Nevrogenetika in genetika dednih bolezni
Diagnostika glavnih sindromov mikroduplikacije in mikrodelecije (testna koda 01.02.05.300)

1p36 sindrom mikrodelecijepovzročeno z izbrisom (v 7% primerov - premestitvijo) odseka kratkega kraka (p) 1. kromosoma (1p-monosomija). Resnost simptomov je odvisna od določene regije in vrste izbrisa (terminalna, intersticijska, zapletena preureditev). Klinično se kaže v zaostajanju v razvoju, mišični hipotoniji, kraniofacialnih anomalijah: ravne obrvi, globoko postavljene oči, retruzija srednjega dela obraza, širok in vbočen most na nosu, podolgovat filter, koničast podbradek, velika, dolgotrajna zdravilna fontanela, mikrobrahicefalija, epikanthus postavljeni ušesni ušesi, brahi- in kamptodaktilija ter skrajšani spodnji udi so možni konvulzivni napadi. Druge značilnosti vključujejo strukturne nepravilnosti možganov, prirojene srčne napake, motnje vida in očesa, izguba sluha, nepravilnosti okostja, genitalij in ledvic.

Najpogosteje se mutacija pojavi novo, v redkih primerih pa se lahko pojavi, če ima eden od staršev uravnoteženo (latentno) prerazporeditev - translokacijo, ki prizadene regijo 1p36. Nosilci uravnotežene translokacije nimajo simptomov bolezni, vendar obstaja 50% tveganje za prenos mutacije na naslednjo generacijo. Zato je priporočljivo opraviti molekularno genetski pregled staršev bolnika s potrjenim sindromom mikrodelecije 1p36.

Raziskave genov:

- TNFRSF4

GNB1

GABRD

2p16.1-p15 sindrom mikrodelecijepovzročeno z izbrisom 16,1-15 odsekov kratkega kraka (p) 2. kromosoma. Delecija področja kromosoma lahko zajame do 12 znanih genov. Klinični znaki vključujejo zaostali psihomotorični in govorni razvoj ter kraniofacialne nepravilnosti, kot so telekantus, povešanje vek in zunanjih kotov oči, ozka palpebralna razpoka (antimongoloidne oči), štrleči nosni most, visoko nebo, podolgovat filter, obrnjena zgornja ustnica. Nekateri bolniki imajo mikrocefalijo, hipoplazijo optičnega živca, ledvične anomalije in hidronefrozo, povečane bradavičke, nizko rast, kortikalno displazijo, kamptodaktilijo in golobove prste.

V vseh opisanih primerih je prišlo do izbrisa de novo in tveganje za dedovanje te bolezni s strani bratov in sester je enako povprečni vrednosti populacije. Če imajo starši uravnoteženo translokacijo ali zarodni mozaicizem, je tveganje za razvoj bolezni pri bratih in sestrah večje glede na povprečno tveganje populacije, zato je za starše otroka s sindromom mikrodelecije 2p16,1-p15 priporočljiva molekularno genetska analiza.

Raziskave genov:

REL

PEX13

2q23.1 sindrom mikrodelecije / mikroduplikacije je posledica izgube (izbrisa) ali podvajanja (podvajanja) dolge roke (q) 2. kromosoma na položaju 23.1, v kritičnem območju katere se nahaja gen MBD5 ali nekateri njegovi eksoni (intersticijske delecije ~ 5% primerov). Možna je tudi heterozigotna varianta patogenega zaporedja gena MBD5 (~ 5%). Ta gen je občutljiv na odmerek, zato zmanjšanje (izbris) ali povečanje (podvajanje) genskega odmerka vodi do sindroma 2q23,1 mikrodelecije / mikrodulikacije.

Za to bolezen so značilne splošna zaostanka v razvoju, hude govorne motnje (večina bolnikov ne zna govoriti ali izgovoriti posameznih besed, kratkih stavkov ali stavkov), epileptični napadi, katerih prvenec nastopi v starosti dveh let; motnje spanja, ki se kažejo kot pretirana dnevna zaspanost in deviantno vedenje, vključno z avtističnim vedenjem, namerno samopoškodovanje in agresivno vedenje. Drugi klinični znaki so mikrocefalija, široka usta, obrnjena zgornja ustnica, štrleči sekalci, povešeni koti ust, makroglosija in nepravilnosti ušes.

Delecija in podvajanje se pojavita novo, vendar so opisani primeri dedovanja bolezni od staršev na avtosomno prevladujoč način, kar je lahko povezano z zmanjšano penetracijo. V zvezi s tem je za izračun tveganja bolezni pri bratih in sestrah staršem priporočljiva genetska diagnoza.

Študijgeni:

MBD5

Delecija 2q23.1, ki vsebuje gen MBD5 ali njegov del (~ 90% bolnikov)

Intersticijska delecija, ki vsebuje enega ali več eksonov gena MBD5 (~ 5%)

Heterozigotna varianta patogenega zaporedja gena MBD5 (~ 5%)

SATB2 povezan sindromje posledica motenj v delu gena SATB2, lokaliziranega v dolgem kraku (q) 2. kromosoma na položajih 32-33, zaradi izbrisa, podvajanja, translokacije ali točkovnih mutacij. Gen SATB2 kodira istoimenski protein, ki sodeluje pri normalnem razvoju živčnega in skeletnega sistema, vključno z obraznimi strukturami. Glavni simptomi vključujejo hude govorne motnje, nepravilnosti v razvoju neba, kosti in možganov ter vedenjske motnje. Začetek bolezni se pojavi v starosti 2 let.

Mutacija se pojavi novo in se deduje avtosomno prevladujoče. Če imajo starši uravnoteženo translokacijo ali zarodni mozaicizem, je tveganje za razvoj bolezni pri bratih in sestrah večje glede na povprečno tveganje populacije, zato je priporočljiva molekularno genetska analiza za starše otroka s sindromom, povezanim s SATB2.

Raziskave genov:

- SATB2

Velike delecije, intragene brisanja in podvajanja ter prerazporeditve, ki vključujejo SATB2, točkovne mutacije.

3q29 sindrom mikrodelecije / mikroduplikacijepovzročeno z izbrisom ali podvajanjem 29. odseka dolge roke (q) 3. kromosoma. Za bolnike z mikroduplikacijo so značilne zaostajanje v razvoju, mikrocefalija in oftalmične motnje, nepravilnosti v razvoju srca; mišična hipotonija, zakasnjen razvoj govora, kraniosinostoza, visoko "gotsko" nebo, dentoalveolarne anomalije, prevodna izguba sluha, anomalije mišično-skeletnega sistema; napadi. Veliko nosilcev tega podvajanja pogosto nima izrazitih simptomov, kar je povezano z zmanjšano penetracijo.

Mutacija se lahko pojavi novo ali pa se podeduje od staršev, če ni kliničnih simptomov, ki imajo to preureditev.

Sindrom mikrodelecije 3q29 se klinično kaže z zaostankom v ključnih fazah otrokovega razvoja (sedenje, hoja, govor), pogostimi vnetji srednjega ušesa in okužb dihal ter mikrocefalijo. Nekateri dojenčki se rodijo z razcepljeno ustnico ali nebom, morda s srčnimi napakami. S starostjo je možen razvoj vedenjskih in duševnih motenj. Klinična slika je zelo spremenljiva in nekateri ljudje z delecijo 3q29 imajo lahko blage ali sploh nimajo simptomov motnje.

Mutacija se pojavi novo, če pa imajo starši bolezen neizraženo, se prenos mutacije zgodi avtosomno prevladujoče.

Raziskave genov:

- DLG1, vendar penetracija ni 100-odstotna.

Wolff-Hirschhornov sindrom nastane zaradi izbrisa ali neuravnotežene translokacije telomerne regije kratkega kraka (p) 4. kromosoma na položaju 16 (4p16). Redko imajo bolniki tako imenovani "krožni 4. kromosom", do katerega lahko pride, če pride do izbrisa na obeh koncih kromosoma in je slednji podvržen fuziji in je oblikoval obročasto strukturo. Velikost izbrisa se lahko razlikuje, kar je verjetno povezano z resnostjo simptomov.

Za bolezen so značilne tipične kraniofacialne nepravilnosti, vključno z nenormalnostjo lobanje v obliki tako imenovane "čelade grškega bojevnika" (širok most nosu, ki se spaja s čelnim delom lobanje), mikrocefalija, visoka sprednja linija las z vidnimi glabelami, široko postavljenimi očmi (hipertelorizem) ), epikantus, dvignjene obokane obrvi, skrajšani filtraum, povešeni koti ust, mikrognatija (nerazvitost zgornje čeljusti), nezadosten razvoj ušes ali tvorba predvrstnih izrastkov. Vsi bolniki imajo prenatalni primanjkljaj rasti, čemur sledi zamuda v postnatalnem razvoju in mišična hipotonija v kombinaciji z njihovo nerazvitostjo. Obstaja tudi zaostajanje v splošnem razvoju različne stopnje resnosti, napadi. Drugi simptomi vključujejo skeletne anomalije, prirojene srčne napake, gluhost (v večini primerov prevodne, nepravilnosti v razvoju urogenitalnega trakta, strukturne nepravilnosti v možganih).

V 85-90% primerov se mutacija pojavi novo v spolnih celicah ali v zgodnjih fazah razvoja. V drugih primerih so starši nosilci uravnotežene translokacije, kar vodi do nastanka neuravnotežene translokacije pri potomcih, vključno z izbrisom 4. kromosomske regije (monosomija).

Tveganje za nastanek bolezni pri bratih in sestrah je odvisno od tega, ali je izbris de novo (tveganje za bolezni je enako povprečnemu tveganju populacije) ali je posledica neuravnotežene translokacije (tveganje za bolezen je večje od povprečnega tveganja za prebivalstvo).

Raziskave genov:

LETM1

WHSC1 (NSD2)

Krik sindromki ga povzroča delecija kratkega kraka (p) 5. kromosoma. Glavne klinične manifestacije vključujejo visokofrekvenčni monotoni jok, mikrocefalijo, širok nosni del, epikantus, mikrognatijo, spremenjene dermatoglifike, pa tudi hude psihomotrične motnje in duševno zaostalost. Redko se pojavijo nepravilnosti v razvoju srca, ledvic, po možnosti prisotnost predvrstnih izrastkov, sindaktilije, hipospadije in kriptorhizma. Klinična predstavitev je odvisna od velikosti izbrisa in se lahko zelo razlikuje.

V večini primerov se izbris zgodi novo, to pomeni, da je verjetnost za razvoj bolezni pri sorojencih enaka povprečnemu tveganju populacije. Vendar je v 10% primerov to stanje podedovano od staršev z uravnoteženo prerazporeditvijo, kar vodi do nastanka neuravnotežene prerazporeditve z izbrisom pri potomcih. Da bi ugotovili verjetnost razvoja bolezni pri bratih in sestrah, je priporočljivo molekularno genetsko testiranje obeh staršev.

Za odkrivanje te mutacije se uporabljajo testi za gene TERT in SEMA5A. Občutljivost diagnostičnih testov je 90-95%, kar je povezano z nezmožnostjo zaznavanja intersticijskih delecij.

Raziskave genov:

- TERT

SEMA5A

Sotosov sindrompovzročeno z izbrisom dela dolge roke kromosoma 5 (5q35) ali heterozigotno mutacijo v genu NSD1.

Za Sotosov sindrom so značilne tri najpomembnejše klinične manifestacije: specifičen videz (široko vidno čelo, redka lasna linija v čelno-časovnem delu glave, antimongoloidni rez na očesu, rdečica, podolgovat koničast obraz, ostra brada), prekomerna rast (rast in / ali obseg glave nad manj kot dvakrat večja od norme), učne težave (zgodnja razvojna zakasnitev, duševna okvara zmerne in hude resnosti). Drugi simptomi vključujejo vedenjske motnje, zgodnjo okostenelost, srčne napake, nepravilnosti lobanje in ledvic, povečano prožnost sklepov, ploska stopala, skolioza, novorojenčkasta zlatenica, hipotonija mišic in napadi.

Najpogosteje se mutacija pojavi de novo med tvorbo spolnih celic. Običajno bolniki nimajo družinske anamneze bolezni.

V 5% primerov je starš probanda nosilec patogene mutacije in ker dedovanje bolezni poteka avtosomno prevladujoče, je tveganje za razvoj Sotosovega sindroma pri bratih in sestrah 50%. Priporočljivo je starševsko molekularno genetsko testiranje.

Raziskave genov:

- NSD1

Williams-Boyrenov sindrom(Sindrom podvajanja 7q11.23) nastane zaradi podvajanja dela dolge roke 7. kromosoma. Ta regija je kritična in vključuje 26-28 genov, zlasti gen ELN, katerega podvajanje je verjetno povezano z dilatacijo aorte, ki se pojavi pri tem sindromu. Poleg tega so za bolezen značilne okvare srca in ožilja (elastinska arteriopatija, stenoza periferne pljučne arterije, supravalvularna aortna stenoza, hipertenzija), značilen videz, displazija vezivnega tkiva, nevrološke motnje (hipotonija mišic, nehoteni gibi, motnje hoje in drže), motnje govora (otroška apraksija govora, dizartrija, fonološke motnje), vedenjske motnje (anksiozna motnja, agresivno vedenje, selektivni mutizem, motnje hiperaktivnosti s pomanjkanjem pozornosti, motnje avtizmskega spektra), duševna zaostalost, endokrine motnje (hiperkalcemija, hiperkalciurija, hipotiroidizem, zorenje). Približno 30% bolnikov ima eno ali več malformacij. Motnje hranjenja pogosto privedejo do nezadostnega povečanja telesne mase v otroštvu. Zaradi hipotonije mišic in pretirane razteznosti sklepov se lahko normalne stopnje otrokovega razvoja upočasnijo.

Podvajanje se pojavi novo, najpogosteje pa med tvorbo spolnih celic. Običajno bolniki nimajo družinske anamneze bolezni. V četrtini primerov otrok podeduje kromosom s podvojeno regijo od staršev z izbrisanimi simptomi. Bolezen se deduje avtosomno prevladujoče. Tveganje za prenos bolezni na potomce s staršev, ki imajo podvojen kromosom, je 50%. Priporočljivo je molekularno genetsko testiranje za podvajanje staršev.

Raziskave genov:

- ELN

Langer-Gidionov sindrom (trihorinofalangealni sindromIIvrsta) (0,2-1: 100 000)

Langer-Gidionov sindrom (trihorinofalangealni sindrom tipa II) je posledica izbrisa regije 24.11-24.13 dolge roke kromosoma 8, katere velikost določa resnost kliničnih manifestacij. Za bolezen so značilne razvojne značilnosti ektoderma (majhni redki depigmentirani in počasi rastoči lasje, onihodistrofija, mikromastija), pa tudi deformacija okostja (nizka rast, skrajšanje stopal, brahidaktilija z ulnarnim ali radialnim odklonom prstov na roki, zgodnje manifestacije displazije kolčnega sklepa na začetku), najdemo jih v predelu lopatice in okrog komolčnih in kolenskih sklepov med 1. mesecem in 6. letom) in visoko tveganje za blago do zmerno duševno zaostalost.

Do izbrisa pride novo, najpogosteje pa do nastanka spolnih celic. Običajno bolniki nimajo družinske anamneze bolezni. V nekaterih primerih otrok podeduje kromosom z izbrisano regijo po staršu, ki ima izbrisane simptome. Bolezen se deduje avtosomno prevladujoče. Tveganje za prenos bolezni na potomce s staršev, ki imajo podvojen kromosom, je 50%. Za prisotnost starševske delecije je priporočljiva molekularno genetska analiza.

Raziskave genov:

- TRPS1

EXT1

Sindrom 9q22,3 mikrodelecijki ga povzroča delecija 22,3 območja dolge roke kromosoma 9. To območje vključuje gen PTCH1, mutacija katerega vodi do razvoja Gorlinovega sindroma (sindrom neizogibnega karcinoma bazalnih celic), zato so klinične manifestacije teh bolezni podobne. Možne so tudi razvojna zakasnitev in / ali motnje v duševnem razvoju, metopična kraniosinostoza, obstruktivni hidrocefalus, pred- in postnatalna makrosomija, napadi. Bolniki s sindromom mikrodelecije 9q22.3 imajo visoko tveganje za Wilmsov tumor (nefroblastom). Tipične manifestacije Gorlinovega sindroma vključujejo: kalcifikacija srpa možganov pred 20. letom starosti, bazocelični karcinom, odontogene keratociste, pikčaste depresije na dlaneh in podplatih; bolniki s tem sindromom imajo večje tveganje za meduloblastom, pa tudi za miome srca in jajčnikov. Simptomi sindroma mikrodelecije 9q22.3 so zelo različni in so odvisni od velikosti mikrodelecije, ki je lahko velika do 270 genov.

Ta mutacija je lahko podedovana (v tem primeru so starši nosilci uravnotežene (latentne) prerazporeditve - translokacije, ki vpliva na 9q22.3) ali pa lahko nastane de novo. Če imajo starši uravnoteženo translokacijo, je tveganje za razvoj bolezni pri bratih in sestrah večje od povprečnega tveganja prebivalstva, zato je priporočljiva molekularno genetska analiza za starše otroka z jabolčnim jabolkom 9q22,3.

Bolezen se prenaša avtosomno prevladujoče in tveganje za prenos mutacije od staršev z delecijo 9q22,3 na potomce je 50%.

