Методы медицинской генетики

Методы медицинской  генетики.

Клинико-генеалогический  метод.

Генеалогия в широком  смысле слова — родословная. Генеалогический метод — метод родословных, т.е. прослеживание болезни (или признака) в семье или роду с указанием типа родственных связей между членами родословной.  В медицинской генетике этот метод называется клинико-генеалогическим, поскольку речь идёт о наблюдении патологических признаков с помощью приёмов клинического обследования.

Этот метод применяется:  1)для установления наследственного  характера признака; 2) при определении типа наследования и пенетрантности гена; 3) при анализе сцепления генов и картировании хромосом; 4) при изучении интенсивности мутационного процесса; 5) при расшифровке механизмов взаимодействия генов; 6) при медико-генетическом консультировании.

Суть генеалогического метода сводится к выявлению родословных  связей и прослеживанию признака или болезни среди близких  и дальних прямых и непрямых родственников. Технически он складывается из двух этапов: составления родословной и генеалогического анализа.

Помощь клинико-генеалогического метода в диагностике наследственной патологии очевидна. Так, если в родословной  обнаружена наследственная болезнь  и анализ показывает возможность  передачи её пробанду, то это позволяет  врачу даже при стёртой клинической симптоматике у пробанда (что и явилось причиной подробного генеалогического обследования) поставить диагноз данной наследственной болезни. 

Составление родословной.

Сбор сведений о  семье начинается с консультирующегося или с пробанда. Консультирующимся называется лицо, обратившееся к врачу или первым попавшее в поле зрения исследователя. Пробанд — больной или носитель изучаемого признака. Во многих случаях консультирующийся и пробанд являются одним и тем же лицом. Дети одной родительской пары называются сибсами (братья и сестры). Семьёй в узком смысле называют супружескую пару и их детей, но иногда и более широкий круг кровных родственников, хотя в последнем случае лучше использовать термин род.

Обычно родословная  собирается по одному или по нескольким признакам. Чисто технически она не может быть составлена по всем известным признакам, да в этом и нет надобности. Составление родословной сопровождают краткой записью о каждом члене родословной с точной характеристикой его родства по отношению к пробанду (легенда родословной). В дальнейшем для наглядности (или при публикации) родословную изображают графически. Для этого обычно пользуются стандартными символами. Если рассматриваемых признаков в родословной много, то можно прибегать к буквенным или штриховым различиям внутри символов. Изображение родословной обязательно сопровождается описанием обозначений под рисунком. Поколения обозначают римскими цифрами сверху вниз. Обычно цифры ставят слева от родословной. Арабскими цифрами нумеруют потомство одного поколения (весь ряд) слева направо последовательно. Братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождения. Супругов — членов родословной можно обозначать тем же номером, но со строчной буквой вслед за цифрой, если супруги кровно не связаны с членами родословной. В тех случаях, когда супруг не обследован на наличие рассматриваемого признака и его родословная не приводится, желательно не изображать его вообще. Все индивиды должны располагаться строго по поколениям в один ряд. «Подвешивание» символов между рядами поколений — довольно грубая ошибка. Если родословная очень обширная, то разные поколения располагаются не горизонтальными рядами, а концентрическими.

Для получения семейных сведений можно применять анкетирование. При правильном перечне вопросов и их доступности для понимания членами семьи, не имеющими медицинского образования, анкетирование даёт хорошую информацию. Очень важно провести личный осмотр и дополнительное обследование родственников больного, где это необходимо.

Подробное клинико-генеалогическое исследование проводится в тех случаях, когда при первичном клиническом осмотре возникает подозрение на наследственную болезнь. Следует подчеркнуть, что речь идёт о подробном обследовании членов семьи. В отличие от первичных элементов семейного анализа, которые применяются при любом первичном осмотре больного, при подробном клинико-генеалогическом обследовании речь идёт уже о целенаправленном глубоком обследовании членов семьи.

