Kajian genetik: petunjuk, kaedah

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, peningkatan dalam bahagian penyakit keturunan dalam struktur keseluruhan penyakit telah diperhatikan. Dalam hal ini, peranan penyelidikan genetik dalam perubatan praktikal semakin meningkat. Tanpa pengetahuan tentang genetik perubatan, adalah mustahil untuk mendiagnosis, merawat dan mencegah penyakit keturunan dan kongenital dengan berkesan.

Kecenderungan keturunan mungkin wujud dalam hampir semua penyakit, tetapi tahapnya berbeza-beza. Jika kita mempertimbangkan peranan faktor keturunan dalam kejadian pelbagai penyakit, kita boleh membezakan kumpulan berikut.

• Penyakit yang asalnya ditentukan sepenuhnya oleh faktor genetik (kesan gen patologi); kumpulan ini termasuk penyakit monogenik, warisan yang tertakluk kepada peraturan asas undang-undang Mendel (penyakit Mendelian), dan kesan persekitaran luaran hanya boleh menjejaskan keamatan manifestasi tertentu proses patologi (gejalanya).
• Penyakit, kejadian yang ditentukan terutamanya oleh pengaruh persekitaran luaran (jangkitan, kecederaan, dll.); keturunan hanya boleh mempengaruhi beberapa ciri kuantitatif tindak balas badan, menentukan ciri-ciri perjalanan proses patologi.
• Penyakit di mana keturunan adalah faktor penyebab, tetapi untuk manifestasinya pengaruh persekitaran tertentu diperlukan, warisan mereka tidak mematuhi undang-undang Mendel (penyakit bukan Mendel); mereka dipanggil multifaktorial.

Penyakit keturunan

Perkembangan setiap individu adalah hasil interaksi faktor genetik dan persekitaran. Set gen manusia ditubuhkan semasa persenyawaan dan kemudian, bersama-sama dengan faktor persekitaran, menentukan ciri-ciri pembangunan. Set gen sesuatu organisma dipanggil genom. Genom secara keseluruhannya agak stabil, tetapi di bawah pengaruh perubahan keadaan persekitaran, perubahan - mutasi - boleh berlaku di dalamnya.

Unit asas keturunan ialah gen (bahagian molekul DNA). Mekanisme penghantaran maklumat keturunan adalah berdasarkan keupayaan DNA untuk menduplikasi sendiri (meniru). DNA mengandungi kod genetik (sistem merekod maklumat tentang lokasi asid amino dalam protein menggunakan urutan nukleotida dalam DNA dan RNA messenger), yang menentukan perkembangan dan metabolisme sel. Gen terletak dalam kromosom, unsur struktur nukleus sel yang mengandungi DNA. Tempat yang diduduki oleh gen dipanggil lokus. Penyakit monogenik adalah monolocus, penyakit poligenik (multiffaktorial) adalah multilocus.

Kromosom (struktur berbentuk batang dalam nukleus sel yang boleh dilihat di bawah mikroskop cahaya) terdiri daripada beribu-ribu gen. Pada manusia, setiap sel somatik, atau bukan jantina, mengandungi 46 kromosom, diwakili oleh 23 pasangan. Salah satu pasangan, kromosom seks (X dan Y), menentukan jantina individu. Dalam nukleus sel somatik, wanita mempunyai dua kromosom X, manakala lelaki mempunyai satu kromosom X dan satu Y. Kromosom seks lelaki adalah heterolog: kromosom X lebih besar dan mengandungi banyak gen yang bertanggungjawab untuk penentuan jantina dan ciri-ciri lain organisma; kromosom Y adalah kecil, mempunyai bentuk yang berbeza daripada kromosom X, dan membawa terutamanya gen yang menentukan jantina lelaki. Sel mengandungi 22 pasang autosom. Kromosom autosomal manusia dibahagikan kepada 7 kumpulan: A (pasangan kromosom ke-1, ke-2, ke-3), B (pasangan ke-4, ke-5), C (pasangan ke-6, ke-7, ke-8, ke-9, ke-10, ke-11, ke-12, serta kromosom X, sama saiznya (6 dan ke-3, kromosom D, ke-1, ke-1, ke-1). Pasangan ke-15), E (pasangan ke-16, ke-17, ke-18), F (pasangan ke-19, ke-20), G (pasangan ke-21, ke-22 dan kromosom Y).