Raziskave genov:

- FANCC

PTCH1

DiGeorgejev sindrom / Velokardiofacialni sindromizhaja iz izbrisa regije 11.2 dolge roke kromosoma 22 ali regije 14 kratke roke kromosoma 10. Klinično označene s prirojenimi srčnimi napakami (Fallodova tetrada, atrezija aortnega loka, okvara prekatnega septuma, skupni arterijski trup); okvare neba (zlasti velofaringealna insuficienca, prirojena razpoka neba in ena od njegovih oblik - submukozno (skrito) razpoka neba, razcepljena uvula) in značilne lastnosti obraza (ta simptom je prisoten pri večini bolnikov iz severne Evrope). Poleg tega obstaja aplazija timusa, ki vodi do imunske pomanjkljivosti, in obščitnične žleze, ki vodijo do hipokalcemije, pa tudi motnje hranjenja in požiranja, zaprtje (v nekaterih primerih se lahko kombinira z nepravilnostmi v razvoju prebavil, kot so malrotacija, atrezija anusa, Hirschsprungova bolezen) , nenormalnosti v razvoju ledvic, izguba sluha (prevodna in senzorinevralna), laringotraheoezofagealne nenormalnosti, pomanjkanje rastnega hormona (somatotropni hormon), avtoimunske bolezni, napadi (idiopatski ali povezani s hipokalcemijo), nenormalnosti v razvoju centralnega živčnega sistema (in sindroma skeletne hrbtenjače) klasula, polidaktilija, kraniosinostoza), oftalmične motnje (strabizem, zadnji embriotokson, angiopatija mrežničnih žil, sklerokorna, anoftalmus), hipoplazija sklenine, maligne bolezni (redko).

Značilni so zaostanek v razvoju (zlasti zakasnjen razvoj govora), duševna okvara, učne težave (kljub temu pa prevladuje neverbalna inteligenca nad besedno). Avtizem in motnje spektra avtizma se pojavijo pri 20% otrok v otroštvu, duševne bolezni (zlasti shizofrenija) - pri 25% odraslih. Pogoste so motnje pozornosti, anksiozna motnja, vztrajnost in oslabljena socializacija.

V 90% primerov se delecija zgodi novo, najpogosteje pa med nastankom spolnih celic. Običajno bolniki nimajo družinske anamneze bolezni. V 10% primerov otrok podeduje kromosom z izbrisano regijo od staršev, pri katerih lahko klinična bolezen ostane neizražena. Bolezen se deduje avtosomno prevladujoče. Tveganje prenosa bolezni na potomce s staršev, ki imajo delecijski kromosom, je 50%. Za prisotnost starševske delecije je priporočljiva molekularno genetska analiza.

Raziskave genov:

- CLDN5 Regija AB

GP1BB Regija AB

SNAP29 Regijski CD

PPIL2; distalno 22q11

RTDR1; distalno 22q11

GATA3

S sindromom Prader-Willi in Angelmanov sindrom poškodovan je isti lokus dolge roke kromosoma 15 (15q11.2-13), vendar se klinične manifestacije teh bolezni bistveno razlikujejo, kar je povezano z različnimi mehanizmi njihovega pojavljanja in vpletenostjo pojava genomskega vtiska v njihov razvoj (pojav, pri katerem je aktivnost različnih geni se razlikujejo glede na njihov starševski izvor). Opozoriti je treba, da geni, ki so bili mutirani pri teh boleznih (kritična regija Prader-Willi), običajno "delujejo" samo na očetovski (SNRPN geni) ali materin kromosom (gen UBEA3), medtem ko so metilirani na materinem ali očetovem kromosomu in se zato deaktivirajo.

Razlogov za pojav Prader-Willijevega sindroma je več: izbris odseka kromosoma 15, podedovanega po očetu (70% primerov), uniparenteralna (uniparentalna) disomija, pri kateri sta oba kromosoma 15 materina (obe kopiji genskega materiala sta metilirani in ni izraženo) (28% primerov). V manj kot 1% primerov se bolezen pojavi zaradi mutacije v odtisnem središču očetovega kromosoma. Možna je tudi neuravnotežena translokacija te regije in epimutacija, ki jo povzroča nemožnost demetilacije materinega kromosoma očeta med spermatogenezo.

Razlogi za razvoj Angelmanovega sindroma so: izbris regije Prader-Willi / Angelman, lokalizirane na 15. kromosomu, podedovane od matere; mutacija gena UBEA3, lokalizirana na kromosomu 15, podedovanem od matere (ta gen je vtisnjen na očetov kromosom), očetova uniparenteralna disomija ali okvara vtisa

Za Prader-Willijev sindrom so značilni hipotonija mišic, podhranjenost v dojenčku, nagnjenost k prenajedanju v zgodnjem otroštvu in postopen razvoj bolezenske debelosti. V običajnih fazah govora in motoričnega razvoja zaostaja. Vsi bolniki imajo v takšni ali drugačni meri kognitivne okvare. Vedenjski fenotip je specifičen, kaže se v obliki histerije (tempertantrum), trme, manipulativnega vedenja, obsesivno-kompulzivnih motenj. Za bolnike obeh spolov je značilen hipogonadizem, ki se kaže v obliki hipoplazije genitalnih organov, manjvrednosti pubertete in neplodnosti. Če zdravljenja z rastnim hormonom ni, je značilna nizka rast. Druge zunanje manifestacije vključujejo strabizem, skoliozo.

Angelmanov sindrom je značilen s hudo razvojno zaostalostjo in duševno prizadetostjo, okvaro govora, ataktično hojo in / ali tresenjem okončin ter edinstvenim vedenjskim vzorcem (pogost smeh, nasmeh, razdražljivost), ki ga zaznamo šele v prvem letu življenja. Zamude pri razvoju običajno najdemo v prvih šestih mesecih življenja. Pogosto lahko pravilno diagnozo postavimo šele po nekaj letih. Pogosti so tudi mikrocefalija in napadi.

Tveganje za razvoj Prader-Willijevega sindroma pri sorojencih je različno in je odvisno od mehanizma razvoja genetske preureditve: z intersticijsko delecijo, materino uniparenteralno disomijo in epimutacijo je tveganje<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.

Pri Angelmanovem sindromu se kromosomske preureditve najpogosteje pojavijo novo med gametogenezo. Tveganje za nastanek bolezni pri bratih in sestrah je odvisno od vzroka, ki je povzročil mutacijo probanda: v primeru izbrisa, očetovske uniparenteralne disomije, okvare vtisa je tveganje<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%.

Raziskave genov:

- SNRPN

UBE3A

Sindrom podvajanja 15q je posledica podvajanja regije 15q11.2-q13.1 (tako imenovana kritična regija Prader-Willi / Angelman), ki se nahaja v dolgem kraku 15. kromosoma. V 80% primerov obstajajo 4 kopije kritičnega področja (tetrasomija 15q11.2-q13.1 ali idic (15)), v drugih primerih gre za intersticijsko podvajanje, v katerem so 3 kopije kritičnega področja (trisomija 15q11.2-q13.1). Običajno je resnost simptomov zmanjšana pri bolnikih s trisomijo.

Sindrom se kaže kot zaostajanje v razvoju jezika in motoričnih sposobnosti, kot so hoja in sedenje, hipotenzija, napadi in nizka rast. Značilne poteze so zelo fine poteze obraza, vendar so lahko prisotne lastnosti, kot so epikantne gube (kožne gube v notranjih kotih enega ali obeh oči), široko čelo, sploščen nosni nos, nos z gumbom, visoko obokano nebo. Številni bolniki imajo manifestacije motenj avtizemskega spektra, kot so oslabljena komunikacija in socialne interakcije, obsesivni interesi, moteni cikli spanja (in zmanjšana potreba po spanju) ter ponavljajoča se in stereotipna vedenja. Pogosto se opazi tudi visok prag bolečine. Če je govor razvit, potem običajno opazimo eholalijo. Bolniki morda ne bodo mogli hoditi ali govoriti.

Vsi znani primeri tetrasomije so se pojavili de novo. Pri trisomiji se 85% primerov pojavi novo, v 15% pa se mutacija deduje avtosomno prevladujoče (če je mutacija intersticijska delecija), tveganje za razvoj bolezni pri bratih in sestrah pa 50%. V zvezi s tem je priporočljivo genetsko testiranje staršev.

Genetski označevalci:

- SNRPN

UBE3A

Delecijski sindrom 15q24 (Witteveen-Kolkov sindrom) (3:10,000-4:10,000) za katero je značilna globalna razvojna zakasnitev, od blage do hude duševne zaostalosti, obrazni dismorfizmi: visoka linija las, globoko postavljene oči, trikotna oblika obraza. Poleg tega so lahko prirojene malformacije rok in nog, oči, genitalij, nestabilnost sklepov in zastoj v rasti. Manj pogosti znaki so epileptični napadi, prevodna in senzorinevralna izguba sluha, hipospadija in / ali mikropenija.

Genetski označevalci:

- SEMA7A

CYP1A1

Rubinstein-Teibijev sindromki ga povzroči mutacija ali izbris dela kratkega kraka 16. kromosoma, ki vsebuje gen CREBBP, ki uravnava rast in delitev celic in je potreben za normalen razvoj ploda. V 3-8% primerov bolezen povzroči mutacija gena EP300.

Zanj so značilne značilne poteze obraza (obokane obrvi, palpebralne razpoke, nagnjene navzdol, nizko postavljen preddverje nosu, grimasen nasmeh, visoko nebo), široki in pogosto oglati prsti na nogah, nizka rast in prisotnost duševne zaostalosti ( zmerno do hudo). Prenatalni razvoj je običajno normalen, kljub temu pa se kazalci višine, teže in obsega glave v prvih mesecih življenja hitro zmanjšajo. Debelost se lahko pojavi v otroštvu ali mladosti. Vrednosti IQ se gibljejo od 25 do 79 točk. Druge pogoste manifestacije so koloboma, katarakta, prirojena srčna bolezen, ledvična bolezen in kriptorhizem.

Mutacija ali izbris pri tej bolezni se pojavi novo. Zaradi prisotnosti primerov prenosa bolezni na avtosomno prevladujoč način od staršev z blagimi simptomi (povezani s somatskim mozaicizmom) in z mutacijo v genu CREBBP (missense mutation, deletion) je priporočljivo genetsko testiranje staršev. Tveganje za razvoj bolezni pri bratih in sestrah je v tem primeru 50%.

Genetski označevalci:

CREBBP

LIS1-povezana lizencefalija (Miller-Dickerjev sindrom) / izolirana lizencefalija / sindrom dvojne skorje (11,7 do 40 na milijon rojstev). Lissencephaly in sindrom dvojne skorje sta kortikalni malformaciji, ki sta posledica nezadostne migracije nevronov med embriogenezo. Za lizencefalijo je značilna kršitev razvoja zavoj možganov - agirije in pachigirije. Sindrom dvojnega lubja spada v skupino heterotopij sive snovi. V tej nosologiji je siva snov lokalizirana neposredno pod možgansko skorjo in je od nje ločena s tankim območjem običajne bele snovi. Miller-Dickerjev sindromza katero so značilne lissencefalija, anomalije kraniofacialnega okostja in hude nevrološke nepravilnosti. Izolirana lizencefalija za katero je značilna lissencefalija in njene neposredne posledice: zaostajanje v razvoju, duševna pomanjkljivost in napadi.

Genetski označevalci:

PAFAH1B1 (LIS1)

Smith-Magenisov sindrom (delecijski sindrom17 str11.2) (1:15,000) za katero so značilne kraniofacialne nenormalnosti, ki napredujejo s starostjo, zastoji v razvoju, kognitivne motnje in vedenjske nenormalnosti. Dojenčki imajo težave s hranjenjem, zastoj v rasti, hipotenzijo, hiporefleksijo, dolgotrajno dremanje in potrebo po prebujanju dojenčkov za hranjenje ter splošno letargijo. Večina bolnikov ima duševno zaostalost. Vedenjskih vzorcev, ki vključujejo pomembne motnje spanja, stereotipije in avtotravmatsko vedenje, običajno ne zaznamo do starosti 18 mesecev. Vedenjske motnje se običajno kažejo kot nepazljivost, motenost, hiperaktivnost, impulzivnost, pogosti izbruhi jeze, iskanje pozornosti, neposlušnost, agresivnost, težave s straniščem in samopoškodovanje.

Pri ljudeh s sindromom podvajanja 17p11.2 (Potocki-Lupski sindrom)hipotenzija, podhranjenost in znižanje stopnje razvoja med dojenčkom so pogosti. Trpijo tudi zaradi motenj v razvoju motoričnih in duševnih sposobnosti. Poleg tega vedenjske vzorce pri mnogih bolnikih predstavlja vrsta avtističnih motenj. V večini primerov se Potocki-Lupski sindrom razvija občasno, vendar ga je včasih mogoče podedovati.

Genetski označevalci:

RAI1

DRC3

LLGL1

Nevrofibromatoza tipa 1ki ga povzroči delecija gena NF1, nastane zaradi izbrisa dela dolgega kraka 17. kromosoma (17q11.2), ki vsebuje gen NF1, ki kodira protein nevrofibromina, ki ga najdemo v oligodendrocitih, in zavira aktivnost tumorja.

Klinično značilno več kožnih kofein-au-lait kožnih madežev, pigmentacija pazduhe in dimelj, več kožnih nevrofibromov in Lish-ovih vozličkov na šarenici. Učne težave se pojavijo pri vsaj 50% bolnikov z nevrofibromatozo tipa 1. Manj pogosti so pleksiformni nevrofibromi, gliomi vidnega živca in drugih delov osrednjega živčevja, maligni tumorji ovojnic perifernih živcev, skolioza, displazija tibije in vaskulopatija. Bolniki z izbrisom gena NF1 imajo pogosto hujši fenotip bolezni.

Bolezen se deduje avtosomno prevladujoče. Obstaja 50% tveganje za prenos mutacijske ulice na naslednjo generacijo.

Genetski označevalci:

NF1

SindromKANSL1-vezana duševna zaostalost (1: 16.000)za katero so značilni neonatalna / otroška hipotenzija, dismorfizem, prirojene malformacije in značilne vedenjske manifestacije. Vsi bolniki od zgodnjega otroštva imajo zaostanek v psihomotoričnem razvoju in duševno zaostalost blage ali zmerne resnosti. Druge manifestacije so napadi (55%), prirojene srčne napake (39%), ledvične in urološke nepravilnosti (37%) in kriptorhizem (71% moških).

Podvajanje 17q21.31. Vzajemno podvajanje najdemo pri bolnikih s hudo psihomotorično zaostalostjo, mikrocefalijo, obraznimi dismorfizmi, nenormalnimi prsti in hirzutizmom.

Genetski označevalci:

KARTA

KANSL1

Phelan-McDermidov sindrom povzroča delecija (terminalna ali intersticijska) ali neuravnotežena translokacija dolge roke kromosoma 22 (22q13.3), ki vključuje kritično regijo (vsebuje gene SHANK3, ACR, RABL2B).

Zanj je značilna novorojenčkova hipotenzija, zmerna do huda zaostanek v razvoju in oslabljen govorni razvoj. Druge manifestacije bolezni so velike roke, displazija nohtov na nogah in zmanjšano potenje, kar lahko privede do hipertermije. Druga vedenjska lastnost, ki jo kaže več kot 80 odstotkov otrok, je žvečenje / lizanje neužitnih predmetov. Poleg tega je zmanjšan prag bolečine in avtistične manifestacije.

V polovici primerov se mutacija pojavi novo med gametogenezo (pogosteje spermatogenezo). V drugih primerih pride do mutacije (neuravnotežene translokacije) zaradi prenosa genskega materiala od starša, ki ima uravnoteženo translokacijo. Hkrati se tveganje za razvoj bolezni pri bratih in sestrah znatno poveča, zato je indiciran genetski pregled staršev.

.Genetski označevalci:

SHANK3

RABL2B

Sindrom podvajanja genovMECP2 - huda nevrološka motnja, za katero so značilne infantilna hipotenzija, zaostajanje v psihomotoričnem in duševnem razvoju, progresivna spastičnost, ponavljajoče se bolezni dihal (pri približno 75% bolnikov) in epileptični napadi (v približno 50% primerov). Sindrom podvajanja MECP2 ima pri moških 100-odstotno penetracijo. Pri ženskah s podvajanjem gena MECP2 simptome opazijo pri sočasnih nepravilnostih kromosomov X, ki preprečujejo inaktivacijo podvojenega mesta. Najpogostejši so generalizirani tonično-klonični napadi. Tretjina moških se ne more samostojno gibati. Skoraj 50% moških bolnikov umre pred 25. letom zaradi zapletov ponavljajočih se okužb in / ali poslabšanja nevrološkega statusa. Poleg glavnih manifestacij opazimo avtistične vedenjske lastnosti in prebavne motnje.

Genetski označevalci:

MECP2

Medicinska citogenetika - preučevanje človeškega kariotipa na področju zdravja in bolezni. Ta trend se je pojavil leta 1956, ko sta Thio in Levan izboljšala metodo priprave pripravkov metafaznih kromosomov in prvič določila modalno število kromosomov (2n \u003d 46) v diploidnem nizu. Leta 1959 je bila dešifrirana kromosomska etiologija številnih bolezni - Downov sindrom, Klinefelter, Shereshevsky-Turner in nekateri drugi avtosomni sindromi trisomije. Nadaljnji razvoj medicinske citogenetike v poznih šestdesetih letih je bil posledica pojava metod za diferencialno obarvanje metafaznih kromosomov, ki so omogočale identifikacijo kromosomov in njihovih posameznih regij. Metode diferencialnega barvanja niso vedno zagotavljale pravilne identifikacije prelomnih točk zaradi strukturnih preureditev kromosomov. Leta 1976 je Eunice razvil nove metode za njihovo preučevanje v fazi fazafaze, ki so jih poimenovali "metode z visoko ločljivostjo".

Uporaba takšnih metod je omogočila pridobivanje kromosomov z različnim številom segmentov (od 550 do 850) in omogočila prepoznavanje kršitev z vključitvijo njihovih majhnih odsekov (mikro prerazporeditve). Od zgodnjih osemdesetih let. človeška citogenetika je stopila v novo stopnjo razvoja: v prakso je bila uvedena kromosomska analiza molekularnih citogenetskih metod, fluorescenčna in situ hibridizacija (FISH - Fluorescence In Situ Hybridization). Ta metoda se pogosto uporablja za odkrivanje bolj subtilnih strukturnih nepravilnosti kromosomov, ki jih diferencialno obarvanje ne razlikuje. Trenutno uporaba različnih metod kromosomske analize omogoča uspešno izvajanje pred- in postnatalne diagnoze kromosomskih bolezni.