Генеалогический анализ. Первая задача при анализе родословной — установление наследственного характера признака. Если в родословной встречается один и тот же признак (или болезнь) несколько раз, то можно думать о наследственной природе. Однако надо прежде всего исключить возможность фенокопии. Например, если патогенный фактор действовал на женщину во время всех беременностей, то у такой женщины могут родиться несколько детей с одинаковыми врождёнными пороками. Другой пример: одни и те же профессиональные вредности или внешние факторы могут вызывать сходные заболевания у членов одной семьи. Если исключается действие сходных внешних факторов (а для разных поколений оно исключается с большей вероятностью), то говорят о наследственном характере болезни. С помощью генеалогического метода были открыты многие наследственные болезни.

После того как будет  обнаружен наследственный характер признака (болезни), необходимо установить тип наследования. 

Критерии  типов наследования.

Болезни с аутосомно-доминантным типом наследования.

Этот тип наследования характеризуется тем, что для развития болезни достаточно унаследовать мутантный аллель от одного из родителей. Для большинства болезней этого типа характерны такие патологические состояния, которые не наносят серьёзного ущерба здоровью человека и в большинстве случаев не влияют на его способность иметь потомство.

1. Болезнь встречается в каждом поколении родословной, что называют передачей болезни по вертикали.

2. Соотношение больных и здоровых приближается к 1:1.

3. У нормальных детей больных родителей все дети нормальные.

4. Соотношение больных мальчиков и девочек равное.

5. Больные мужчины и женщины одинаково передают болезнь своим детям — мальчикам и девочкам.

6. Чем тяжелее болезнь отражается на репродукции, тем больше пропорция

спорадических случаев (новые мутации).

7. Гомозиготы могут рождаться от двух больных родителей. Болезнь у них протекает обычно тяжелее, чем у гетерозигот.

Доминантно наследуемые  состояния характеризуются полиморфизмом  клинических проявлений не только в  разных семьях, но и среди членов одной семьи. Например, при нейрофиброматозе у одних больных в семье могут быть множественные нейрофибромы, а у других — лишь единичные кожные проявления. Наиболее часто в широкой практике врачей встречаются следующие генные болезни с аутосомно-доминантным типом наследования: нейрофиброматоз 1-го типа (болезнь Реклингхаузена), синдромы Марфана, Элерса—Данло, ахондроплазия. Несовершенный остеогенез, миотоническая дистрофия, хорея Гентингтона.

Болезни с аутосомно-рецессивным типом наследования.

Заболевания с данным типом наследования проявляются только у гомозигот. Гетерозиготы фенотипически (клинически) не отличаются от здоровых лиц с двумя нормальными аллелями. Для редких аутосомно-рецессивных заболеваний характерно следующее.

1. Родители обычно клинически нормальны.

2. Чем больше детей в семье, тем чаще встречается более одного больного ребёнка.

3. Чем реже встречается мутантный ген в популяции, тем чаще родители больного ребёнка являются кровными родственниками.

4. Если больны оба супруга, то все дети будут больными.

5. В браке больного со здоровым рождаются нормальные дети (если здоровый не гетерозиготен).

6. В браке больного с носителем мутантного аллеля рождаются 50% больных детей, что имитирует доминантный тип наследования (псевдодоминирование).

7. Оба пола поражаются одинаково.

Браки, в которых  оба родителя гетерозиготны, встречаются  наиболее часто. Сегрегация потомства  соответствует менделевскому соотношению 1 (здоровый): 2 (гетерозиготы): 1 (больной). Риск появления больного ребёнка  в таком браке составляет 25%. Малодетность современных семей затрудняет установление рецессивного типа наследования болезни, но этому способствуют два обстоятельства: 1) рождение ребёнка в кровнородственном браке и 2) выявление биохимического дефекта у обоих родителей, если при заболевании известен первичный биохимический дефект.

Наиболее типичными  болезнями с аутосомно-рецессивным  типом наследования являются муковисцидоз, фенилкетонурия, галактоземия, гепатолентикулярная  дегенерация (болезнь Вильсона—Коновалова), адреногенитальный синдром, мукополисахаридозы.

Болезни с Х-сцепленным доминантным  типом наследования.

Особенности наследования этих болезней обусловлены тем, что  у женщин две Х-хромосомы, а у  мужчин одна. Женщина, унаследовав от одного из родителей патологический аллель, является гетерозиготой, а мужчина — гемизиготой. Основные характеристики родословных при этом типе наследования следующие.

1. Поражаются и мужчины, и женщины, но больных женщин в 2 раза больше, чем мужчин.