Gen disusun secara linear di sepanjang kromosom, dengan setiap gen menempati tempat yang ditetapkan (lokus). Gen yang menempati lokus homolog dipanggil allelic. Setiap orang mempunyai dua alel gen yang sama: satu pada setiap kromosom setiap pasangan, dengan pengecualian kebanyakan gen pada kromosom X dan Y pada lelaki. Apabila kawasan homolog kromosom mengandungi alel yang sama, kita bercakap tentang homozigositi; apabila ia mengandungi alel berbeza dari gen yang sama, kita bercakap tentang heterozigositi untuk gen tertentu. Jika gen (alel) menunjukkan kesannya apabila terdapat pada satu kromosom sahaja, ia dipanggil dominan. Gen resesif menunjukkan kesannya hanya jika ia terdapat dalam kedua-dua ahli pasangan kromosom (atau pada kromosom X tunggal pada lelaki atau perempuan dengan genotip X0). Gen (dan sifat yang sepadan) dipanggil X-linked jika ia disetempat pada kromosom X. Semua gen lain dipanggil autosomal.

Perbezaan dibuat antara warisan dominan dan resesif. Dalam pewarisan dominan, sifat dimanifestasikan dalam keadaan homozigot dan heterozigot. Dalam warisan resesif, manifestasi fenotip (satu set ciri luaran dan dalaman organisma) hanya diperhatikan dalam keadaan homozigot, sementara ia tidak hadir dalam heterozigositas. Warisan dominan atau resesif berkaitan jantina juga mungkin; dengan cara ini, sifat yang dikaitkan dengan gen yang disetempatkan dalam kromosom seks diwarisi.

Penyakit yang diwarisi secara dominan biasanya menjejaskan beberapa generasi satu keluarga. Dalam pewarisan resesif, pengangkutan heterozigot terpendam bagi gen mutan mungkin wujud dalam keluarga untuk jangka masa yang lama, kerana kanak-kanak yang sakit mungkin dilahirkan kepada ibu bapa yang sihat atau bahkan dalam keluarga di mana penyakit itu tidak hadir selama beberapa generasi.

Mutasi gen mendasari penyakit keturunan. Memahami mutasi adalah mustahil tanpa pemahaman moden tentang istilah "genom". Pada masa ini, genom dianggap sebagai struktur simbiotik multigenome yang terdiri daripada unsur wajib dan fakultatif. Asas unsur-unsur wajib adalah lokus struktur (gen), bilangan dan lokasi yang dalam genom agak tetap. Gen struktur menyumbang kira-kira 10-15% daripada genom. Konsep "gen" termasuk rantau yang ditranskripsi: ekson (rantau pengekodan sebenar) dan intron (rantau bukan pengekodan yang memisahkan ekson); dan urutan mengapit - ketua, sebelum permulaan gen, dan kawasan ekor yang tidak diterjemahkan. Unsur fakultatif (85-90% daripada keseluruhan genom) ialah DNA yang tidak membawa maklumat tentang urutan asid amino protein dan tidak wajib sepenuhnya. DNA ini boleh mengambil bahagian dalam pengawalan ekspresi gen, melaksanakan fungsi struktur, meningkatkan ketepatan pasangan homolog dan penggabungan semula, dan menggalakkan replikasi DNA yang berjaya. Penyertaan unsur fakultatif dalam penghantaran sifat keturunan dan pembentukan kebolehubahan mutasi kini telah terbukti. Struktur genom yang kompleks ini menentukan kepelbagaian mutasi gen.