Kromosomske bolezni so velika skupina klinično raznolikih stanj, za katere so značilne številne prirojene malformacije, katerih etiologija je povezana s kvantitativnimi ali strukturnimi spremembami kariotipa.

Trenutno ločimo skoraj 1000 kromosomskih nepravilnosti, od katerih ima več kot 100 oblik klinično določeno sliko in jih imenujemo sindromi; njihov prispevek k spontanemu splavu, novorojenčki in umrljivosti je pomemben. Razširjenost kromosomskih nepravilnosti med spontanimi splavi je v povprečju 50%, med novorojenčki z večkratnimi prirojenimi malformacijami - 33%, mrtvorojenimi in perinatalnimi smrtnimi primeri s prirojenimi malformacijami - 29%, nedonošenčki s prirojenimi malformacijami - 17%, novorojenčki s prirojenimi malformacijami - 10%, mrtvorojenih in perinatalnih smrti - 7%, nedonošenčkov - 2,5%, vseh novorojenčkov - 0,7%.

Večina kromosomskih bolezni je občasnih, ki nastanejo spet zaradi genomskih (kromosomskih) mutacij v spolni celici zdravega starša ali v prvih oddelkih zigote in niso podedovane v generacijah, kar je povezano z visoko smrtnostjo bolnikov v predreproduktivnem obdobju. Fenotipsko osnovo kromosomskih bolezni tvorijo motnje zgodnjega razvoja zarodka. Zato se patološke spremembe razvijejo tudi v prenatalnem obdobju razvoja telesa in bodisi povzročijo smrt zarodka ali ploda bodisi ustvarijo glavno klinično sliko bolezni že pri novorojenčku (izjema so anomalije spolnega razvoja, ki nastanejo predvsem v puberteti). Zgodnje in večkratne poškodbe telesnih sistemov so značilne za vse oblike kromosomskih bolezni. To so kraniofacialni dismorfizmi, prirojene malformacije notranjih organov in delov telesa, upočasnjena intrauterina in postnatalna rast in razvoj, duševna zaostalost, okvare centralnega živčnega sistema, kardiovaskularni, dihalni, genitourinarni, prebavni in endokrini sistem ter hormonske nepravilnosti. , biokemični in imunološki status. Za vsak kromosomski sindrom je značilen kompleks prirojenih malformacij in razvojnih anomalij, ki so do neke mere neločljivo povezane s to vrsto kromosomskih patologij. Klinični polimorfizem vsake kromosomske bolezni v splošni obliki je posledica genotipa organizma in okoljskih razmer. Razlike v manifestacijah patologije so lahko zelo široke - od smrtnega učinka do manjših odstopanj v razvoju. Kljub dobremu poznavanju kliničnih manifestacij in citogenetike kromosomskih bolezni njihova patogeneza, tudi na splošno, še ni jasna. Splošna shema razvoja zapletenih patoloških procesov, ki jih povzročajo kromosomske nepravilnosti in vodijo do pojava najbolj zapletenih fenotipov kromosomskih bolezni, ni bila razvita.

Glavne vrste kromosomskih nepravilnosti
Vse kromosomske bolezni po vrsti mutacij lahko razdelimo v dve veliki skupini: povzročene zaradi spremembe števila kromosomov ob ohranjanju strukture slednjih (genomske mutacije) in posledica spremembe v strukturi kromosoma (kromosomske mutacije). Genomske mutacije so posledica nedisjukcije ali izgube kromosomov v gametogenezi ali v zgodnjih fazah embriogeneze. Pri ljudeh so odkrili le tri vrste genomskih mutacij: tetraploidija, triploidija in aneuploidija. Incidenca mutacij triploidnih (3n \u003d 69) in tetraploidnih (4n \u003d 92) je zelo majhna, v glavnem jih najdemo med spontano splavljenimi zarodki ali zarodki ter pri mrtvorojenih otrocih. Pričakovana življenjska doba novorojenčkov s takšnimi motnjami je več dni. Genomske mutacije na posameznih kromosomih so številne; predstavljajo glavnino kromosomskih bolezni. Hkrati med vsemi različicami aneuploidije najdemo le trisomije po avtosomih, polisomije po spolnih kromosomih (tri-, tetra- in pentasomije), od monosomije pa le monosomijo X.

Celotno trisomijo ali monosomijo telo težje prenaša kot delne; neravnovesje v velikih kromosomih se pri živorojenih rodi veliko redkeje kot pri majhnih. Polne oblike kromosomskih nepravilnosti povzročajo bistveno resnejše nepravilnosti kot mozaik. Avtosomne \u200b\u200bmonosomije med živorojenimi so zelo redke; so mozaične oblike z velikim deležem normalnih celic. Dokazano je dejstvo relativno nizke genetske vrednosti heterokromatskih regij kromosomov. Zato popolne trisomije pri živorojenih otrocih opazimo pri tistih avtosomih, ki so bogati s heterokromatinom - 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22 in X. ramo. Popolno monosomijo na X-kromosomu, ki je združljiva s postnatalnim življenjem in vodi do razvoja Shereshevsky-Turnerjevega sindroma, pa tudi tetra- in pentasomije, opažamo le na X-kromosomu, ki je heterokromatiziran.

Kromosomske mutacije ali strukturne kromosomske preureditve so kršitve kariotipa, ki jih spremlja ali ne spremlja neravnovesje genskega materiala znotraj enega ali več kromosomov (intra- in interkromosomske preureditve).

V veliki večini primerov strukturne kromosomske mutacije na potomce prenese eden od staršev, v kariotipu katerega je uravnotežena kromosomska preureditev. Sem spadajo vzajemna (medsebojna) uravnotežena translokacija brez izgube delov kromosomov, ki so v njej vključeni. Tako kot inverzija pri gostitelju ne povzroča patoloških pojavov. Vendar pa lahko med tvorbo spolnih celic nosilcev uravnoteženih translokacij in inverzij nastanejo neuravnotežene gamete. Robertsonova translokacija - premestitev med dvema akrocentričnimi kromosomoma z izgubo kratkih krakov - povzroči en metacentrični kromosom namesto dveh akrocentričnih. Nosilci take translokacije so zdravi, ker izgubo kratkih krakov dveh akrocentričnih kromosomov kompenziramo z delovanjem istih genov v preostalih 8 akrocentričnih kromosomih. Med zorenjem zarodnih celic naključna porazdelitev (med delitvijo celic) dveh preurejenih kromosomov in njihovih homologov privede do pojava več vrst spolnih celic, od katerih so nekatere normalne, druge vsebujejo takšno kombinacijo kromosomov, ki ob oploditvi da zigoto z uravnoteženim preurejenim kariotipom, tretje pa dajo kromosome med oploditvijo. neuravnotežene zigote.

Z neuravnoteženim kromosomskim naborom (delecije, podvajanja, vstavitve) se pri plodu razvijejo hude klinične patologije, običajno v obliki kompleksa prirojenih malformacij. Pomanjkanje genskega materiala povzroča resnejše malformacije kot presežek.

Strukturne aberacije se pojavljajo veliko manj pogosto novo. Starši bolnika s kromosomsko boleznijo so običajno kariotipsko normalni. Kromosomska bolezen v teh primerih nastane de novo kot posledica prenosa genomske ali kromosomske mutacije, ki je nastala enkrat v eni od spolnih celic, od enega od staršev ali pa se taka mutacija pojavi že v zigoti. To ne izključuje ponovitve kromosomskih nepravilnosti pri otrocih iz te družine. Obstajajo družine, ki so nagnjene k ponavljajočim se primerom nedisunkcije kromosomov. De novo mutacije so skoraj vse znane trisomije in monosomije. Glavni mehanizem za kakršno koli strukturno preureditev je ruptura enega ali več kromosomov z naknadno združitvijo nastalih fragmentov.

Klinične indikacije za citogenetsko diagnozo
Citogenetska metoda raziskovanja zavzema vodilno mesto med metodami laboratorijske diagnostike v medicinskem in genetskem svetovanju ter v prenatalni diagnostiki. Vendar se je treba strogo držati cilja
indikacije za napotitev bolnikov na preučevanje kariotipa.

Glavne indikacije za prenatalno diagnozo:
kromosomske nepravilnosti pri prejšnjem otroku v družini;
mrtvorojeni otrok s kromosomsko nepravilnostjo;
kromosomske prerazporeditve, kromosomski mozaizem ali aneuploidija spolnih kromosomov pri starših;
rezultati študije krvnega seruma pri materi, ki kažejo na povečano tveganje za kromosomske nepravilnosti pri plodu (rizična skupina);
starost matere;
anomalije ploda, razkrite med ultrazvočnim pregledom;
sum na mozaičnost pri plodu med predhodno citogenetsko študijo;
sum na sindrom s kromosomsko nestabilnostjo.

Študijo kariotipa med postnatalno diagnozo je priporočljivo izvesti, če ima bolnik:
primarna ali sekundarna amenoreja ali zgodnja menopavza;
nenormalni spermogram - azoospermija ali huda oligospermija;
klinično izrazite nepravilnosti v rasti (nizka, visoka) in velikosti glave (mikro-, makrocefalija);
nenormalne genitalije;
nenormalen fenotip ali dismorfizem;
prirojene malformacije;
duševna zaostalost ali motnje v razvoju;
manifestacije sindroma delecije / mikrodelecije / podvajanja;
X-vezana recesivna bolezen pri ženskah;
klinične manifestacije sindromov kromosomske nestabilnosti;
pri spremljanju po presaditvi kostnega mozga.

Citogenetske študije je treba izvajati v zakonskem paru:
s kromosomskimi nepravilnostmi ali nenavadnimi različicami kromosomov pri plodu, ugotovljenimi med prenatalno diagnozo;
ponavljajoči se splavi (3 ali več); mrtvorojenost, novorojenčkova fetalna smrt, nezmožnost pregleda prizadetega ploda;
otrok ima kromosomsko nepravilnost ali nenavadno kromosomsko varianto;
neplodnost neznane etiologije.

Indikacija za citogenetsko študijo je prisotnost pacientovih sorodnikov:
kromosomske preureditve;
duševna zaostalost, domnevno kromosomskega izvora;
reproduktivne izgube, prirojene malformacije ploda ali mrtvorojenčki neznanega izvora.

Indikacije za študijo FISH:
sum na sindrom mikrodelecije, za katerega je na voljo molekularno-citogenetska diagnostika (prisotnost ustreznih DNK sond);
povečano tveganje za sindrom mikrodelecije po anamnestičnih podatkih;
klinični znaki, ki kažejo na mozaičnost določenega kromosomskega sindroma;
stanja po presaditvi kostnega mozga, ko sta darovalec in prejemnik različnega spola;
sum kromosomske nepravilnosti pri standardni citogenetski študiji, kadar je metoda FISH lahko koristna za nadaljnje
razjasnitev narave anomalije ali v primerih, ko obstajajo značilne klinične manifestacije;
prisotnost čezmernega markerskega kromosoma;
sum latentne kromosomske preureditve.

Prikazana je metoda FISH pri analizi metafaz:
z markerskimi kromosomi;
dodatni material neznanega izvora na kromosomu;
kromosomske preureditve;
sum izgube kromosomskega segmenta;
mozaicizem.

Prikazana je metoda FISH pri analizi medfaznih jeder:
s številčnimi kromosomskimi nepravilnostmi;
podvajanja;
oddelki;
preureditve kromosomov;
določitev kromosomskega spola;
genska amplifikacija.

Metode citogenetskih raziskav:
Preučevanje in opis značilnosti metafaznih kromosomov sta še posebej pomembna za praktično citogenetiko. Posamezne kromosome v skupini prepoznamo z uporabo tehnik diferencialnega obarvanja. Te metode omogočajo odkrivanje heterogenosti strukture kromosomov po dolžini, ki jo določajo značilnosti kompleksa glavnih molekularnih komponent kromosomov - DNA in beljakovin. Problem prepoznavanja posameznih kromosomov v kariotipu je pomemben za razvoj citogenetske diagnoze kromosomskih bolezni pri ljudeh.

Metode citogenetskih raziskav delimo na neposredne in posredne. Neposredne metode se uporabljajo v primerih, ko je potreben hiter rezultat in je mogoče dobiti pripravke kromosomov celic, ki se delijo v telesu. Posredne metode vključujejo kot obvezen korak bolj ali manj dolgotrajno gojenje celic v umetnih hranilnih medijih. Metode, ki vključujejo kratkotrajno gojenje (od nekaj ur do 2-3 dni), zasedajo vmesni položaj.

Glavni cilj citogenetičnih raziskav z neposrednimi in posrednimi metodami je metafazna stopnja mitoze in različne stopnje mejoze. Metafaza mitoze je glavni predmet citogenetskih raziskav, saj je v tej fazi možna natančna identifikacija kromosomov in identifikacija njihovih anomalij. Kromosome v mejozi preučujejo, da bi odkrili nekatere vrste preureditev, ki jih po svoji naravi ni v metafazi mitoze.

Biološki material za citogenetične študije. Obdelava celične kulture. Priprava kromosomskih pripravkov
Celice katerega koli tkiva, ki je na voljo za biopsijo, se lahko uporabijo kot material za pridobivanje človeških kromosomov in njihovo proučevanje. Najpogosteje se uporabljajo periferna kri, kožni fibroblasti, kostni mozeg, celice plodovnice, horionske resice. Najbolj dostopni za preučevanje kromosomov so limfociti človeške periferne krvi.

Trenutno se praktično v vseh laboratorijih po svetu uporablja metoda, ki uporablja celotno periferno kri za postavitev kulture limfocitov. Kri v količini 1-2 ml se vnaprej odvzame iz ulnarne vene v sterilno epruveto ali stekleničko z raztopino heparina. V viali lahko kri hranimo 24-48 ur v hladilniku pri temperaturi 4-6 ° C. Nastavitev kulture limfocitov se izvede v posebni sobi s škatlami ali v delovni sobi pod laminarno omarico v sterilnih pogojih. Takšni pogoji so obvezni, da se prepreči vnos patogene flore v krvno kulturo. Če obstaja sum kontaminacije krvi ali drugega materiala, je treba mešanici gojenja dodati antibiotike. Bučke s kulturno mešanico inkubiramo 72 ur v temperaturi +37 ° C (aktivna rast in delitev celic je v teku). Glavni namen metodoloških tehnik pri obdelavi celičnih kultur in pripravi kromosomskih pripravkov iz njih je pridobitev na pripravku zadostnega števila metafaznih plošč s tako razpršenostjo kromosomov, da je mogoče oceniti dolžino, obliko in druge morfološke značilnosti vsakega kromosoma v nizu.

Akumulacija celic v metafazi mitoze in izdelava visokokakovostnih plošč na pripravku poteka z uporabo številnih zaporednih postopkov:
kolhinizacija - izpostavljenost celic citostatikom kolhicinu ali kolcemidu, ki blokirajo mitozo v fazi metafaze;
hipotenzija kultur;
pritrditev celic z mešanico metilnega alkohola in ocetne kisline;
nanašanje celične suspenzije na stekleno ploščo.

Kolkinizacija celičnih kultur se izvede 1,5-2 ure pred začetkom fiksacije. Po dajanju kolhicina se bučke celične kulture še naprej inkubirajo v inkubatorju. Po koncu inkubacije gojijo zmes iz vsake bučke v čiste epruvete za centrifugiranje in jih centrifugirajo. Nato celičnemu usedlini dodamo hipotonično raztopino kalijevega klorida, ogreto na temperaturo +37 ° C.

Hipotenzija se izvaja v termostatu pri temperaturi +37 ° C 15 minut. Hipotonična raztopina KCI spodbuja boljše razprševanje kromosomov na drsniku. Po hipotenziji se celice s centrifugiranjem sedimentirajo in fiksirajo. Pritrditev se izvede z mešanico metilnega (ali etilnega) alkohola z ocetno kislino.

Končna faza je priprava kromosomskih pripravkov, da dobimo dobro "razpršene" metafazne plošče, hkrati pa ohranimo celovitost in popolnost kromosomskega nabora v vsaki od njih. Na mokre, ohlajene stekelce nanesemo celično suspenzijo, nakar očala posušimo pri sobni temperaturi in označimo.

Metode diferencialnega obarvanja kromosomov
Od leta 1971 so se v citogenetiki razširile metode, ki omogočajo različno obarvanje vsakega kromosoma niza po njegovi dolžini. Praktični pomen teh metod je v tem, da diferencialno obarvanje omogoča prepoznavanje vseh človeških kromosomov zaradi posebnega vzorca vzdolžnega obarvanja vsakega kromosoma. Vsako barvilo, sestavljeno iz osnovnega barvila, je lahko primerno za barvanje, saj je glavni barvni substrat kromosomov DNA-beljakovinski kompleks. V praksi citogenetskih študij se najpogosteje uporabljajo naslednje metode.

Metoda G-madež je najpogostejša metoda zaradi preprostosti, zanesljivosti in razpoložljivosti zahtevanih reagentov. Po obarvanju se vsak par kromosomov proga po dolžini zaradi izmenjave različno obarvanih heterokromatinskih (temnih) in evhromatinskih (svetlih) segmentov, ki so običajno označeni kot G-segmenti. Metoda obarvanja C omogoča identifikacijo samo nekaterih regij kromosomov. To so regije heterokromatina, lokalizirane v pericentromernih regijah dolgih krakov kromosomov 1, 9 in 16 in v dolgem kraku Y kromosoma, pa tudi v kratkih krakih akrocentričnih kromosomov. R-metoda barvanja kromosomskih pripravkov kaže vzorec diferencialne segmentacije, ki je obrnjen od G-metode. Ta metoda dobro obarva distalne segmente kromosomov, kar je zelo pomembno za prepoznavanje majhnih prerazporeditev z vključitvijo končnih regij. Metoda Q-barvanja zagotavlja diferencialno fluorescentno obarvanje posameznih kromosomov kompleta, omogoča identifikacijo vsakega para homologov in tudi določanje prisotnosti kromosoma Y v medfaznih jedrih z luminiscenco telesa Y kromatina.