2. Больные женщины в среднем передают патологический аллель 50% сыновей и 50% дочерей.

3. Больной мужчина передает патологический аллель всем дочерям и не передает сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-хромосому.

4. В среднем женщины (они гетерозиготны) болеют менее тяжело, чем мужчины (они гемизиготны). Болезнь более вариабельна по клиническим проявлениям у гетерозиготных женщин.

По Х-сцепленному  доминантному типу наследуется витамин D-резистентный рахит (наследственная гипофосфатемия). Если болезнь тяжёлая  и летальна у гемизигот (синдром недержания пигмента, рото-лице-пальцевой синдром, синдром Гольтца—Горлина), то все мальчики умирают. Больными бывают только девочки.

Болезни с Х-сцепленным рецессивным типом наследования.

При редко встречающихся  болезнях с этим типом наследования женщины практически всегда гетерозиготны, т.е. они фенотипически нормальны (здоровы) и являются носительницами. Больными бывают только мужчины.

1. Больные — только мальчики.

2. Около 2/3 случаев «происходит» от матерей-носительниц, 1/3 — за счёт новых мутаций в Х-хромосоме матери.

3. В унаследованных случаях у больных мальчиков могут быть больные братья и дяди по матери.

4. Новые мутации являются спорадическими или изолированными случаями.

5. Сестры больных братьев при унаследованных случаях имеют 50% вероятность быть тоже носительницами патологического аллеля.

6. Сёстры-носительницы передают ген 50% сыновей (они больные) и 50% дочерей (они носительницы).

7. Здоровые мужчины не передают болезни.

Если репродукция  при данной болезни не нарушена (гемофилия, недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы), то наследование характеризуется следующим образом.

1. Доля унаследованных случаев более 2/3.

2. Больные мужчины передают патологический аллель всем своим дочерям иникому из сыновей.

3. Все фенотипически нормальные дочери больных мужчин являются носительницами.

4. В браке женщины-носительницы с больным мужчиной 50% дочерей больны, 50% носители, 50% сыновей больны, 50% здоровые.

5. Иногда гетерозиготные женщины могут быть больными в связи с гетерохроматинизацией хромосомы с нормальным аллелем случайно во всех или почти во всех клетках.

К  Х-сцепленным рецессивным  болезням относятся умственная отсталость с ломкой Х-хромосомой, гемофилия, мышечная дистрофия Дюшенна—Беккера, синдром  Хантера (мукополисахаридоз II типа), синдром Леша—Нихена.

Y-сцепленный  тип наследования.

Признак передаётся всем мальчикам. Естественно, что патологические мутации, затрагивающие формирование семенников или сперматогенез, наследоваться не могут, потому что такие индивиды стерильны.

Митохондриальная  наследственность.

Митохондрии передаются с цитоплазмой яйцеклеток. Спермин не имеют митохондрий, поскольку цитоплазма элиминируется при созревании мужских половых клеток. Генные мутации в митохондриальной ДНК обнаружены при атрофии зрительного нерва Лебера, митохондриальных миопатиях, доброкачественной опухоли (онкоцитоме), при прогрессирующих офтальмоплегиях.

Для митохондриальной наследственности характерны следующие  признаки.

1. Болезнь передаётся только от матери.

2. Больны и девочки, и мальчики.

3. Больные отцы не передают болезни ни дочерям, ни сыновьям. 

Цитогенетические  методы .

Микроскопические  методы изучения хромосом человека применяются  с конца XIX века. Соединение цитологического  наблюдения хромосом с генетическим анализом сегрегации и сцепления генов привело к рождению цитогенетики. Термин «цитогенетика» введён В. Саттоном в 1903 г. Под термином «цитогенетика» понимают область науки, изучающей структуру и функции хромосом. Цитогенетические методы предназначены для изучения структуры хромосомного набора или отдельных хромосом. Наиболее распространённым методом в цитогенетике человека является световая микроскопия. Электронная и конфокальная лазерная микроскопия применяется в современной цитогенетике только с исследовательскими целями.

Объектом цитогенетических наблюдений могут быть делящиеся  соматические, мейотические и интерфазные  клетки. Большинство цитогенетических исследований выполняется на соматических клетках.