курс лекции по генетике. Курс лекций по дисциплине генетика человека с основами медицинской генетики
 Скачать 0.55 Mb.
|
|
Тема: Генеалогический метод изучения наследственности. Близнецовый метод. Биохимический метод. Цитогенетический метод. Дерматоглифический метод. Популяционно – статистический метод. Иммуногенетический метод. Методы пренатальной диагностики. Содержание лекции: Особенности изучения наследственности человека как специфического объекта генетического анализа. Генеалогический метод. Методика составления родословных и их анализ. Особенности родословных при аутосомно-доминантном, аутосомно-рецессивном и сцепленным с полом наследовании. Близнецовый метод. Роль наследственности и среды в формировании признаков. Биохимический метод. Качественные тесты, позволяющие определять нарушения обмена веществ. Цитогенетический метод. Основные показания для цитогенетического исследования. Кариотипирование – определение количества и качества хромосом. Методы экспресс- диагностики Х и Y хроматина. Метод дерматоглифики. Методы генетики соматических клеток (простое культивирование, гибридизация, клонирование, селекция). Популяционно – статистический метод. Закон Харди-Вайнберга. Иммуногенетический метод. Методы пренатальной диагностики (УЗИ, амниоцентез, биопсия хориона, определение фетопротеина). Генетика человека изучает явления наследственности и изменчивости в популяциях людей, особенности наследования нормальных и патологических признаков, зависимость заболевания от генетической предрасположенности и факторов среды. Задачей медицинской генетики является выявление и профилактика наследственных болезней. Человек как объект генетических исследований имеет большую специфику, которая создаёт значительные трудности в изучении его наследственности и изменчивости: невозможность направленных скрещиваний; позднее половое созревание; малочисленность потомства; невозможность обеспечения одинаковых и строго контролируемых условий для развития потомков от разных браков; большое число хромосом; невозможность проведения прямых экспериментов. Генеалогический метод - это метод изучения родословных с помощью которого прослеживается распределение болезни (признака) в семье или в роду с указанием типа родственных связей между членами родословной. При клинико-генеалогическом методе выделяют два последовательных этапа: • составление родословной и ее графическое изображение; • генетический анализ полученных данных. Сбор сведений о семье начинается с пробанда – индивида, который является предметом интереса врача (исследователя) к данной конкретной родословной. Чаще всего это больной или носитель изучаемого признака. Для анализа и наглядного представления собранной информации используют графическое изображение родословной. Для этого используют стандартные символы и приемы. Однако в зависимости от задач, целей и особенностей родословной составитель может использовать собственные обозначения с обязательным их объяснением под рисунком. Поколения обозначаются римскими цифрами сверху вниз. Обычно они ставятся слева от родословной. Последние поколения предков, по которым собрана информация, получает обозначение I поколения. Арабскими цифрами нумеруется потомство одного поколения (весь ряд) слева направо последовательно. Братья и сестры располагаются в родословной в порядке рождения (от старших к младшим). Таким образом, каждый член родословной имеет свой шифр, например, II – 3, III – 5. В тех случаях, когда супруг не исследован на наличие рассматриваемого признака и его родословная не приводится, желательно не изображать его вообще. Все индивиды одного поколения должны располагаться строго в один ряд, поэтому предпочтительно рисовать родословную на разлинованной бумаге. «Подвешивание» символов между рядами поколений является грубой ошибкой. Если родословная очень обширная, то разные поколения располагаются не горизонтальными рядами, а концентрическими. Графическое изображение родословной должно сопровождаться «легендой родословной», которая является обязательным элементом описания родословной и включает: 1) описание состояния здоровья члена родословной, информация о котором важна для понимания характера наследования заболевания (признака) или особенностей его клинического проявления; 2) возраст начала и характер течения заболевания у пораженных; 3) причину смерти и возраст на момент смерти члена родословной; 4)описание методов диагностики и идентификации заболеваний, перечень источников медицинских и других сведений. При применении генеалогического метода важно отмечать в родословной лично обследованных на наличие признака (к этому также можно приравнять получение сведений из объективного источника, например, истории болезни) и необследованных, сведения о которых получены из ответов пробанда или родственников, а также из анкет. Нужно стремиться