Načela analize kromosomov
Obvezna stopnja študije je vizualna analiza kromosomov pod mikroskopom s tisočkratno povečavo (x1000) z okularji x10 in potopnim objektivom x100. Vrednotenje kakovosti in primernosti kromosomskih pripravkov za raziskave ter izbira metafaznih plošč za analizo se izvaja pri majhni povečavi (x100). Za raziskave izberite dobro obarvane, popolne metafazne plošče z dobrim razprševanjem kromosomov. Raziskovalec izračuna skupno število kromosomov in oceni strukturo vsakega kromosoma s primerjavo progastosti homologov in primerjavo opazovanega vzorca s citogenetskimi zemljevidi (diagrami) kromosomov.

Uporaba računalniških sistemov za analizo slik močno olajša nalogo citogenetika, izboljša kakovost njegovega dela in priložnost za hitro in enostavno dokumentiranje rezultatov raziskav. Za zagotovitev visoke kakovosti dela je priporočljivo, da pri citogenetski študiji vsakega vzorca sodelujeta dva strokovnjaka. Dokument, ki potrjuje študijo, je protokol, ki navaja koordinate skeniranih celic, število kromosomov v vsaki od njih, zaznane prerazporeditve, kariotipsko formulo in zaključek, pa tudi pacientov priimek, datum in številko študije, priimek in podpis zdravnika (zdravnikov), ki je izvedel študijo. ... Diapozitive in slike kromosomov shranite za poznejši pregled.

OSNOVNA PRAVILA ZA OPIS KROMOSOMSKIH ANOMALIJ PO MEDNARODNEMU SISTEMU CITOGENETSKE NOMENKLATURE
Zapis kariotipske formule je treba izvesti v skladu s trenutno različico Mednarodnega sistema za človeško citogenetično nomenklaturo. V nadaljevanju so obravnavani vidiki uporabe nomenklature, ki se najpogosteje srečujejo v klinični citogenetski praksi.

Število in morfologija kromosomov:
V kariotipu so kromosomi razdeljeni v sedem zlahka razpoznavnih skupin (A-G) glede na njihovo velikost in položaj centromere. Avtomomi so kromosomi od 1 do 22, spolni kromosomi so X in Y.
Skupina A (1-3) - veliki metacentrični kromosomi, ki jih lahko ločimo med seboj po velikosti in položaju centromere.
Skupina B (4-5) - veliki submetacentrični kromosomi.
Skupina C (6-12, X) - srednje veliki metacentrični in submetacentrični kromosomi. Kromosom X je eden največjih kromosomov v tej skupini.
Skupina D (13-15) - srednje veliki akrocentrični kromosomi s sateliti.
Skupina E (16-18) - razmeroma majhni metacentrični in submetacentrični kromosomi.
Skupina F (19-20) - majhni metacentrični kromosomi.
Skupina G (21-22, Y) - majhni akrocentrični kromosomi s sateliti. Y kromosom nima satelitov.

Vsak kromosom je sestavljen iz neprekinjene serije črt, ki se nahajajo po dolžini krakov kromosoma na strogo omejenih območjih (območjih). Kromosomske regije so značilne za vsak kromosom in so bistvene za njihovo identifikacijo. Proge in regije so oštevilčene od centromere do telomera po dolžini vsakega kraka. Regije so deli kromosoma, ki se nahajajo med dvema sosednjima črtama. Za označevanje kratkih in dolgih krakov kromosomov se uporabljajo naslednji simboli: p - kratka roka in q - dolga roka. Centromera (sep) je označena s simbolom 10, del centromere, ki meji na kratko roko, je p10, na dolgi roko - q10. Območje, ki je najbližje centromeri, je označeno z 1, naslednje območje z 2 itd.

Za označevanje kromosomov se uporabljajo štirimestni simboli:
1. znak - številka kromosoma;
2. znak (p ali q) - krak kromosoma;
3. znak - številka okrožja (spletnega mesta);
4. znak je številka pasu na tem območju.

Na primer zapis 1p31 označuje kromosom 1, njegov kratki krak, območje 3, pas 1. Če je pas razdeljen na podpasove, se po oznaki pasu postavi pika, nato pa se zapiše število vsakega podpasa. Podpasovi, tako kot palice, so oštevilčeni od centromere do telomera. Na primer, v pasu 1p31 se ločijo trije pasovi: 1p31.1, 1p31.2 in 1p31.3, od katerih je pas 1p31.1 proksimalen do centromere, podpas 1p1.3 pa distalno. Če so podpasovi nadalje razdeljeni na dele, so oštevilčeni s številkami brez ločil. Podpas 1-31.1 je na primer razdeljen na 1p31.11,1p31.12 itd.

SPLOŠNA NAČELA ZA OPIS NORMALNEGA IN ANOMALNEGA KARIOTIPA
V opisu kariotipa prvi element označuje skupno število kromosomov, vključno s spolnimi kromosomi. Prva številka je ločena od ostalega vnosa z vejico, nato se posnamejo spolni kromosomi. Avtomomi so označeni samo v primeru nepravilnosti.

Običajni človeški kariotip je videti takole:
46, XX - normalni ženski kariotip;
46, XY - normalni moški kariotip.

Pri kromosomskih nepravilnostih se najprej zabeležijo nepravilnosti spolnih kromosomov, nato pa avtosomne \u200b\u200bnepravilnosti v naraščajočem vrstnem redu številk in ne glede na vrsto nenormalnosti. Vsako anomalijo ločite z vejico. Oznake črk se uporabljajo za opis strukturno preurejenih kromosomov. Kromosom, ki sodeluje pri preurejanju, je zapisan v oklepajih za simbolom, ki označuje vrsto prerazporeditve, na primer: inv (2), del (4), r (18). Če sta pri prerazporeditvi vključena dva ali več kromosomov, se med oznakami števila vsakega od njih postavi podpičje (;).

Pred kromosomom so postavljeni znaki (+) ali (-), ki označujejo nepravilnosti z dodatnim ali manjkajočim kromosomom (normalnim ali nenormalnim), na primer: + 21, -7, + der (2). Uporabljajo se tudi za označevanje zmanjšanja ali povečanja dolžine kraka kromosoma po simbolu (p ali q); v ta namen lahko zgornje znake uporabimo samo v besedilu, ne pa tudi pri opisu kariotipa, na primer: 4p +, 5q-. Pri opisovanju velikosti heterokromatinskih segmentov, satelitov in satelitov je znak (+) (povečanje) ali (-) (zmanjšanje) postavljen takoj po označbi ustreznega simbola, na primer: 16qh +, 21ps +, 22pstk +. Znak množenja (x) se uporablja za opis več kopij preurejenih kromosomov, vendar ga ni mogoče uporabiti za opis več kopij običajnih kromosomov, na primer: 46, XX, del (6) (q13q23) x2. Za označevanje alternativnih interpretacij nepravilnosti uporabite simbol (or), na primer: 46, XX, del (8) (q21.1) ali i (8) (p10).

Kariotipi različnih klonov so ločeni s poševnico naprej (/). Za opisom kariotipa so postavljeni oglati oklepaji, ki označujejo absolutno število celic v danem klonu. Da bi navedli razlog za pojav različnih klonov, se uporabljata simbola mos (mozaicizem - celične linije, ki izvirajo iz iste zigote) in chi (himera - celične linije, ki izvirajo iz različnih zigot), ki sta podana pred opisom kariotipa. Pri naštevanju kariotipov je običajni diploidni klon vedno naveden zadnji, na primer: mos47, XY, + 21/46, XY; mos47, XXY / 46, XY.

Če je nenavadnih klonov več, se snemanje izvede v vrstnem redu povečanja njihove velikosti: prvi je najpogostejši, nato pa v padajočem vrstnem redu. Najnovejši je običajni klon, na primer: mos45, X / 47, XXX / 46, XX. Podoben zapis se uporablja v kariotipu z dvema normalnima klonoma, na primer: chi46, XX / 46, XY. Če sta v kariotipu dva nenormalna klona, \u200b\u200bod katerih ima eden numerično anomalijo, drugi pa strukturno spremembo, se najprej zabeleži klon z numerično anomalijo. Na primer: 45, X / 46, X, i (X) (q10).

Ko imata oba klona številčne nepravilnosti, se najprej zapiše klon z avtosomom z nižjo serijsko številko, na primer: 47, XX, + 8/47, XX, + 21; klon z nepravilnostmi spolnih kromosomov je vedno na prvem mestu, na primer: 47, XXX / 47, XX, + 21.

Dejstvo, da je kariotip haploiden ali poliploiden, bo razvidno iz števila kromosomov in drugih oznak, na primer: 69, XXY. Vsi spremenjeni kromosomi morajo biti označeni glede na ustrezno raven ploidnosti, na primer: 70, XXY, + 21.

Materinski ali očetovski izvor nenormalnega kromosoma sta označena s simboloma mat oziroma pat po opisani anomaliji, na primer: 46, XX, t (5; 6) (q34; q23) mat, inv (14) (q12q31) pat; 46, XX, t (5; 6) (q34; q23) mat, inv (14) (q12q31) mat. Če je znano, da so kromosomi staršev v primerjavi z dano anomalijo normalni, se šteje za novo in jo označuje simbol denovo (dn), na primer: 46, XY, t (5; 6) (q34; q23) mat, inv (14) ( q12q31) dn.

Opis numeričnih nepravilnosti kromosomov:
Znak (+) ali (-) se uporablja za označevanje izgube ali pridobitve dodatnega kromosoma pri opisovanju numeričnih anomalij.
47, XX, + 21 - kariotip s trisomijo 21.
48, XX, + 13, + 21 - kariotip s trisomijo 13 in trisomijo 21.
45, XX, -22 - kariotip z monosomijo 22.
46, XX, + 8, -21 - kariotip s trisomijo 8 in monosomijo 21.
Izjema od tega pravila so ustavne nepravilnosti spolnih kromosomov, ki se zabeležijo brez uporabe znakov (+) in (-).
45, X - kariotip z enim kromosomom X (Shereshevsky-Turnerjev sindrom).
47, XXY - kariotip z dvema kromosomoma X in enim kromosomom Y (Klinefelterjev sindrom).
47, XXX - kariotip s tremi kromosomi X.
47, XYY - kariotip z enim kromosomom X in dvema kromosomoma Y.
48, XXXY - kariotip s tremi kromosomi X in enim Y kromosomom.

Opis strukturnih nepravilnosti kromosomov
Pri opisovanju strukturnih sprememb se uporabljajo tako kratki kot podrobni snemalni sistemi. Pri uporabi kratkega sistema je navedena le vrsta kromosomske preureditve in točke preloma. V oklepajih so zapisani vrsta kromosomske nepravilnosti, kromosom, ki sodeluje pri nenormalnosti, in prelomne točke. Jedrnat sistem ne dopušča nedvoumnega opisa kompleksnih kromosomskih preureditev, ki se včasih razkrijejo pri analizi kariotipov tumorjev.

Kratek sistem označevanja strukturnih sprememb
Če sta obe kraki vključeni v prerazporeditev, ki je posledica dveh prelomov, ki sta se zgodila v istem kromosomu, se točka odmora v kratkem kraku zabeleži pred točko odmora v dolgi roki: 46, XX, inv (2) (p21q31). Ko sta v enem kraku kromosoma dve prelomni točki, je najprej navedena prelomna točka, ki je proksimalna od centromere: 46, XX, inv (2) (p13p23). V primeru, da pri prerazporeditvi sodelujeta dva kromosoma, je najprej naveden bodisi kromosom z nižjo zaporedno številko bodisi spolni kromosom: 46, XY, t (12; 16) (q13; p11.1); 46, X, t (X; 18) (p11.11; q11.11).

Izjema od pravila so prerazporeditve s tremi prelomnimi točkami, ko se fragment enega kromosoma vstavi v območje drugega kromosoma. V tem primeru se najprej zabeleži kromosom prejemnika, darovalni kromosom pa zadnji, četudi gre za spolni kromosom ali kromosom z nižjo serijsko številko: 46, X, ins (5; X) (p14; q21q25); 46, XY, ins (5; 2) (p14; q22q32). Če prerazporeditev vpliva na en kromosom, so najprej označene prelomne točke v segmentu, kjer je nastala vstavitev. V primeru neposredne vstavitve se najprej zabeleži prelomna točka vstavljenega fragmenta proksimalno do centromere, nato pa še distalna prelomna točka. Pri obrnjenem vstavljanju je ravno obratno.

Za označitev translokacij, pri katerih sodelujejo trije različni kromosomi, najprej navedite spolni kromosom ali kromosom z nižjo redno številko, nato kromosom, ki je prejel fragment iz prvega kromosoma, in nazadnje kromosom, ki je dal fragment prvemu kromosomu. 46, XX, t (9; 22; 17) (q34; q11.2; q22) - fragment kromosoma 9, ki ustreza distalni regiji 9q34, prenesen v kromosom 22, v segment 22q11.2, fragment kromosoma 22, ki ustreza distalni regiji 22q11 .2 se prenese v kromosom 17 v segmentu 17q22, fragment kromosoma 17, ki ustreza distalni regiji 17q22, pa v kromosom 9, v segmentu 9q34.

Podroben sistem označevanja strukturnih sprememb. V skladu s podrobnim sistemom zapisov so strukturne prerazporeditve kromosomov odvisne od sestave pasov v njih. Vse oznake, uporabljene v kratkem sistemu, se ohranijo v podrobnem sistemu. Vendar podroben sistem zagotavlja podroben opis sestave pasov v preurejenih kromosomih z uporabo dodatnih simbolov. Dvopičje (:) označuje točko preloma, dvojno dvopičje (: :) pa premor, ki mu sledi združitev. Puščica (-\u003e) označuje smer prenosa drobcev kromosomov. Konci krakov kromosomov so označeni s simbolom ter (terminal), pter oziroma qter pomeni konec kratkega oziroma dolgega kraka. Simbol sep se uporablja za označevanje centromere.

Vrste kromosomskih preureditev
Dodatno gradivo neznanega izvora. Simbol za dodajanje (iz lat. Additio - dodatek) se uporablja za označevanje dodatnega materiala neznanega izvora, pritrjenega na kromosomsko regijo ali trak. Dodatni material, pritrjen na terminalno regijo, bo povzročil povečanje dolžine kraka kromosoma. Pri opisovanju kromosomov z dodatnim materialom neznanega izvora v obeh krakih je simbol der postavljen pred številko kromosoma. Če je v roko kromosoma vstavljen neznan dodaten material, se za opis uporabijo simboli ins in (?).

Črtanja. Simbol del se uporablja za označevanje terminalov (terminalov) in intersticijskih izbrisov:
46, XX, del (5) (q13)
46, XX, del (5) (pter-\u003e q13 :)
Znak (:) pomeni, da je prišlo do preloma v pasu 5q13, zato je kromosom 5 sestavljen iz kratkega kraka in dela dolge roke, zaprte med centromero in segmentom 5q13.
46, XX, del (5) (q13q33)
46, XX, del (5) (pter-\u003e q13 :: q33-\u003e qter)
Znak (: :) pomeni prekinitev in ponovno združitev pasov 5ql3 in 5q33 dolge roke kromosoma 5. Segment kromosoma med temi pasovi se črta.

Izvedeni ali izpeljani kromosomi (der) so kromosomi, ki so nastali kot posledica prerazporeditev, ki vplivajo na dva ali več kromosomov, kot tudi zaradi večkratnih prerazporeditev znotraj enega kromosoma. Število izpeljanih kromosomov ustreza številu nedotaknjenega kromosoma, ki ima enako centromero kot derivatni kromosom:
46, XY, der (9) del (9) (p12) del (9) (q31)
46, XY, der (9) (: p12-\u003e q31 :)
Izpeljani kromosom 9 je posledica dveh končnih izbrisov, ki se pojavita v kratkem in dolgem kraku, s prelomnimi točkami v pasovih 9p12 oziroma 9q31.
46, XX, der (5) dodaj (5) (p15.1) del (5) (q13)
46, XX, der (5) (? :: p15.1- "q13 :)
Izvedeni kromosom 5 z dodatnim materialom neznanega izvora, pritrjenim na pas 5p15.1, in končno delecijo dolge roke distalno na pas 5q13.

Dicentrični kromosomi. Simbol matrice se uporablja za opis dicentričnih kromosomov. Dicentrični kromosom nadomesti enega ali dva normalna kromosoma. Tako ni treba navajati manjkajočih normalnih kromosomov.
45, XX, dic (13; 13) (q14; q32)
45, XX, dic (13; 13) (13pter-\u003e 13ql4 :: 13q32- "13pter)
Prekinitev in ponovna združitev sta se zgodila v pasovih 13ql4 in 13q32 na dveh homolognih kromosomih 13, kar je povzročilo nastanek dicentričnega kromosoma.

Podvajanja. Podvojitve so označene s simbolom dup; lahko so ravne in obrnjene.
46, XX, dup (1) (q22q25)
46, XX, dup (1) (pter-\u003e q25 :: q22-\u003e qter)
Neposredno podvajanje segmenta med pasovima lq22 in lq25.
46, XY, dvojnik (1) (q25q22)
46, XY, dup (1) (pter-\u003e q25 :: q25-\u003e q22 :: q25-\u003e qter) ali (pter-\u003e q22 :: q25- "q22 :: q22-\u003e qter)
Obrnjeno podvajanje segmenta med pasovima lq22 in lq25. Treba je opozoriti, da le podroben sistem omogoča opis obrnjenega podvajanja.

Inverzije. Simbol inv se uporablja za opis para- in pericentričnih inverzij.
46, XX, inv (3) (q21q26.2)
46, XX, inv (3) (pter-\u003e q21 :: q26.2-\u003e q21 :: q26.2-\u003e qter)
Paracentrična inverzija, pri kateri je prišlo do rupture in ponovne združitve v pasovih 3q21 in 3q26.2 dolge roke kromosoma 3.
46, XY, inv (3) (p13q21)
46, XY, inv (3) (pter- "pl3 :: q21-\u003e p13 :: q21-\u003e qter)
Pericentrična inverzija, pri kateri je prišlo do rupture in ponovne združitve med pasom 3p13 kratkega kraka in pasom 3q21 dolge roke kromosoma 3. Območje med temi pasovi, vključno s centromero, se obrne za 180 °.