Dalam erti kata yang luas, mutasi ialah perubahan yang stabil dan diwarisi dalam DNA. Mutasi mungkin disertai dengan perubahan dalam struktur kromosom yang boleh dilihat di bawah mikroskop: pemadaman - kehilangan bahagian kromosom; penduaan - penggandaan bahagian kromosom, sisipan (penyongsangan) - pecah dalam bahagian kromosom, putarannya sebanyak 180° dan lampiran pada tapak pecah; translokasi - memutuskan bahagian satu kromosom dan melekatkannya pada yang lain. Mutasi sedemikian mempunyai kesan kerosakan yang paling besar. Dalam kes lain, mutasi mungkin terdiri daripada penggantian salah satu nukleotida purin atau pirimidin bagi gen tunggal (mutasi titik). Mutasi tersebut termasuk: mutasi missense (mutasi dengan perubahan makna) - penggantian nukleotida dalam kodon dengan manifestasi fenotip; mutasi karut (tidak masuk akal) - penggantian nukleotida yang membentuk kodon penamatan, akibatnya sintesis protein yang dikodkan oleh gen ditamatkan sebelum waktunya; mutasi splicing - penggantian nukleotida di persimpangan ekson dan intron, yang membawa kepada sintesis molekul protein yang memanjang.

Kelas baru mutasi telah dikenal pasti baru-baru ini - mutasi dinamik atau mutasi pengembangan yang dikaitkan dengan ketidakstabilan bilangan ulangan trinukleotida dalam bahagian gen yang penting dari segi fungsi. Banyak ulangan trinukleotida yang disetempatkan dalam kawasan gen yang ditranskripsi atau kawal selia dicirikan oleh tahap kebolehubahan populasi yang tinggi, di mana gangguan fenotip tidak diperhatikan (iaitu, penyakit tidak berkembang). Penyakit ini berkembang hanya apabila bilangan ulangan di tapak ini melebihi tahap kritikal tertentu. Mutasi sedemikian tidak diwarisi mengikut undang-undang Mendel.

Oleh itu, penyakit keturunan adalah penyakit yang disebabkan oleh kerosakan pada genom sel, yang boleh menjejaskan keseluruhan genom, kromosom individu dan menyebabkan penyakit kromosom, atau menjejaskan gen individu dan menjadi punca penyakit gen.

Semua penyakit keturunan biasanya dibahagikan kepada tiga kumpulan besar:

• monogenik;
• poligenik, atau multifaktorial, di mana mutasi beberapa gen dan faktor bukan genetik berinteraksi;
• keabnormalan kromosom, atau anomali dalam struktur atau bilangan kromosom.

Penyakit yang tergolong dalam dua kumpulan pertama sering dipanggil genetik, dan yang tergolong dalam kumpulan ketiga dipanggil penyakit kromosom.

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

Klasifikasi penyakit keturunan

Kromosom	Monogenik	Pelbagai faktor (poligenik)
Anomali dalam bilangan kromosom seks: - Sindrom Shereshevsky-Turner; - Sindrom Klinefelter; - sindrom trisomi X; - sindrom 47, Autosom XYY: - Sindrom Down; - Sindrom Edwards; - Sindrom Patau; - trisomi separa 22 Keabnormalan struktur kromosom: Sindrom sembang Cri du; Sindrom pemadaman 4p; Sindrom mikrodelesi gen jiran	Autosomal dominan: Sindrom Marfan; penyakit von Willebrand; Anemia Minkowski-Shoffar dan lain-lain Autosomal resesif: - fenilketonuria; - galaktosemia; - fibrosis kistik, dsb. Resesif pautan X: Hemofilia A dan B; Miopati Duchenne; Dan lain-lain. Dominan berkait-X: - riket tahan vitamin D; - pewarna coklat Enamel gigi, dsb.	CNS: beberapa bentuk epilepsi, skizofrenia, dll. Sistem kardiovaskular: reumatik, hipertensi, aterosklerosis, dll. Kulit: dermatitis atopik, psoriasis, dll. Sistem pernafasan: asma bronkial, alveolitis alahan, dll. Sistem kencing: urolithiasis, enuresis, dll. Sistem penghadaman: ulser peptik, kolitis ulseratif tidak spesifik, dsb.

