcima - uključujući, u nedavnim studijama, nekoliko tisuća pacijenata i isti broj zdravih kontrola. Kakav je rezultat? Nažalost, do sada je otkriven samo jedan gen u kojem su rijetke mutacije pouzdano povezane sa shizofrenijom - ovaj gen SETD1A, koji kodira jedan od važnih proteina uključenih u regulaciju transkripcije. Kao i kod CNV-a, problem je isti: mutacije u genu SETD1A ne može objasniti nijedan značajan dio nasljednosti shizofrenije zbog činjenice da su jednostavno vrlo rijetki.

Odnos između prevalencije povezanih genetskih varijanti (horizontalna os) i njihovog utjecaja na rizik od razvoja shizofrenije (OR). U glavnom grafikonu, crveni trokuti prikazuju neke od do danas otkrivenih CNV-ova povezanih s bolešću; plavi krugovi prikazuju SNP-ove prema GWAS podacima. Umetak prikazuje područja rijetkih i uobičajenih genetskih varijanti u istim koordinatama.

Postoje naznake da postoje i druge rijetke i jedinstvene varijante koje utječu na sklonost shizofreniji. Daljnje povećanje uzoraka u eksperimentima pomoću sekvenciranja trebalo bi pomoći u pronalaženju nekih od njih. Međutim, iako proučavanje rijetkih varijanti još uvijek može dati neke vrijedne informacije (osobito će te informacije biti važne za razvoj staničnih i životinjskih modela shizofrenije), većina se znanstvenika sada slaže da rijetke varijante igraju samo manju ulogu u nasljednoj shizofreniji, a CV model puno bolje opisuje genetsku arhitekturu bolesti. Povjerenje u valjanost CV modela došlo je prvenstveno razvojem studija kao što je GWAS, o čemu ćemo detaljnije govoriti u drugom dijelu. Ukratko, studije ove vrste otkrile su vrlo čestu genetsku varijaciju koja predstavlja značajan dio nasljednosti shizofrenije koju bi mogao predvidjeti CV model.

Dodatna potpora CV modelu za shizofreniju je odnos između razine genetske predispozicije za shizofreniju i tzv. poremećaja spektra shizofrenije. Već su rani istraživači shizofrenije primijetili da među rođacima oboljelih od shizofrenije često ima ne samo drugih pacijenata sa shizofrenijom, već i "ekscentričnih" osoba s karakternim neobičnostima i simptomima sličnim shizofreniji, ali manje izraženim. Naknadno su takva opažanja dovela do pojma da postoji čitav niz bolesti koje karakteriziraju manje ili više izraženi poremećaji u percepciji stvarnosti. Ova skupina bolesti naziva se poremećaj spektra shizofrenije. Osim različitih oblika shizofrenije, to uključuje sumanute poremećaje, shizotipske, paranoidne i shizoidne poremećaje osobnosti, shizoafektivni poremećaj i neke druge patologije. Gottesman, predlažući svoj poligenski model shizofrenije, sugerirao je da ljudi s subthreshold vrijednostima osjetljivosti na bolest mogu razviti druge patologije spektra shizofrenije, a ozbiljnost bolesti korelira s razinom osjetljivosti.

Ako je ova hipoteza točna, logično je očekivati ​​da će genetske varijante za koje je utvrđeno da su povezane sa shizofrenijom također biti obogaćene među osobama koje pate od poremećaja iz spektra shizofrenije. Za procjenu genetske predispozicije svake pojedine osobe koristi se posebna vrijednost koja se naziva poligenski rizični rezultat. Razina poligenog rizika uzima u obzir ukupni doprinos svih uobičajenih varijanti rizika identificiranih u GWAS-u koje su prisutne u genomu određene osobe osjetljivosti na bolest. Pokazalo se da, kao što predviđa CV model, vrijednosti razine poligenskog rizika koreliraju ne samo sa samom shizofrenijom (što je trivijalno), već i s drugim bolestima spektra shizofrenije, a više razine poligenskog rizika odgovaraju na teške vrste poremećaja.

Ipak, jedan problem ostaje - fenomen "starih očeva". Ako većina empirijskih dokaza podupire poligenski model shizofrenije, kako s njime možemo pomiriti dugo poznatu povezanost između dobi očinstva i rizika od razvoja shizofrenije kod djece?

Jednom je izneseno elegantno objašnjenje za ovaj fenomen u smislu modela životopisa. Pretpostavljalo se da kasno očinstvo i shizofrenija nisu uzrok i posljedica, već su dvije posljedice zajedničkog uzroka, naime genetske predispozicije kasnih očeva za shizofreniju. S jedne strane, visoka razina predispozicije za shizofreniju može biti u korelaciji kod zdravih muškaraca s kasnijim očinstvom. S druge strane, očito je da visoka predispozicija oca predviđa povećanu vjerojatnost da će njegova djeca razviti shizofreniju. Ispostavilo se da možemo baratati s dvije neovisne korelacije, što znači da nakupljanje mutacija u prekursorima sperme kod muškaraca možda nema gotovo nikakav učinak na razvoj shizofrenije kod njihovih potomaka. Nedavni rezultati modeliranja koji uključuju epidemiološke podatke kao i nedavne podatke o molekularnoj frekvenciji de novo mutacije dobro se slažu upravo s ovim objašnjenjem fenomena "starih očeva".

Dakle, u ovom trenutku možemo smatrati da gotovo da nema uvjerljivih argumenata u korist "mutacijskog" RV modela shizofrenije. To znači da ključ etiologije bolesti leži u tome koji određeni skup uobičajenih polimorfizama uzrokuje shizofreniju u skladu s CV modelom. Drugi dio naše priče bit će posvećen tome kako genetičari traže ovaj skup i što su već uspjeli otkriti.