Vstavki. Simbol ins se uporablja za označevanje neposrednega ali obrnjenega vstavljanja. Šteje se, da je vstavitev ravna, če je proksimalni konec vstavne regije v bližnjem položaju glede na njen drugi konec. Obrnjeno vstavljanje postavi bližnji konec mesta vstavitve v oddaljeni položaj. Vrsto vstavitve (neposredno ali obrnjeno) lahko označite tudi z dir oziroma inv.
46, XX, ins (2) (pl3q21q31)
46, XX, ins (2) (pter-\u003e p13 :: q31-\u003e q21 :: pl3- "q21 :: q31-qter)
Neposredna vstavitev, to je dir ins (2) (p13q21q31), se je zgodila med segmentoma 2q21 in 2q31 dolge roke in segmentom 2p13 kratkega kraka kromosoma 2. Del kromosoma dolge roke med segmentoma 2q21 in 2q31 se vstavi v krajši krak v območju segmenta 2p13. V novem položaju ostaja segment 2q21 bližje centromeri kot segment 2q31.
46, XY, ins (2) (pl3q31q21)
46, XY, ins (2) (pterH\u003e pl3 :: q21-\u003e q31 :: pl3-\u003e q21 :: q31- "qter)
V tem primeru je vstavljeno območje obrnjeno, tj. Inv ins (2) (p13q31q21). V vstavku je segment 2q21 bolj oddaljen od centromere kot segment 2q31. Tako se je lega segmentov glede na centromero spremenila.

Izokromosomi. Simbol i se uporablja za opis izokromosomov, ki so kromosomi, sestavljeni iz dveh enakih krakov. Prelomne točke v izokromosomih so lokalizirane v centromernih regijah p10 in q10.
46, XX, i (17) (q10)
46, XX, i (17) (qter- "q10 :: q10 -\u003e qter)
Izokromosom vzdolž dolge roke kromosoma 17 in mejna vrednost sta označena na 17q10. Kariotip ima en normalen kromosom in en preurejen kromosom 17.
46, X, i (X) (q10)
46, X, i (X) (qter- "q10 :: q10-\u003e qter)
En normalen X-kromosom in X-izokromosom vzdolž dolge roke.

Krhka mesta (fra) so lahko videti kot običajni polimorfizem ali pa so povezana z dednimi boleznimi ali fenotipskimi nepravilnostmi.
46, X, fra (X) (q27,3)
Krhka regija v podpasu Xq27.3 enega od X-kromosomov v ženskem kariotipu.
46, Y, fra (X) (q27,3)
Krhka regija v podpasu Xq27.3 kromosoma X v moškem kariotipu.

Označevalni kromosom (oznaka) je strukturno spremenjen kromosom, katerega del ni mogoče identificirati. Če je identificiran kateri koli del nenormalnega kromosoma, je opisan kot izpeljani kromosom (der). Pri opisu kariotipa je pred simbolom mar postavljen znak (+).
47, XX, + mar
En dodaten markerski kromosom.
48, X, t (X; 18) (p11.2; q11.2) + 2mar
Dva kromosoma markerja poleg translokacije t (X; 18).

Obročasti kromosomi so označeni s simbolom r, lahko so sestavljeni iz enega ali več kromosomov.
46, XX, r (7) (p22q36)
46, XX, r (7) (:: p22-\u003e q36: :)
Do pretrganja in ponovne združitve je prišlo v segmentih 7p22 in 7q36 z izgubo regij kromosomov, ki so oddaljene od teh prelomnih točk.
Če centromera obročastega kromosoma ni znana, vendar so segmenti kromosomov v obroču znani, so obročni kromosomi opredeljeni kot derivati \u200b\u200b(der).
46, XX, der (1) r (1; 3) (p36.1q23; q21q27)
46, XX, der (1) (:: lp36.1-\u003e 1q23 :: 3q21-\u003e 3q27: :)

Translokacije. Vzajemne premestitve
Za opis translokacij (t) se uporabljajo enaka načela in pravila kot za opis drugih kromosomskih preureditev. Za razlikovanje homolognih kromosomov lahko enega od homologov podčrtamo z enim samim podčrtajem (_).
46, XY, t (2; 5) (q21; q31)
46, XY, t (2; 5) (2pter2q21 :: 5q31-\u003e 5qter; 5pter 5q31 :: 2q21-\u003e 2qter)
Razcep in združitev sta se zgodila v segmentih 2q21 in 5q31. Kromosomi so izmenjali regije, oddaljene od teh segmentov. Najprej je naveden kromosom z nižjo serijsko številko.
46, X, t (X; 13) (q27; ql2)
46, X, t (X; 13) (Xpter-\u003e Xq27 :: 13ql2-\u003e 13qter; 13pter-\u003e 3q 12 :: Xq27-\u003e Xqter)
Do razkola in ponovne združitve je prišlo v segmentih Xq27 in 13q12. Segmenti, oddaljeni od teh spletnih mest, so se zamenjali. Ker je spolni kromosom vključen v translokacijo, se najprej zabeleži. Upoštevajte, da je pravi zapis naslednji - 46, X, t (X; 13), ne 46, XX, t (X; 13).
46, t (X; Y) (q22; q1, 1,2)
46, t (X; Y) (Xpter-\u003e Xq22 :: Yq11.2-\u003e Yqter; Ypter-\u003e Yq11.2 :: Xq22-\u003e Xqter)
Vzajemna translokacija med X in Y kromosomoma s prelomnima točkama Xq22 in Yq11.
Translokacije, ki vključujejo celotne kromosomske krake, lahko zabeležimo z mejnimi točkami v centromernih regijah p10 in q10. Pri uravnoteženih translokacijah je točka preloma v spolnem kromosomu ali v kromosomu z nižjim rednim številom označena kot p10.
46, XY, t (4; 3) (p10; q10)
46, XY, t (1; 3) (lpteMlpl0 :: 3ql0-\u003e 3qter; 3pter-\u003e 3p40 :: 4q40-\u003e 4qter)
Vzajemna translokacija celotnih krakov kromosoma, pri katerih se kratki kraki kromosoma 1 združijo s centromero z dolgimi kraki kromosoma 3, dolgi kraki kromosoma 1 pa kratkimi kraki kromosoma 3.
V primeru neuravnoteženih translokacij celotnih krakov kromosomov je preurejeni kromosom označen kot derivat (der) in nadomesti dva normalna kromosoma.
45, XX, der (1; 3) (p10; q10)
45, XX, der (1; 3) (1pter-\u003e 1p10 :: 3q10-\u003e 3qter)

Izvedeni kromosom, sestavljen iz kratkega kraka kromosoma 1 in dolgega kraka kromosoma 3. Manjkajoča kromosoma 1 in 3 nista označena, ker sta bila nadomeščena z izvedenim kromosomom. Kariotip tako vsebuje en normalen kromosom 1, en normalni kromosom 3 in derivatni kromosom der (l; 3).

Robertsonijeve translokacije
To je posebna vrsta translokacije, ki je posledica centrične fuzije dolgih krakov akrocentričnih kromosomov 13-15 in 21-22 s hkratno izgubo kratkih krakov teh kromosomov. Načela opisovanja neuravnoteženih translokacij, ki vključujejo celotna ramena, veljajo tudi za opis Robertsonovih translokacij z uporabo simbola (der). Simbol rob lahko uporabimo tudi za opis teh premestitev, ne more pa ga opisati pridobljenih anomalij. Prelomne točke kromosomov, ki sodelujejo pri translokaciji, so označene v območjih q10.
45, XX, der (13; 21) (q10; q10)
45, XX, rob (13; 21) (q10; q10)

Prekinitev in ponovna združitev sta se zgodila v segmentih 13q10 in 21q10 centromernih regij kromosomov 13 in 21. Izvedeni kromosom je nadomestil en kromosom 13 in en kromosom 21. Manjkajočih kromosomov ni treba navajati. Kariotip vsebuje en normalen kromosom 13, en normalni kromosom 21 in der (13; 21). Neravnovesje nastane zaradi izgube kratkih krakov kromosomov 13 in 21.

POGLAVJE 5 SPREMENLJIVOST ORGANIZMA

POGLAVJE 5 SPREMINJANJE ORGANIZMA

skupni podatki

Variabilnost organizma je variabilnost njegovega genoma, ki določa genotipske in fenotipske razlike pri ljudeh ter povzroča evolucijsko raznolikost njegovih genotipov in fenotipov (glej poglavji 2 in 3).

Intrauterini razvoj zarodka, zarodka, ploda, nadaljnji postnatalni razvoj človeškega telesa (dojenčke, otroštvo, mladost, adolescenca, zrelost, staranje in smrt) poteka v skladu z genetskim programom ontogeneze, ki nastane z zlitjem materinega in očetovskega genoma (glej 2. poglavje in 12).

V toku ontogeneze se genom posameznikovega organizma in v njem kodirane informacije pod vplivom okoljskih dejavnikov neprestano spreminjajo. Spremembe v genomu se lahko prenašajo iz generacije v generacijo, kar povzroča variabilnost lastnosti in fenotipa organizma pri potomcih.

Na začetku XX. Nemški zoolog W. Hacker je izpostavil smer genetike, ki je namenjena preučevanju povezav in odnosov med genotipi in fenotipi ter analizi njihove variabilnosti, in jo imenoval fenogenetika.

Trenutno fenogenetika ločuje dva razreda variabilnosti: ne dedno (ali modifikacijsko), ki se ne prenaša iz generacije v generacijo, in dedno, ki se prenaša iz generacije v generacijo.

Po drugi strani ima dedna variabilnost tudi dva razreda: kombinacijsko (rekombinacija) in mutacijsko. Spremenljivost prvega razreda določajo trije mehanizmi: naključna srečanja spolnih celic med oploditvijo; križanje ali mejotska rekombinacija (izmenjava enakih odsekov med homolognimi kromosomi v profazi prve delitve mejoze); neodvisno razhajanje homolognih kromosomov do polov delitve med tvorbo hčerinskih celic med mitozo in mejozo. Spremenljivost drugega

razred je posledica točkovnih, kromosomskih in genomskih mutacij (glej spodaj).

Upoštevajmo zaporedoma različne razrede in vrste spremenljivosti organizma na različnih stopnjah njegovega individualnega razvoja.

Spremenljivost med oploditvijo spolnih celic in začetkom delovanja genoma nastajajočega organizma

Materini in očetovski genom ne moreta delovati ločeno drug od drugega.

Le dva starševska genoma, združena v zigoto, zagotavljata nastanek molekularnega življenja, nastanek novega kvalitativnega stanja - ene od lastnosti biološke snovi.

Na sl. 23 prikazuje rezultate medsebojnega delovanja dveh starševskih genomov med oploditvijo spolnih celic.

Glede na formulo za oploditev: zigota \u003d jajčece + sperma je začetek razvoja zigote trenutek nastanka dvojnika (diploida), ko se srečata dva haploidna sklopa starševskih spolnih celic. Takrat nastane molekularno življenje in sproži se veriga zaporednih reakcij, ki temelji najprej na izražanju genov genotipa zigote in nato genotipov hčerinskih somatskih celic, ki so nastale iz njega. Posamezni geni in skupine genov v genotipih vseh telesnih celic se med izvajanjem genskega programa ontogeneze začnejo "vklopiti" in "izklopiti".

Vodilna vloga v tekočih dogodkih pripada jajčni celici, ki ima v jedru in citoplazmi vse, kar je potrebno za zarodek

Slika: 23.Rezultati medsebojnega delovanja dveh starševskih genomov med oploditvijo spolnih celic (podatki iz www.bio.1september.ru; www.bio.fizteh.ru; www.vetfac.nsau.edu.ru)

strukturne in funkcionalne sestavine jedra in citoplazme (bistvo biološki matriarhat).Semenska celica vsebuje DNA in ne vsebuje citoplazemskih komponent. Ko sperma prodre v jajčece, DNA pride v stik s svojo DNK in se tako v zigoti "vklopi" glavni molekularni mehanizem, ki deluje skozi celo življenje organizma: interakcija DNA-DNA dveh starševskih genov. Strogo gledano se aktivira genotip, ki ga predstavljajo približno enaki deli nukleotidnih zaporedij DNK materinega in očetovskega izvora (brez mtDNA citoplazme). Poenostavimo povedano: začetek molekularnega življenja v zigoti je kršitev stalnosti notranjega okolja jajčeca (njegova homeostaza), celotno nadaljnje molekularno življenje večceličnega organizma pa je želja po obnovi homeostaze ali ravnovesja med dvema nasprotnima stanjem, ki je izpostavljeno dejavnikom iz okolja, ali ravnovesje med dvema nasprotnima stanjem: stabilnost ena stranin variabilnost z drugo.To so vzročno-posledične povezave, ki določajo nastanek in kontinuiteto molekularnega življenja organizma med ontogenezo.

Zdaj pa bodimo pozorni na rezultate in pomen variabilnosti genoma organizma kot produkta evolucije. Najprej razmislimo o vprašanju edinstvenosti genotipa zigote ali progenitorne celice vseh celic, tkiv, organov in telesnih sistemov.

Do same oploditve pride po naključju: eno žensko spolno celico oplodi samo ena moška gameta od 200-300 milijonov semenčic, ki jih vsebuje moški ejakulat. Očitno je, da se vsako jajčece in vsaka sperma med seboj razlikujejo po številnih genotipskih in fenotipskih lastnostih: prisotnost spremenjenih ali nespremenjenih genov v sestavi in \u200b\u200bkombinacijah (rezultati kombinacijske variabilnosti), različna zaporedja nukleotidnih zaporedij DNA, različne velikosti, oblike, funkcionalna aktivnost (mobilnost), zrelost spolnih celic itd. Zaradi teh razlik je mogoče govoriti o edinstvenosti genoma katere koli gamete in posledično o genotipu zigote in celotnega organizma: naključnost oploditve spolnih celic zagotavlja rojstvo gensko edinstvenega organizma posameznika.

Z drugimi besedami, molekularno življenje človeka (kot življenje biološkega bitja na splošno) je "darilo usode" ali, če želite, "božanski dar", ker namesto danega posameznika z istim

verjetno bi se lahko rodili genetsko drugačni - njegovi bratje in sestre.

Zdaj bomo nadaljevali z razmišljanjem o ravnovesju med stabilnostjo in spremenljivostjo dednega materiala. V širšem smislu je vzdrževanje takega ravnovesja hkratno ohranjanje in spreminjanje (preoblikovanje) stabilnosti dednega materiala pod vplivom notranjih (homeostaza) in zunanjih dejavnikov okolja (hitrost reakcije). Homeostaza je odvisna od genotipa zaradi fuzije dveh genomov (glej sliko 23). Hitrost reakcije določa interakcija genotipa z okoljskimi dejavniki.

Hitrost in obseg odziva

Imenuje se poseben način, kako se telo odziva na okoljske dejavnike normalna reakcija.Geni in genotip so odgovorni za razvoj in obseg sprememb posameznih lastnosti in fenotipov celotnega organizma. Hkrati se v fenotipu uresničujejo daleč od vseh možnosti genotipa, tj. fenotip - poseben (za posameznika) primer uresničitve genotipa v posebnih okoljskih pogojih. Tako se na primer med monozigotnimi dvojčki s popolnoma enakimi genotipi (100% skupnih genov) odkrijejo opazne fenotipske razlike, če dvojčka odrasteta v drugačnih okoljskih pogojih.

Hitrost reakcije je ozka ali široka. V prvem primeru se stabilnost posamezne lastnosti (fenotipa) ohrani tako rekoč ne glede na vpliv okolja. Primeri genov z ozko hitrostjo reakcije oz neplastični geniobstajajo geni, ki kodirajo sintezo antigenov krvnih skupin, barve oči, kodrastih las itd. Njihovo delovanje je enako v vseh (združljivih z življenjem) zunanjih pogojih. V drugem primeru se stabilnost posamezne lastnosti (fenotipa) spreminja glede na vpliv okolja. Primer genov s široko stopnjo odziva oz plastični geni- geni, ki nadzorujejo število rdečih krvnih celic (različni za ljudi, ki gredo navzgor in ljudi, ki gredo navzdol). Drug primer široke hitrosti reakcije je sprememba barve kože (sončne opekline), povezana z intenzivnostjo in časom izpostavljenosti ultravijoličnemu sevanju na telesu.

Govoriti o reakcijsko območje,treba je upoštevati fenotipske razlike, ki se pojavijo pri posamezniku (njegovem genotipu), odvisno od tega

"Osiromašeni" ali "obogateni" okoljski pogoji, v katerih se nahaja telo. Po mnenju I.I. Schmalhausen (1946), "niso podedovane lastnosti kot take, temveč norma njihovega odziva na spremembe pogojev obstoja organizmov."

Tako sta norma in obseg reakcije meja genotipske in fenotipske spremenljivosti organizma ob spremembi okoljskih razmer.

Prav tako je treba opozoriti, da sta med notranjimi dejavniki, ki vplivajo na fenotipsko izražanje genov in genotipa, določen pomen spola in starosti posameznika.

Zunanji in notranji dejavniki, ki določajo razvoj lastnosti in fenotipov, so vključeni v tri skupine glavnih dejavnikov, navedenih v poglavju, vključno z geni in genotipom, mehanizmi medmolekularnih (DNA-DNA) in medgene interakcije med starševskimi genomi in okoljskimi dejavniki.

Seveda je osnova za prilagajanje organizma razmeram v okolju (osnova ontogeneze) njegov genotip. Zlasti posamezniki z genotipi, ki ne zagotavljajo zatiranja negativnih učinkov patoloških genov in okoljskih dejavnikov, puščajo manj potomcev kot tisti posamezniki, katerih neželeni učinki so zatrti.