Penyakit kromosom boleh disebabkan oleh anomali kromosom kuantitatif (mutasi genomik), serta anomali kromosom struktur (penyimpangan kromosom). Secara klinikal, hampir semua penyakit kromosom menampakkan diri sebagai ketidakupayaan intelek dan pelbagai kecacatan kongenital, selalunya tidak serasi dengan kehidupan.

Penyakit monogenik berkembang akibat kerosakan pada gen individu. Penyakit monogenik termasuk kebanyakan penyakit metabolik keturunan (fenilketonuria, galactosemia, mucopolysaccharidoses, cystic fibrosis, sindrom adrenogenital, glycogenoses, dll.). Penyakit monogenik diwarisi mengikut undang-undang Mendel dan, mengikut jenis pewarisan, boleh dibahagikan kepada autosomal dominan, autosomal resesif, dan X-linked.

Penyakit multifaktorial adalah poligenik, dan perkembangannya memerlukan pengaruh faktor persekitaran tertentu. Tanda-tanda umum penyakit multifaktorial adalah seperti berikut.

• Frekuensi tinggi dalam populasi.
• Polimorfisme klinikal yang jelas.
• Persamaan manifestasi klinikal dalam proband dan saudara terdekat.
• Perbezaan umur dan jantina.
• Bermula lebih awal dan beberapa peningkatan dalam manifestasi klinikal dalam generasi menurun.
• Keberkesanan terapeutik ubat yang berubah-ubah.
• Persamaan manifestasi klinikal dan lain-lain penyakit dalam saudara terdekat dan proband (pekali heritability untuk penyakit multifaktorial melebihi 50-60%).
• Ketidakkonsistenan corak pewarisan dengan undang-undang Mendel.

Untuk amalan klinikal, adalah penting untuk memahami intipati istilah "kecacatan kongenital", yang boleh tunggal atau berbilang, keturunan atau sporadis. Penyakit keturunan tidak termasuk penyakit kongenital yang berlaku semasa tempoh kritikal embriogenesis di bawah pengaruh faktor persekitaran yang tidak menguntungkan (fizikal, kimia, biologi, dll.) dan tidak diwarisi. Contoh patologi sedemikian boleh menjadi kecacatan jantung kongenital, yang sering disebabkan oleh kesan patologi semasa tempoh pembentukan jantung (trimester pertama kehamilan), contohnya, jangkitan virus tropika ke tisu jantung yang sedang berkembang; sindrom alkohol janin, anomali perkembangan anggota badan, aurikel, buah pinggang, saluran penghadaman, dll. Dalam kes sedemikian, faktor genetik hanya membentuk kecenderungan keturunan atau peningkatan kerentanan terhadap kesan faktor persekitaran tertentu. Menurut WHO, anomali perkembangan hadir dalam 2.5% daripada semua bayi baru lahir; 1.5% daripada mereka adalah disebabkan oleh tindakan faktor eksogen yang tidak menguntungkan semasa kehamilan, selebihnya adalah terutamanya sifat genetik. Perbezaan antara penyakit keturunan dan kongenital yang tidak diwarisi adalah sangat penting untuk meramalkan keturunan dalam keluarga tertentu.

[ 5 ]

Kaedah diagnostik penyakit keturunan

Pada masa ini, perubatan praktikal mempunyai seluruh senjata kaedah diagnostik yang membolehkan penyakit keturunan dikesan dengan kebarangkalian tertentu. Kepekaan diagnostik dan kekhususan kaedah ini berbeza-beza - sesetengah membenarkan hanya untuk menganggap kehadiran penyakit, manakala yang lain dengan ketepatan yang tinggi mengesan mutasi yang mendasari penyakit atau menentukan ciri perjalanannya.

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

Kaedah sitogenetik

Kaedah penyelidikan sitogenetik digunakan untuk mendiagnosis penyakit kromosom. Mereka termasuk:

• kajian kromatin seks - penentuan X- dan Y-chromatin;
• karyotyping (karyotype ialah set kromosom sel) - penentuan bilangan dan struktur kromosom untuk tujuan mendiagnosis penyakit kromosom (mutasi genomik dan penyimpangan kromosom).

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