к получению наиболее полного и объективного первичного материала, который является основой статистического и генетического анализа и, соответственно, залогом правильности и точности полученных в результате выводов. Генеалогический анализ родословной. Целью генеалогического анализа является установление генетических закономерностей. Первая задача при анализе родословной – установление наследственного характера признака. Если в родословной встречается один и тот же признак (или болезнь) несколько раз, можно думать о его наследственной природе. Однако надо, прежде всего, исключить возможность фенокопии (заболевание сходно с наследственным заболеванием, в то время как причиной его развития является средовой фактор). Например, если патогенный фактор действовал на женщину во время всех ее беременностей, то у нее может родиться несколько детей с одинаковыми врожденными аномалиями. С другой стороны, действие одних и тех же внешних факторов (профессиональных, бытовых и т.д.) на нескольких членов родословной способно также вызывать у них сходные заболевания. Таким образом, если исключается действие сходных внешних факторов, а для представителей разных поколений оно исключается с большей вероятностью, то можно думать о наследственном характере заболевания. После того как установлен наследственный характер заболевания (признака), необходимо установить тип наследования. Для этого используют принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных, полученных из родословной. Нетрудно понять, что в большинстве случаев расчеты соотношения числа больных и здоровых в одной конкретной семье могут дать неправильное представление о типе наследования. Это связано, главным образом, со случайным характером наследования различных аллелей. В каждой конкретной семье соотношение больных и здоровых детей может значительно отличаться от теоретически ожидаемых соотношений, характерных для определенного типа наследования. Однако характер родословной, особенности передачи заболевания (признака) в поколениях, соответствие их критериям наследования того или иного типа позволяют сделать определенный вывод о типе наследования патологии (признака) в конкретной семье. Менделевским закономерностям наследования подчиняются только моногенные наследственные заболевания, т.е. заболевания этиологическим фактором которых является мутация одного гена. В зависимости от локализации и свойств гена, различают аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный типы наследования, когда ген расположен в одной из 22 пар аутосом (неполовых хромосом), Х-сцепленные доминантный и рецессивный типы наследования, когда ген расположен в Х-хромосоме, У-сцепленное (голандрическое) наследование, когда ген расположен в У-хромосоме, а также митохондриальное (материнское или цитоплазматическое) наследование, когда мутация происходит в геноме митохондрий. Аутосомно-доминантный тип наследования. Если заболевание обусловлено редким аутосомно-доминантным геном, то абсолютное большинство больных в популяции рождаются в браках между пораженным и здоровым супругом. В этом случае один из родителей гетерозиготен по аутосомно-доминантному гену (Аа), а другой гомозиготен по нормальному аллелю (аа). В таком браке возможны следующие варианты генотипов у потомства: Аа, аа. Таким образом, каждый будущий ребенок вне зависимости от его пола имеет 50% вероятность получить от больного родителя как аллель А (и следовательно, быть пораженным), так и нормальный аллель а и быть здоровым. Таким образом, отношение числа здоровых детей в потомстве к числу пораженных равно 1:1 и не зависит от пола ребенка. В целом основными критериями, позволяющими заподозрить аутосомно-доминантный тип наследования заболевания, являются следующие: заболевание проявляется в каждом поколении без пропусков («вертикальный» тип); каждый ребенок родителя, больного аутосомно-доминантным заболеванием, имеет 50% риск унаследовать это заболевание; непораженные дети больных родителей свободны от мутантного гена и имеют здоровых детей; заболевания наследуются лицами мужского и женского пола одинаково часто и со сходной клинической картиной. Исключения из правила о проявлении аутосомно-доминантных заболеваний в каждом поколении составляют случаи новой мутации (спорадические случаи) или неполной пенетрантности (проявляемое™) гена. Спорадическим называется единственный случай наследственного заболевания в семье. Он может являться следствием мутации вновь возникшей в зародышевых клетках одного из здоровых родителей. В случае неполной пенетрантности в родословной с аутосомно-доминантным типом наследования появятся случаи пропуска или «проскока» поколения, т.