Verjetno je, da genotipi bolj sposobnih organizmov vključujejo posebne gene (modifikacijski geni), ki zavirajo delovanje "škodljivih" genov na tak način, da namesto njih prevladujejo aleli običajnega tipa.

NEDEDITNA SPREMENLJIVOST

Ko že govorimo o ne dedni variabilnosti genskega materiala, si ponovno oglejmo primer široke hitrosti reakcije - spremembe barve kože pod vplivom ultravijoličnega sevanja. "Sončne opekline" se ne prenašajo iz generacije v generacijo, torej ni podedovana, čeprav pri njenem nastanku sodelujejo plastični geni.

Na enak način se ne podedujejo rezultati travme, rumene spremembe v tkivih in sluznicah med opeklinami, ozeblinami, zastrupitvami in številnimi drugimi znaki, ki jih povzroči delovanje izključno okoljskih dejavnikov. Vendar je treba poudariti, da so ne dedne spremembe ali spremembe povezane z podedovanimi

naravne lastnosti določenega organizma, ker nastajajo v ozadju določenega genotipa v posebnih okoljskih pogojih.

Dedna kombinacijska variabilnost

Kot je bilo omenjeno na začetku poglavja, kombinacija variabilnosti poleg mehanizma naključnih srečanj spolnih celic med oploditvijo vključuje tudi mehanizme prehajanja pri prvi delitvi mejoze in neodvisno divergenco kromosomov do delitvenih polov med tvorbo hčerinskih celic med mitozo in mejozo (glej poglavje 9).

Prehod v prvi delitvi mejoze

Zaradi mehanizma prečkatipovezava genov s kromosomom se redno moti v profazi prve delitve mejoze kot posledica mešanja (izmenjave) genov očetovskega in materinskega izvora (slika 24).

Na začetku XX. ob odprtju križišča čez T.Kh. Morgan in njegovi učenci so predlagali, da se križanje med dvema genoma lahko zgodi ne samo v eni, temveč tudi v dveh, treh (dvojni oziroma trojni križanje) in več točkah. Zatiranje prehoda je bilo zabeleženo na območjih, ki mejijo neposredno na menjalnice; to zatiranje se je imenovalo interference.

Na koncu je bilo izračunano: ena moška mejoza predstavlja 39 do 64 kiazm ali rekombinacij, ena ženska mejoza pa do 100 kiazm.

Slika: 24.Shema križanja pri prvi delitvi mejoze (po Shevchenko V.A. et al., 2004):

a - sestrske kromatide homolognih kromosomov pred nastopom mejoze; b - so tudi med pahitenom (njihova spiracija je vidna); c - enaki so med diplotenom in diakinezo (puščice označujejo kraje prehoda čez kiazmo ali mesta izmenjave)

Kot rezultat so ugotovili, da je povezava genov s kromosomi pri prehodu nenehno motena.

Dejavniki, ki vplivajo na prehod

Prehod je eden rednih genetskih procesov v telesu, ki ga nadzorujejo številni geni tako neposredno kot skozi fiziološko stanje celic med mejozo in celo mitozo.

Dejavniki, ki vplivajo na prehod, vključujejo:

Homo- in heterogametni seks (govorimo o mitotski prehodpri moških in ženskah evkariontov, kot sta drozofila in sviloprejka); tako pri Drosophili prehod poteka normalno; pri sviloprejki je bodisi normalen bodisi odsoten; pri ljudeh je treba biti pozoren na mešani ("tretji") spol in zlasti na vlogo prehoda v primeru nepravilnosti pri razvoju spola pri moškem in ženskem hermafroditizmu (glej poglavje 16);

Struktura kromatina; na pogostost križanja v različnih delih kromosomov vpliva porazdelitev heterokromatina (pericentromerna in telomerska območja) in evhromatinska območja; zlasti v pericentromerni in telomerni regiji se pogostost križanja zmanjša in razdalja med geni, določena s frekvenco križanja, morda ne ustreza dejanski;

Funkcionalno stanje telesa; s starostjo se spreminja stopnja spiralizacije kromosomov in hitrost celične delitve;

Genotip; vsebuje gene, ki povečajo ali zmanjšajo pogostost križanja; "Inhibitorji" slednjih so kromosomske prerazporeditve (inverzije in translokacije), ki ovirajo normalno konjugacijo kromosomov v zigotenu;

Eksogeni dejavniki: izpostavljenost temperaturi, ionizirajočemu sevanju in koncentriranim raztopinam soli, kemični mutageni, zdravila in hormoni praviloma povečajo pogostost prehoda.

Po pogostosti mejotskega in mitotskega križanja in SCO včasih sodijo o mutagenem učinku zdravil, rakotvornih snovi, antibiotikov in drugih kemičnih spojin.

Neenak prehod

V redkih primerih med prečkanjem opazimo prelome na asimetričnih točkah sestrskih kromatid in se izmenjajo

so neenaki med seboj - to neenak prehod.

Hkrati so opisani primeri, ko med mitozo opazimo mitotsko konjugacijo (nepravilno seznanjanje) homolognih kromosomov in pride do rekombinacije med nesestrinskimi kromatidami. Ta pojav se imenuje pretvorba genov.

Težko je preceniti pomen tega mehanizma. Na primer, kot posledica nepravilnega združevanja homolognih kromosomov v bočnih ponovitvah lahko pride do podvajanja (podvajanja) ali izgube (izbrisa) področja kromosomov, ki vsebuje gen PMP22, kar bo privedlo do razvoja dedne avtosomno dominantne motorično-senzorične nevropatije Charcot-Marie-Toes.

Neenako prehajanje je eden izmed mehanizmov mutacije. Na primer, periferni protein mielin kodira gen PMP22, ki se nahaja v kromosomu 17 in ima dolžino približno 1,5 milijona bp. Ta gen obdajata dve homologni ponovitvi, dolgi približno 30 kbp. (ponovitve se nahajajo na bokih gena).

Še posebej veliko mutacij zaradi neenakega prehajanja se pojavi pri psevdogenih. Nato se fragment enega alela prenese na drugega alela ali pa se fragment psevdogena prenese v gen. Na primer, podobno mutacijo opazimo, ko se psevdogeno zaporedje prenese v gen 21-hidroksilaze (CYP21B) pri adrenogenitalnem sindromu ali prirojeni hiperplaziji nadledvične žleze (glej poglavji 14 in 22).

Poleg tega lahko zaradi rekombinacij med neenakomernim križanjem nastane več alelnih oblik genov, ki kodirajo antigene razreda I HLA.

Neodvisna divergenca homolognih kromosomov do polov delitve med tvorbo hčerinskih celic med mitozo in mejozo

Zaradi procesa replikacije, ki je pred mitozo somatske celice, se skupno število nukleotidnih zaporedij DNA podvoji. Nastanek enega para homolognih kromosomov nastane iz dveh očetovskih in dveh materinih kromosomov. Ko se ti štirje kromosomi razdelijo v dve hčerinski celici, bo vsaka od celic prejela en očetovski in en materin kromosom (za vsak par kromosomskega niza), katera od obeh, prva ali druga, pa ni znana. Pojavi se

naključna porazdelitev homolognih kromosomov. Preprosto je izračunati: zaradi različnih kombinacij 23 parov kromosomov bo skupno število hčerinskih celic 2 23 ali več kot 8 milijonov (8 χ 10 6) različic kombinacij kromosomov in genov, ki se nahajajo na njih. Posledično bo imel vsak z naključno porazdelitvijo kromosomov v hčerinske celice svoj edinstveni kariotip in genotip (lastno različico kombinacije kromosomov in z njimi povezanih genov). Prav tako je treba opozoriti na možnost patološke različice porazdelitve kromosomov v hčerinske celice. Na primer, vstop v eno od dveh hčerinskih celic samo enega (očetovega ali materinskega izvora) X-kromosoma bo privedel do monosomije (Shereshevsky-Turnerjev sindrom, kariotip 45, XO), udarjanje treh enakih avtosomov pa do trisomije (Downov sindrom, 47, XY , + 21; Patau, 47, XX, + 13 in Edwads, 47, XX, + 18; glej tudi 2. poglavje).

Kot je navedeno v 5. poglavju, lahko v eno hčerinsko celico istočasno vstopata dva očetova ali dva materina kromosoma - to je unipartentalna izodisomija za določen par kromosomov: Silver-Russellov sindrom (dva materina kromosoma 7), Beckwitt-Wiedemann (dva očetova kromosoma 11) , Angelman (dva očetova kromosoma 15), Prader-Willi (dva materina kromosoma 15). Na splošno obseg motenj porazdelitve kromosomov doseže 1% vseh kromosomskih motenj pri ljudeh. Te kršitve so velikega evolucijskega pomena, ker ustvarjajo populacijsko raznolikost človeških kariotipov, genotipov in fenotipov. Poleg tega je vsaka patološka različica edinstven produkt evolucije.

Kot rezultat druge mejotske delitve nastanejo 4 hčerinske celice. Vsak od njih bo prejel enega od materinskega ali očetovega kromosoma iz vseh 23 kromosomov.

Da bi se izognili morebitnim napakam pri nadaljnjih izračunih, si ga vzemimo praviloma: kot rezultat druge mejotske delitve nastane tudi 8 milijonov različic moških in 8 milijonov različic ženskih spolnih celic. Potem je odgovor na vprašanje, kolikšen je skupni obseg variant kombinacij kromosomov in genov, ki se na njih nahajajo, ko se srečata dve gameti, naslednji: 2 46 ali 64 χ 10 12, tj. 64 bilijonov.

Oblikovanje takšnega (teoretično možnega) števila genotipov, ko se srečata dve gameti, jasno razloži pomen heterogenosti genotipov.

Pomen kombinacijske variabilnosti

Kombinativna variabilnost ni pomembna samo zaradi heterogenosti in edinstvenosti dednega materiala, temveč tudi za obnovo (popravilo) stabilnosti molekule DNA, ko sta obe verigi poškodovani. Primer je tvorba enojne vrzeli DNA nasproti nepopravljene lezije. Vrzeli, ki se pojavi, ni mogoče odpraviti brez napak, ne da bi v popravilo vključili normalno verigo DNA.

Mutacijska variabilnost

Poleg edinstvenosti in heterogenosti genotipov in fenotipov, ki so posledica kombinacijske variabilnosti, dedna mutacijska variabilnost in posledična genska heterogenost močno prispevata k spremenljivosti človeškega genoma in fenomena.

Razlike v zaporedjih nukleotidov DNA lahko povsem pogojno razdelimo na mutacije in genetski polimorfizem (glej 2. poglavje). Če pa je heterogenost genotipov konstantna (normalna) značilnost variabilnosti genoma, potem mutacijska variabilnost- to je praviloma njegova patologija.

Patološko variabilnost genoma dokazuje na primer neenakomeren prehod, nepravilna divergenca kromosomov na delitvene pole med tvorbo hčerinskih celic, prisotnost genskih spojin in alelnih serij. Z drugimi besedami, dedna kombinacijska in mutacijska variabilnost se pri ljudeh kaže s pomembno genotipsko in fenotipsko raznolikostjo.

Pojasnimo terminologijo in razmislimo o splošnih vprašanjih teorije mutacij.

SPLOŠNA VPRAŠANJA O TEORIJI MUTACIJE

Mutacijapride do spremembe v strukturni organizaciji, količini in / ali delovanju dednega materiala in beljakovin, ki jih sintetizira. Ta koncept je prvi predlagal Hugo de Vries

v letih 1901-1903 v svojem delu "Teorija mutacij", kjer je opisal glavne lastnosti mutacij. Ti:

Pridi nenadoma;

Prenašajo se iz generacije v generacijo;

Deduje se po prevladujočem tipu (kaže se pri heterozigotih in homozigotih) in recesivnem tipu (kaže se pri homozigotih);

Nimajo smeri ("mutira" lokus, povzroča manjše spremembe ali vpliva na vitalne znake);

Po fenotipski manifestaciji so škodljivi (večina mutacij), koristni (izjemno redki) ali brezbrižni;

Nastanejo v somatskih in zarodnih celicah.

Poleg tega se lahko ponavljajo iste mutacije.

Proces mutacijeali mutageneza, je neprekinjen proces nastajanja mutacij pod vplivom mutagenih - okoljskih dejavnikov, ki škodujejo dednemu materialu.

Prvič teorija kontinuirane mutagenezeleta 1889 predlagal ruski znanstvenik s peterburške univerze S.I. Korzhinsky v svoji knjigi Heterogeneza in evolucija.

Kot se trenutno verjame, se lahko mutacije manifestirajo spontano, brez očitnih zunanjih razlogov, toda pod vplivom notranjih razmer v celici in telesu gre za spontane mutacije oz. spontana mutageneza.

Mutacije, ki jih umetno povzroči delovanje zunanjih dejavnikov fizikalne, kemijske ali biološke narave, so inducirane mutacije, ali inducirana mutageneza.

Najpogostejše mutacije se imenujejo velike mutacije(na primer mutacije v genih za mišično distrofijo Duchenne-Becker, cistično fibrozo, srpastocelično anemijo, fenilketonurijo itd.). Zdaj so ustvarjeni komercialni kompleti za samodejno prepoznavanje najpomembnejših izmed njih.

Novo nastajajoče mutacije imenujemo nove mutacije ali mutacije de novo.Sem spadajo na primer mutacije, na katerih temeljijo številne avtosomno prevladujoče bolezni, kot so akondroplazija (10% primerov je družinskih), nevrofibromatoza Recklinghausena tipa I (50–70% družinskih), Alzheimerjeva bolezen in Huntingtonova horea.

Imenujejo se mutacije iz normalnega stanja gena (lastnosti) v patološko stanje naravnost.

Mutacije iz patološkega stanja gena (lastnosti) v normalno stanje imenujemo reverzne oz reverzije.

Sposobnost vzvratne vožnje je leta 1935 prvič ugotovil N.V. Timofeev-Ressovsky.

Pokličejo se naknadne mutacije v genu, ki zavirajo primarni mutantni fenotip supresivno.Zatiranje je lahko intragena(obnovi funkcionalno aktivnost beljakovin; aminokislina ne ustreza začetni, tj. ni prave reverzibilnosti) in ekstragen(spremeni se struktura tRNA, zaradi česar mutantna tRNA v polipeptidu vključuje drugačno aminokislino namesto tiste, ki jo kodira okvarjeni triplet).

Imenujejo se mutacije v somatskih celicah somatske mutacije.Oblikujejo patološke celične klone (niz patoloških celic) in v primeru hkratne prisotnosti normalnih in patoloških celic v telesu vodijo do celičnega mozaicizma (na primer pri Albrightovi dedni osteodistrofiji je izraznost bolezni odvisna od števila nenormalnih celic).

Somatske mutacije so lahko družinske in občasne (nedružinske). Temeljijo na razvoju malignih novotvorb in prezgodnjih procesih staranja.

Prej je veljalo za aksiom, da somatske mutacije niso podedovane. V zadnjih letih je dokazan prenos iz generacije v generacijo dedne nagnjenosti 90% multifaktorskih oblik in 10% monogenskih oblik raka, ki se kaže z mutacijami v somatskih celicah.

Imenujejo se mutacije v zarodnih celicah zarodne mutacije.Menijo, da so manj pogoste kot somatske mutacije, na katerih temeljijo vse dedne in nekatere prirojene bolezni, se prenašajo iz generacije v generacijo in so lahko tudi družinske in občasne. Najbolj preučeno področje splošne mutageneze je fizično in zlasti sevalna mutageneza.Vsi viri ionizirajočega sevanja škodujejo človekovemu zdravju; praviloma imajo močne mutagene, teratogene in rakotvorne učinke. Mutageni učinek enkratnega odmerka sevanja je veliko večji kot učinek kroničnega sevanja; odmerek sevanja 10 rad podvoji stopnjo mutacije pri ljudeh. Dokazano je, da lahko ionizirajoče sevanje povzroči mutacije, ki vodijo do

za dedne (prirojene) in onkološke bolezni ter ultravijolično - za povzročanje napak pri replikaciji DNA.

Velika nevarnost je kemična mutageneza.Na svetu je približno 7 milijonov kemičnih spojin. V nacionalnem gospodarstvu, v proizvodnji in vsakdanjem življenju se nenehno uporablja približno 50–60 tisoč kemikalij. Vsako leto se v prakso uvede približno tisoč novih spojin. Od tega je 10% sposobnih inducirati mutacije. To so herbicidi in pesticidi (delež mutagenih med njimi doseže 50%), pa tudi številna zdravila (nekateri antibiotiki, sintetični hormoni, citostatiki itd.).

Še vedno obstaja biološka mutageneza.Med biološke mutagene spadajo: tuje beljakovine cepiv in serumov, virusi (norice, ošpice, rdečke, otroška paraliza, otroški herpes, AIDS, encefalitis) in DNA, eksogeni dejavniki (neustrezna prehrana beljakovin), histaminske spojine in njihovi derivati, steroidni hormoni (endogeni dejavniki ). Izboljšajte delovanje zunanjih mutagenih snovi komutageni(toksini).

V zgodovini genetike je veliko primerov pomembnosti odnosov med geni in lastnostmi. Ena izmed njih je razvrstitev mutacij glede na njihov fenotipski učinek.

Razvrstitev mutacij glede na njihov fenotipski učinek

To razvrstitev mutacij je leta 1932 prvič predlagal G. Möller. Po klasifikaciji so razlikovali:

Amorfne mutacije. To je stanje, v katerem se lastnost, ki jo nadzira patološki alel, ne pojavi, saj je patološki alel v primerjavi z običajnim alelom neaktiven. Te mutacije vključujejo gen albinizma (11q14,1) in približno 3000 avtosomno recesivnih bolezni;

Antimorfne mutacije. V tem primeru je pomen lastnosti, ki jo nadzoruje patološki alel, nasproten vrednosti lastnosti, ki jo nadzoruje običajni alel. Te mutacije vključujejo gene približno 5-6 tisoč avtosomno prevladujočih bolezni;

Hipermorfne mutacije. V primeru takšne mutacije je lastnost, ki jo nadzira patološki alel, bolj izrazita kot lastnost, ki jo nadzira običajni alel. Primer - goethe-

rozigotni nosilci genov za bolezni nestabilnosti genoma (glej poglavje 10). Njihovo število je približno 3% svetovnega prebivalstva (skoraj 195 milijonov ljudi), število samih bolezni pa doseže 100 nosologij. Med temi boleznimi: Fanconijeva anemija, ataksiateleangiectasia, xeroderma pigmentosa, Bloomov sindrom, progeroidni sindromi, številne oblike raka itd. Poleg tega je pogostnost raka pri heterozigotnih nosilcih genov teh bolezni 3-5 krat večja kot v normi in pri samih bolnikih ( homozigoti za te gene) je pogostost raka desetkrat večja od običajne.

Hipomorfne mutacije. To je stanje, pri katerem je izražanje lastnosti, ki jih nadzoruje patološki alel, oslabljeno v primerjavi z lastnostjo, ki jo nadzira običajen alel. Te mutacije vključujejo mutacije v genih za sintezo pigmentov (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), pa tudi več kot 3000 oblik avtosomno recesivnih bolezni.

Neomorfne mutacije. Takšna mutacija naj bi bila takrat, ko bo lastnost, ki jo nadzoruje patološki alel, drugačne (nove) kakovosti v primerjavi z lastnostjo, ki jo nadzira običajni alel. Primer: sinteza novih imunoglobulinov kot odziv na prodiranje tujih antigenov v telo.

Ko govorimo o trajnem pomenu klasifikacije G. Möllerja, je treba opozoriti, da so bili fenotipski učinki točkastih mutacij 60 let po objavi razdeljeni v različne razrede, odvisno od njihovega vpliva na strukturo beljakovinskega produkta gena in / ali stopnjo njegove ekspresije.

Nobelov nagrajenec Victor McCusick (1992) je izoliral mutacije, ki spreminjajo zaporedje aminokislin v beljakovinah. Izkazalo se je, da so odgovorni za manifestacijo 50-60% primerov monogenskih bolezni, preostale mutacije (40-50% primerov) pa gre pripisati mutacijam, ki vplivajo na izražanje genov.

Sprememba aminokislinske sestave beljakovin se kaže v patološkem fenotipu, na primer v primerih methemoglobinemije ali anemije srpastih celic, ki jih povzročajo mutacije gena betaglobina. V zameno so bile izolirane mutacije, ki vplivajo na normalno izražanje genov. Privedejo do spremembe količine genskega produkta in se kažejo v fenotipih, povezanih s pomanjkanjem določenih beljakovin, na primer

v primerih hemolitična anemija,povzročene z mutacijami genov, lokaliziranih na avtosomih: 9q34,3 (pomanjkanje adenilat kinaze); 12p13.1 (pomanjkanje trioze fosfat izomeraze); 21q22.2 (pomanjkanje fosfofruktokinaze).

Klasifikacija mutacij W. McCusicka (1992) je seveda nova generacija klasifikacij. Hkrati je bila na predvečer objave splošno priznana klasifikacija mutacij glede na raven organiziranosti dednega gradiva.

Razvrstitev mutacij glede na raven organizacije dednega gradiva

Razvrstitev vključuje naslednje.

Točkaste mutacije(kršitev strukture gena na različnih točkah).

Strogo gledano, točkovne mutacije vključujejo spremembe v nukleotidih (bazah) enega gena, kar vodi do spremembe količine in kakovosti beljakovinskih izdelkov, ki jih sintetizirajo. Osnovne spremembe so njihove nadomestitve, vstavitve, premiki ali izbrisi, kar je mogoče razložiti z mutacijami v regulativnih regijah genov (promotor, mesto poliadenilacije), pa tudi v kodirnih in nekodirajočih regijah genov (eksoni in introni, mesta spajanja). Osnovne substitucije povzročijo tri vrste mutantnih kodonov: missense mutacije, nevtralne mutacije in neumne mutacije.

Točkaste mutacije so podedovane kot preproste mendelovske lastnosti. Pogosti so: 1 primer med 200 in 2000 rojstvi je primarna hemokromatoza, nepolipozni rak debelega črevesa, Martin-Bellov sindrom in cistična fibroza.

Točkaste mutacije, ki so izjemno redke (1: 1.500.000), so huda kombinirana imunska pomanjkljivost (SCID) zaradi pomanjkanja adenozin deaminaze. Včasih točkovne mutacije ne nastanejo, kadar so izpostavljene mutagenim snovem, temveč kot napake pri replikaciji DNA. Poleg tega njihova frekvenca ne presega 1:10 5 -1: 10 10, saj jih s pomočjo sistemov za popravilo celic popravijo za skoraj

Strukturne mutacijeali kromosomske aberacije (motijo \u200b\u200bstrukturo kromosomov in vodijo v nastanek novih povezovalnih skupin genov). To so izbrisi (izgube), podvajanja (podvojitve), translokacije (premiki), inverzije (vrtenje za 180 °) ali vstavki (vstavki) dednega materiala. Takšne mutacije so značilne za somati-

celice (vključno z matičnimi celicami). Njihova pogostost je 1 na 1700 celičnih delitev.

Znani so številni sindromi, povezani s strukturnimi mutacijami. Najbolj znani primeri: sindrom "mačjega joka" (kariotip: 46, XX, 5p-), Wolf-Hirschhornov sindrom (46, XX, 4p-), translokacijska oblika Downovega sindroma (kariotip: 47, XY, t (14; 21) ).

Drug primer je levkemija. Pri njih pride do kršitve ekspresije genov zaradi tako imenovane ločitve (translokacija med strukturnim delom gena in njegovo promotorsko regijo), zato je sinteza beljakovin motena.

Genomska(številčno) mutacije- kršitev števila kromosomov ali njihovih delov (privede do pojava novih genomov ali njihovih delov z dodajanjem ali izgubo celotnih kromosomov ali njihovih delov). Izvor teh mutacij je posledica nedejunkcije kromosomov med mitozo ali mejozo.

V prvem primeru so to aneuploidi, tetraploidi z nerazdeljeno citoplazmo, poliploidi s 6, 8, 10 pari kromosomov in več.

V drugem primeru gre za nerazdelitev seznanjenih kromosomov, ki sodelujejo pri tvorbi spolnih celic (monosomija, trisomija) ali oploditvi enega jajčeca z dvema semenčicama (dispermija ali triploidni zarodek).

Njihovi tipični primeri so bili navedeni že večkrat - Shereshevsky-Turnerjev sindrom (45, XO), Klinefelterjev sindrom (47, XXY), redna trisomija pri Downovem sindromu (47, XX, +21).

Reprogenetics, največji genski laboratorij v Združenih državah Amerike, je v sodelovanju z vodilnimi znanstveniki s Kitajske, številnimi newyorškimi inštituti in medicinskimi centri, specializiranimi za področje PGD, objavil rezultate novih študij, ki trdijo, da je možno mutacije v zarodkih po oploditvi in \u200b\u200bvitro (IVF) ...

Za študijo zadostuje majhna (varčna) biopsija, le približno 10 embrionalnih celic, medtem ko je večino novih (De Novo) mutacij, ki povzročajo nesorazmerno visok odstotek genetskih bolezni, mogoče odkriti s pomočjo PGD. Edinstvenost metode je v razvoju novega izvirnega postopka presejanja razširjenega celotnega genoma.

Nove (De Novo) mutacije se po oploditvi pojavijo le v zarodnih celicah in v zarodkih. Te mutacije praviloma niso prisotne v krvi staršev in niti celovit pregled nosilcev staršev jih ne bo mogel zaznati. Standardna PGD teh mutacij ne more zaznati, ker testi niso dovolj občutljivi ali se osredotočajo le na zelo ozka določena področja genoma.

"Ti rezultati predstavljajo pomemben korak v razvoju presejanja celotnega genoma za iskanje najbolj zdravih zarodkov v PGD," je povedal dr. Santiago Munné, ustanovitelj in direktor podjetja Reprogenetics in ustanovitelj podjetja Recombine. "Ta novi pristop lahko zazna skoraj vse genomske spremembe in s tem odpravi potrebo po nadaljnjem genskem testiranju med nosečnostjo ali po rojstvu, hkrati pa zagotavlja, da je izbran najbolj zdrav zarodek za prenos bodoči materi."

Znanstveno je tudi dokazano, da nova metoda zmanjša stopnjo napak za 100-krat (v primerjavi s prejšnjimi metodami).

"Izjemno je, da je mogoče z majhnim številom embrionalnih celic zaznati nove (De Novo) mutacije s tako visoko občutljivostjo in izjemno nizkimi stopnjami napak," pravi dr. "Razvita metoda je učinkovita ne samo z medicinskega vidika, temveč tudi z ekonomskega vidika, zato se veselimo nadaljevanja naših raziskav na tem področju."

Nove mutacije lahko privedejo do resnih prirojenih možganskih motenj, kot so avtizem, epileptična encefalopatija, shizofrenija in druge. Ker so te mutacije edinstvene za določeno spermo in jajčece, ki sodelujejo pri ustvarjanju zarodka, jih genetska analiza staršev ne more zaznati.

"Do pet odstotkov novorojenčkov trpi za boleznimi, ki jih povzroča genetska napaka," je povedal dr. Alan Berkeley, profesor, direktor oddelka za porodništvo in ginekologijo New York University's Fertility Center. "Naš pristop je celovit in si prizadeva prepoznati popolnoma zdrave zarodke. To lahko znatno ublaži nekatere čustvene in fizične stresorje zunajtelesne oploditve, zlasti za pare, ki jim grozi prenos genetskih motenj."

Članek je bil na podlagi gradiva posebej preveden za program IVF School

Shizofrenija je v mnogih pogledih ena najbolj skrivnostnih in zapletenih bolezni. Težko je diagnosticirati - še vedno ni soglasja o tem, ali gre za eno ali veliko podobnih bolezni. Težko ga je zdraviti - zdaj obstajajo le zdravila, ki zavirajo tako imenovano. pozitivni simptomi (kot so blodnje), vendar ne pomagajo, da se oseba vrne v izpolnjeno življenje. Šizofrenijo je težko preučevati - z njo ne trpi nobena žival, razen ljudi, zato modelov za njeno preučevanje skoraj ni. Shizofrenijo je zelo težko razumeti z genetskega in evolucijskega vidika - polna je protislovij, ki jih biologi še ne morejo razrešiti. Dobra novica pa je, da so se v zadnjih letih stvari končno umaknile. O zgodovini odkritja shizofrenije in prvih rezultatih njenega proučevanja z nevrofiziološkimi metodami smo že govorili. Tokrat se bomo osredotočili na to, kako znanstveniki iščejo genetske vzroke bolezni.

Pomen tega dela ni niti v tem, da skoraj vsak stoti človek na planetu trpi za shizofrenijo, napredek na tem področju pa bi moral vsaj korenito poenostaviti diagnozo, četudi je nemogoče takoj ustvariti dobro zdravilo. Pomembnost genetskih študij je, da že spreminjajo naše razumevanje temeljnih mehanizmov dedovanja kompleksnih lastnosti. Če bodo znanstveniki še vedno razumeli, kako se lahko tako zapletena bolezen, kot je shizofrenija, "skrije" v naš DNK, bo to pomenilo korenit preboj v razumevanju organizacije genoma. In pomen takšnega dela bo presegel klinično psihiatrijo.

Najprej nekaj surovih dejstev. Shizofrenija je huda, kronična in invalidna duševna bolezen, ki običajno prizadene mlade. Prizadene približno 50 milijonov ljudi po vsem svetu (nekaj manj kot 1% prebivalstva). Bolezen spremlja apatija, pomanjkanje volje, pogosto halucinacije, delirij, neurejeno razmišljanje in govor ter motorične motnje. Simptomi običajno povzročijo socialno izolacijo in poslabšanje delovanja. Povečano tveganje za samomor pri bolnikih s shizofrenijo in sočasnimi somatskimi boleznimi vodi do dejstva, da se njihova celotna pričakovana življenjska doba zmanjša za 10-15 let. Poleg tega imajo ljudje s shizofrenijo manj otrok: moški imajo v povprečju 75 odstotkov, ženske pa 50 odstotkov.

Zadnjih pol stoletja je bil čas hitrega napredka na številnih področjih medicine, vendar ta napredek skoraj ni vplival na preprečevanje in zdravljenje shizofrenije. Nenazadnje je to posledica dejstva, da še vedno nimamo jasne predstave o tem, kakšna kršitev bioloških procesov je vzrok za razvoj bolezni. Zaradi nerazumevanja je prišlo do tega, da od uvedbe prvega antipsihotičnega zdravila klorpromazin (trgovsko ime: Aminazin) na trg pred več kot 60 leti ni prišlo do kvalitativne spremembe pri zdravljenju bolezni. Vsi trenutno odobreni antipsihotiki za zdravljenje shizofrenije (tako tipični, vključno s klorpromazinom, kot tudi netipični) imajo enak osnovni mehanizem delovanja: zmanjšujejo aktivnost dopaminskih receptorjev, kar odpravlja halucinacije in blodnje, a žal slabo vpliva na negativne simptome kot so apatija, pomanjkanje volje, motnje mišljenja itd. Neželenih učinkov niti ne omenjamo. Splošno razočaranje pri raziskavah shizofrenije je, da farmacevtska podjetja že dolgo zmanjšujejo financiranje antipsihotikov - čeprav celotno število kliničnih preskušanj še naprej narašča. Upanje na razjasnitev vzrokov za shizofrenijo pa je prišlo s precej nepričakovane strani - povezano je z napredkom na področju molekularne genetike brez primere.

Kolektivna odgovornost

Že prvi raziskovalci shizofrenije so opazili, da je tveganje za zbolevanje tesno povezano s prisotnostjo bolnih sorodnikov. Poskusi vzpostavitve mehanizma dedovanja shizofrenije so bili narejeni skoraj takoj po ponovnem odkritju Mendelovih zakonov, na samem začetku 20. stoletja. Vendar pa se shizofrenija v nasprotju s številnimi drugimi boleznimi ni hotela umestiti v okvir preprostih mendelovskih modelov. Kljub visoki dednosti je ni bilo mogoče povezati z enim ali več geni, zato so do sredine stoletja začeli t.i. psihogene teorije razvoja bolezni. V soglasju s psihoanalizo, ki je bila sredi stoletja izjemno priljubljena, te teorije očitnega dedovanja shizofrenije niso razlagale z genetiko, temveč s posebnostmi vzgoje in nezdravim ozračjem v družini. Obstajala je celo taka stvar, kot so "shizofrenogeni starši".

Vendar ta teorija kljub svoji priljubljenosti ni dolgo živela. Končno točko pri vprašanju, ali je shizofrenija dedna bolezen, so postavile psihogenetske študije, opravljene že v 60-70-ih letih. Šlo je predvsem za dvojčke, pa tudi za posvojene otroke. Bistvo študij dvojčkov je primerjava verjetnosti manifestacije znaka - v tem primeru razvoja bolezni - pri enojajčnih in bratskih dvojčkih. Ker razlika v vplivu okolja na dvojčke ni odvisna od tega, ali sta enaka ali bratska, morajo biti razlike v teh verjetnostih v glavnem posledica dejstva, da so enojajčni dvojčki genetsko enaki, bratski dvojčki pa imajo v povprečju le polovico običajnih različic genov.

V primeru shizofrenije je bilo ugotovljeno, da je skladnost enojajčnih dvojčkov več kot 3-krat večja kot pri bratskih dvojčkih: pri prvih je približno 50 odstotkov, pri drugih pa manj kot 15 odstotkov. Te besede je treba razumeti takole: če imate identičnega brata dvojčka, ki trpi za shizofrenijo, potem boste sami zboleli z verjetnostjo 50 odstotkov. Če sta z bratom dvojčka, potem tveganje za zbolevanje ne presega 15 odstotkov. Teoretični izračuni, ki dodatno upoštevajo razširjenost shizofrenije v populaciji, ocenjujejo prispevek dednosti k razvoju bolezni na ravni 70-80 odstotkov. Za primerjavo, višina in indeks telesne mase se podedujeta na približno enak način - lastnosti, ki so bile vedno obravnavane kot tesno povezane z genetiko. Mimogrede, kot se je pozneje izkazalo, je enako visoka dednost značilna za tri od ostalih štirih večjih duševnih bolezni: motnja hiperaktivnosti s pomanjkanjem pozornosti, bipolarna motnja in avtizem.

Rezultati dvojnih študij so bili v celoti potrjeni v študiji otrok, ki so se rodili bolnikom s shizofrenijo in so jih v posvojitvi posvojili zdravi posvojitelji. Izkazalo se je, da tveganje za nastanek shizofrenije pri njih ni zmanjšano v primerjavi z otroki, ki jih vzgajajo njihovi starši s shizofrenijo, kar jasno kaže na ključno vlogo genov v etiologiji.

In tu smo prišli do ene najbolj skrivnostnih lastnosti shizofrenije. Dejstvo je, da če je tako močno podedovan in hkrati zelo negativno vpliva na sposobnost nosilca (spomnimo se, da bolniki s shizofrenijo zapustijo vsaj polovico števila potomcev kot zdravi ljudje), kako mu potem uspe preživeti med populacijo ? To protislovje, okoli katerega poteka glavni boj med različnimi teorijami, se imenuje "evolucijski paradoks shizofrenije"

Do nedavnega je bilo znanstvenikom popolnoma nejasno, katere posebnosti genoma bolnikov s shizofrenijo vnaprej določajo razvoj bolezni. Že desetletja se niso odvijale burne razprave niti o tem, kateri geni se pri bolnikih s shizofrenijo spreminjajo, temveč o tem, kakšna je splošna genetska "arhitektura" bolezni.

Misli se na naslednje. Genomi posameznikov so si med seboj zelo podobni, razlike so v povprečju manjše od 0,1 odstotka nukleotidov. Nekatere od teh posebnosti genoma so v populaciji precej razširjene. Običajno velja, da če se pojavijo pri več kot enem odstotku ljudi, jih lahko imenujemo običajne različice ali polimorfizmi. Menijo, da so se takšne pogoste različice pojavile v človeškem genomu pred več kot 100.000 leti, še pred prvim izseljevanjem prednikov sodobnih ljudi iz Afrike, zato so običajno prisotne v večini človeških subpopulacij. Seveda večina polimorfizmov ne bi smela biti preveč škodljiva za svoje nosilce, da bi lahko obstajala v pomembnem delu populacije tisoče generacij.

Vendar pa v genomu vsakega od ljudi obstajajo tudi druge genetske značilnosti - mlajše in redkejše. Večina jih prevoznikom ne prinaša nobene prednosti, zato je njihova pogostost v populaciji, četudi je fiksna, še vedno nepomembna. Mnoge od teh lastnosti (ali mutacij) imajo bolj ali manj izrazit negativni učinek na kondicijo, zato jih z negativno selekcijo postopoma odstranijo. Namesto njih se zaradi nenehnega mutacijskega procesa pojavijo druge nove škodljive možnosti. Skupno pogostost katere koli od novih mutacij skoraj nikoli ne preseže 0,1 odstotka in takšne različice imenujemo redke.

Torej, zgradba bolezni pomeni, katere genetske različice - pogoste ali redke, ki imajo močan fenotipski učinek ali le nekoliko povečajo tveganje za nastanek bolezni - vnaprej določajo njen videz. Okoli tega vprašanja je še nedavno potekala glavna razprava o genetiki shizofrenije.

Edino dejstvo, ki ga nedvomno ugotavljajo molekularno genetske metode v zvezi z genetiko shizofrenije v zadnji tretjini 20. stoletja, je neverjetna zapletenost. Danes je očitno, da nagnjenost k boleznim določajo spremembe na ducatih genov. Hkrati lahko vse predlagane "genetske arhitekture" shizofrenije v tem času združimo v dve skupini: model "skupna bolezen - pogoste različice" (CV) in model "pogosta bolezen - redke variante" ("skupna bolezen" - redke različice ", RV). Vsak od modelov je ponudil svoja pojasnila za "evolucijski paradoks shizofrenije".

RV vs. Življenjepis

Po modelu CV je genetski substrat shizofrenije skupek genetskih lastnosti, poligen, podoben tistemu, ki določa dedovanje kvantitativnih lastnosti, kot sta višina ali telesna teža. Takšen poligen je skupek polimorfizmov, od katerih vsak le nekoliko vpliva na fiziologijo (imenujejo se »vzročni«, ker čeprav niso sami, vodijo do razvoja bolezni). Da bi ohranili precej visoko stopnjo pojavnosti, značilne za shizofrenijo, je nujno, da je ta poligen sestavljen iz običajnih različic, saj je zelo težko zbrati veliko redkih različic v enem genomu. V skladu s tem ima vsak človek na ducate takšnih tveganih možnosti v svojem genomu. Vse vzročne različice skupaj določajo genetsko odgovornost vsakega posameznika do bolezni. Za kvalitativne kompleksne lastnosti, kot je shizofrenija, se domneva, da obstaja prag nagnjenosti in se bolezen razvije le pri tistih ljudeh, katerih nagnjenost presega ta prag.

Model praga občutljivosti na bolezen. Prikazana je normalna porazdelitev nagnjenosti, narisana vzdolž vodoravne osi. Ljudje, katerih nagnjenost presega mejno vrednost, razvijejo bolezen.

Prvič je tak poligenski model shizofrenije leta 1967 predlagal eden od ustanoviteljev sodobne psihiatrične genetike Irving Gottesman, ki je prav tako pomembno prispeval k dokazovanju dedne narave bolezni. Z vidika privržencev CV modela lahko vztrajanje visoke pogostosti vzročnih variant shizofrenije v populaciji skozi številne generacije ima več razlag. Prvič, vsaka posamezna takšna varianta ima precej nepomemben učinek na fenotip; take "kvazi nevtralne" različice so lahko nevidne za izbiro in ostanejo pogoste v populacijah. To še posebej velja za populacije z nizko efektivnim številom, kjer vpliv naključja ni nič manj pomemben kot selekcijski pritisk - to velja tudi za populacijo naše vrste.

Po drugi strani pa so bili podani predlogi o prisotnosti v primeru shizofrenije ti. uravnotežen izbor, tj. pozitiven vpliv "shizofrenih polimorfizmov" na zdrave nosilce. Ni si tako težko predstavljati. Znano je na primer, da je za shizoidne posameznike z visoko genetsko nagnjenostjo k shizofreniji (ki jih je med ožjimi sorodniki bolnikov veliko) značilna povečana stopnja kreativnosti, ki lahko nekoliko poveča njihovo prilagajanje (to je bilo že prikazano v več delih). Populacijska genetika dopušča situacijo, ko lahko pozitivni učinek vzročnih variant pri zdravih prenašalcih odtehta negativne posledice za tiste ljudi, ki imajo preveč teh "dobrih mutacij", kar je privedlo do razvoja bolezni.

Drugi osnovni model genetske arhitekture shizofrenije je RV model. Predlaga, da je shizofrenija skupni koncept in da je vsak posamezen primer ali družina z anamnezo bolezni ločena kvazimendelovska bolezen, ki je v vsakem primeru povezana z edinstvenimi spremembami v genomu. V okviru tega modela so vzročne genetske različice pod zelo močnim selekcijskim pritiskom in se hitro odstranijo iz populacije. Ker pa se v vsaki generaciji pojavi majhno število novih mutacij, se vzpostavi določeno ravnovesje med izbiro in pojavom vzročnih variant.

Po eni strani lahko model RV razloži, zakaj je shizofrenija zelo dobro podedovana, vendar njenih univerzalnih genov še niso našli: navsezadnje vsaka družina podeduje svoje vzročne mutacije, univerzalnih pa preprosto ni. Po drugi strani pa je treba, če se nekdo vodi po tem modelu, priznati, da lahko mutacije na stotine različnih genov vodijo do istega fenotipa. Navsezadnje je shizofrenija pogosta bolezen in pojav novih mutacij je redek. Na primer, podatki o zaporedju trojčkov oče-mati-otrok kažejo, da v vsaki generaciji za 6 milijard nukleotidov diploidnega genoma nastane le 70 novih enonukleotidnih substitucij, od katerih lahko v povprečju le redki teoretično vplivajo na fenotip in mutacije drugih vrst - še redkejši pojav.

Vendar nekateri empirični dokazi posredno podpirajo ta model genetske arhitekture shizofrenije. Na primer, v začetku devetdesetih let je bilo ugotovljeno, da ima približno en odstotek vseh bolnikov s shizofrenijo mikrodelecijo v eni od regij 22. kromosoma. V veliki večini primerov ta mutacija ni podedovana od staršev, ampak se pojavi de novo med gametogenezo. Vsak od 2000 ljudi se rodi s to mikrodelecijo, ki vodi do različnih motenj v telesu, imenovanih "DiGeorgejev sindrom". Za bolnike s tem sindromom so značilne hude okvare kognitivnih funkcij in imunosti, ki jih pogosto spremlja hipokalcemija, pa tudi težave s srcem in ledvicami. Četrtina bolnikov z Di Giorgijevim sindromom razvije shizofrenijo. Skušnjava je domnevati, da so drugi primeri shizofrenije posledica podobnih genetskih motenj s katastrofalnimi posledicami.

Še ena empirična ugotovitev posredno potrjuje vlogo de novo mutacije v etiologiji shizofrenije je razmerje med tveganjem za zbolevanje s starostjo očeta. Po nekaterih podatkih naj bi torej med tistimi, katerih očetje so bili ob rojstvu stari več kot 50 let, trikrat več bolnikov s shizofrenijo kot med tistimi, katerih očetje so bili mlajši od 30. Po drugi strani se že dlje časa postavljajo hipoteze o povezavi med očetovo starostjo in pojavom de novo mutacije. Tako razmerje je bilo na primer že dolgo vzpostavljeno za občasne primere druge (monogenske) dedne bolezni - ahondroplazije. To korelacijo so nedavno potrdili zgoraj omenjeni podatki o zaporedju tripletov: de novo mutacije so povezane s starostjo očeta, ne pa tudi s starostjo matere. Po izračunih znanstvenikov ima otrok v povprečju 15 mutacij od matere, ne glede na njeno starost, in od očeta - 25, če je star 20 let, 55, če je star 35 let, in več kot 85, če je starejši od 50 let. de novo mutacije v otrokovem genomu se vsako leto očetovega življenja povečajo za dve.

Zdelo se je, da ti podatki skupaj jasno kažejo na ključno vlogo de novo mutacije v etiologiji shizofrenije. Vendar se je situacija dejansko izkazala za veliko bolj zapleteno. Že po ločitvi obeh glavnih teorij je genetika shizofrenije desetletja stagnirala. V korist enega od njih niso bili pridobljeni skoraj nobeni zanesljivi ponovljivi podatki. Niti splošna genetska zgradba bolezni niti posebne možnosti, ki vplivajo na tveganje za razvoj bolezni. V zadnjih 7 letih se je zgodil močan preskok, ki je povezan predvsem s tehnološkimi preboji.

Iščem gene

Zaporedje prvega človeškega genoma, poznejše izboljšanje tehnologij zaporedja in nato pojav in razširjena uvedba visoko zmogljivega zaporedja so končno omogočili bolj ali manj popolno sliko strukture genske spremenljivosti v človeški populaciji. Te nove informacije so se takoj začele uporabljati za obsežno iskanje genetskih dejavnikov nagnjenosti k nekaterim boleznim, vključno s shizofrenijo.

Podobne študije so zgrajene tako. Najprej se zbere vzorec nepovezanih bolnikov (primerov) in približno enako velik vzorec nepovezanih zdravih posameznikov (kontrol). Vsi ti ljudje določajo prisotnost določenih genetskih variant - ravno v zadnjih 10 letih so jih raziskovalci imeli priložnost določiti na ravni celotnih genov. Nato primerjamo pogostnost pojavljanja vsake od opredeljenih različic med skupinami bolnih in kontrolno skupino. Če je hkrati mogoče najti pri nosilcih statistično pomembno obogatitev ene ali druge variante, se to imenuje asociacija. Tako med velikim številom obstoječih genetskih različic spadajo tiste, ki so povezane z razvojem bolezni.

Pomembna vrednost, ki označuje učinek z boleznijo povezane različice, je OD (razmerje verjetnosti, razmerje tveganja), ki je opredeljeno kot razmerje med možnostmi zbolevanja pri nosilcih določene variante v primerjavi s tistimi, ki ga nimajo. Če je OD različice 10, to pomeni naslednje. Če vzamemo naključno skupino nosilcev variante in enakovredno skupino ljudi, ki te variante nimajo, se izkaže, da bo v prvi skupini 10-krat več bolnikov kot v drugi. Poleg tega, bližje je OD enotnosti za določeno varianto, večji je vzorec, da lahko zanesljivo potrdimo, da povezava res obstaja, da ta genetska varianta resnično vpliva na razvoj bolezni.

Takšna dela so do danes omogočila najti več kot ducat submikroskopskih izbrisov in podvojitev, povezanih s shizofrenijo v celotnem genomu (imenujejo se CNV - različice števila kopij, ena od CNV pravkar povzroča že znani DiGeorgejev sindrom). Za odkrite CNV, ki povzročajo shizofrenijo, se OD giblje med 4 in 60. To so visoke vrednosti, vendar zaradi svoje izjemne redkosti, celo v celoti, vsi pojasnjujejo le zelo majhen del dednosti shizofrenije v populaciji. Kaj je odgovorno za razvoj bolezni pri vseh ostalih?

Po sorazmerno neuspešnih poskusih iskanja takšnih CNV-jev, ki bi v nekaj redkih primerih povzročili razvoj bolezni, ampak pri precejšnjem delu prebivalstva, so pristaši "mutacijskega" modela veliko upanje polagali na drugo vrsto poskusov. Pri bolnikih s shizofrenijo in pri zdravih kontrolah primerjajo ne prisotnost obsežnih genetskih preureditev, temveč celotna zaporedja genoma ali eksome (sklope vseh zaporedij, ki kodirajo beljakovine). Takšni podatki, pridobljeni z visokozmogljivim zaporedjem, omogočajo prepoznavanje redkih in edinstvenih genetskih lastnosti, ki jih ni mogoče zaznati z drugimi metodami.

Znižanje stroškov sekvenciranja je v zadnjih letih omogočilo tovrstne eksperimente na dokaj velikih vzorcih - vključno z več tisoč bolniki in enako številom zdravih kontrol v zadnjih študijah. Kakšen je rezultat? Žal, doslej je bil najden le en gen, redke mutacije, pri katerih so zanesljivo povezane s shizofrenijo - to je gen SETD1A, ki kodira enega pomembnih proteinov, ki sodelujejo pri regulaciji transkripcije. Kot pri CNV je problem enak: mutacije v genu SETD1Ane more razložiti nobenega pomembnega dela dednosti shizofrenije, ker so preprosto zelo redke.

Povezava med razširjenostjo povezanih genetskih variant (vzdolž vodoravne osi) in njihovim vplivom na tveganje za razvoj shizofrenije (OR). V glavnem grafu rdeči trikotniki prikazujejo nekatere do zdaj najdene CNV, povezane z boleznijo, modri krogi pa SNP iz GWAS. Vložek v istih koordinatah prikazuje območja redkih in pogostih genetskih različic.

Obstajajo znaki, da obstajajo tudi druge redke in edinstvene različice, ki vplivajo na nagnjenost k shizofreniji. Nadaljnje povečanje vzorcev v poskusih z zaporedjem bi moralo pomagati najti nekatere od njih. Kljub temu, da lahko preučevanje redkih variant še vedno da nekaj dragocenih informacij (te informacije bodo še posebej pomembne za ustvarjanje celičnih in živalskih modelov shizofrenije), se večina znanstvenikov zdaj strinja, da imajo redke različice le manjšo vlogo pri dedovanju. shizofrenijo, CV model pa veliko bolje opisuje gensko zgradbo bolezni. Prepričanje v zvestost CV modela je prišlo predvsem z razvojem študij, kot je GWAS, o katerih bomo podrobneje razpravljali v drugem delu. Skratka, tovrstne raziskave so razkrile zelo pogoste genetske variacije, ki predstavljajo pomemben delež dednosti shizofrenije, ki jo napoveduje model CV.

Dodatna podpora modelu CV za shizofrenijo je povezava med stopnjo genetske predispozicije za shizofrenijo in tako imenovanimi motnjami shizofrenega spektra. Že zgodnji raziskovalci shizofrenije so opazili, da med sorodniki bolnikov s shizofrenijo pogosto ne obstajajo samo drugi bolniki s shizofrenijo, temveč tudi "ekscentrični" posamezniki z nenavadnimi karakterji in simptomi, podobnimi shizofrenim, vendar manj izrazitim. Kasneje so takšna opažanja privedla do koncepta, da obstaja celo vrsto bolezni, za katere so značilne bolj ali manj izrazite motnje v dojemanju resničnosti. Ta skupina bolezni se imenuje motnje shizofrenega spektra. Poleg različnih oblik shizofrenije vključujejo motnje blodnje, shizotipske, paranoične in shizoidne osebnostne motnje, shizoafektivne motnje in nekatere druge patologije. Gottesman, ki je predlagal svoj poligenski model shizofrenije, je predlagal, da lahko ljudje s podpragovnimi vrednostmi dovzetnosti za bolezni razvijejo druge patologije šizofrenega spektra, resnost bolezni pa je povezana s stopnjo nagnjenosti.

Če je ta hipoteza pravilna, je logično domnevati, da bodo genetske različice, za katere je bilo ugotovljeno, da so povezane s shizofrenijo, obogatene med ljudmi z motnjami shizofrenega spektra. Za oceno genetske nagnjenosti vsakega posameznika se uporablja posebna vrednost, imenovana ocena poligenskega tveganja. Raven poligenskega tveganja upošteva skupni prispevek vseh pogostih različic tveganja, opredeljenih v GWAS, prisotnih v genomu določene osebe, k nagnjenosti k bolezni. Izkazalo se je, da, kot napoveduje model CV, vrednosti ravni poligenskega tveganja niso povezane samo s samo shizofrenijo (ki je nepomembna), temveč tudi z drugimi boleznimi šizofrenega spektra, pri čemer višje ravni poligenskega tveganja ustrezajo hudim vrstam motenj.

Pa vendar ostaja ena težava - pojav "starih očetov". Če večina empiričnih dokazov podpira poligenski model shizofrenije, kako naj z njo uskladimo dobro znano povezavo med starostjo v starševstvu in tveganjem za nastanek shizofrenije pri otrocih?

Enkrat je bila predstavljena elegantna razlaga tega pojava v smislu CV modela. Domnevalo se je, da pozno očetovstvo in shizofrenija nista vzrok in učinek, ampak sta dve posledici skupnega vzroka, in sicer genetska nagnjenost poznih očetov k shizofreniji. Po eni strani je lahko visoka stopnja dovzetnosti za shizofrenijo pri zdravih moških povezana s poznejšim očetovstvom. Po drugi strani pa je jasno, da velika nagnjenost očeta določa povečano verjetnost, da bodo njegovi otroci razvili shizofrenijo. Izkazalo se je, da lahko opravimo z dvema neodvisnima korelacijama, kar pomeni, da kopičenje mutacij v predhodnikih semenčic pri moških morda skoraj nima vpliva na razvoj shizofrenije pri njihovih potomcih. Najnovejše simulacije, ki vključujejo epidemiološke podatke in nedavne podatke o molekularni frekvenci de novo mutacije se dobro ujemajo s prav takšno razlago pojava "starih očetov".

Tako je trenutno mogoče šteti, da skoraj ni prepričljivih argumentov v prid "mutacijskemu" RV modelu shizofrenije. Ključ do etiologije bolezni je torej v tem, kateri niz pogostih polimorfizmov povzroča shizofrenijo v skladu z modelom CV. Drugi del naše zgodbe bo posvečen temu, kako genetika išče ta sklop in kaj je že odkrila.