е. индивид будет иметь пораженного предка и пораженного потомка, а сам при этом будет здоров. На сегодняшний день описано около 3000 аутосомно-доминантных признаков человека. Наиболее часто в клинической практике встречаются следующие моногенные заболевания с аутосомно-доминантным типом наследования: семейная гиперхолестеринемия, синдром Марфана, нейрофиброматоз 1 типа (болезнь Реклингхаузена), синдром Элерса-Данло, миотоническая дистрофия, ахон-дроплазия, несовершенный остеогенез и другие. Аутосомно-рецессивный тип наследования. Заболевания с этим типом наследования проявляются только у гомозигот, которые получили по одному рецессивному гену от каждого из родителей. Оно встречается у сибсов пробанда, но иногда встречается и в боковых ветвях родословной. Характерным для аутосомно-рецессивных заболеваний является брак типа Аа х Аа (оба родителя здоровы, но являются носителями мутантного гена). Вероятность рождения больного ребенка в таком браке составляет 25%. Дети с рецессивными заболеваниями имеют, как правило, фенотипически здоровых родителей, и такие семьи можно определить только после рождения больного ребенка. В популяции встреча двух носителей редкого аутосомно-рецессивного гена – нечастое событие, однако, вероятность его значительно возрастает в случае кровного родства супругов. Именно поэтому рецессивные заболевания часто проявляются в кровнородственных браках. Для редких аутосомно-рецессивных заболеваний характерны следующие признаки: родители больного ребенка, как правило, здоровы и являются гетерозиготными носителями патологического аллеля; мальчики и девочки заболевают одинаково часто; повторный риск рождения ребенка с аутосомно-рецессивным заболеванием составляет 25%; отмечается «горизонтальное» распределение больных, т.е. пациенты чаще встречаются в пределах одного потомства одной родительской пары; • наблюдается увеличение частоты больных детей в родственных браках, причем, чем реже аутосомно-рецессивные заболевания, тем чаще больные происходят из кровнородственных браков; • в браке двух пораженных родителей все дети будут больны. В браке пораженного индивида и гетерозиготного носителя того же мутантного аллеля риск для будущих детей составит 50% как при аутосомно-доминантном типе наследования, а не 25% как должно быть при типичном аутосомно-рецессивном наследовании, поэтому этот вариант аутосомно-рецессивного наследования носит название псевдодоминирование. На сегодняшний день известно более 1600 аутосомно-рецессивных заболеваний. По аутосомно-рецессивному типу наследуется абсолютное большинство наследственных заболеваний обмена веществ (ферментопатий). Наиболее частыми и значимыми в клиническом отношении болезнями с аутосомно-рецессивным типом наследования являются: муковисцидоз (кистофиброз поджелудочной железы), фенилкетонурия, адреногенитальный синдром, многие формы нарушения слуха или зрения, мукополисаридозы, гликогенозы. Наследование, сцепленное с Х-хромосомой. Гены, локализованные в половых хромосомах, по-разному распределяются у мужчин и женщин. В клинической генетике практическое значение имеют Х-сцепленные заболевания, т.е. такие, когда патологический ген расположен на Х-хромосоме. Распределение Х-сцепленного признака зависит от распределения Х-хромосомы, несущей аномальный ген. Учитывая то, что у женщин имеется две Х-хромосомы, а у мужчин одна, женщина, унаследовав патологический аллель, будет гетерозиготой, а мужчина – гемизиготой. Этим определяются основные различия в частоте и тяжести поражения различных полов при Х-сцепленном наследовании, как доминантном, так и рецессивном. Доминантный Х-сцепленный тип наследования. Заболевания с Х-сцепленным доминантным типом наследования встречаются в 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. Главная характеристика Х-сцепленного доминантного наследования заключается в том, что больные мужчины передают аномальный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Больная женщина передает Х-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола. Основными признаками Х-сцепленного доминантного типа наследования являются следующие • болезнь встречается у мужчин и женщин, но у женщин примерно в два раза чаще; больной мужчина передает мутантный аллель всем своим дочерям, и не передает сыновьям, поскольку последние получают от отца Y-хромосому; больные женщины передают мутантный аллель 50% своих детей независимо от пола; женщины в случае болезни страдают менее тяжело (они гетро-зиготы), чем мужчины (являющиеся гемизиготами). Крайней степенью выраженности неравномерности поражения полов при этом типе наследования является существование заболеваний, которыми болеют только индивиды женского пола, в то время как индивиды мужского пола, унаследовавшие патологический аллель гибнут еще внутриутробно. Подобные редкие заболевания относят к Х-сцепленным доминантным заболеваниям с летальным эффектом у плодов мужского пола (например, синдром недержания пигмента, фокальная кожная гипоплазия). К заболеваниям, характеризующимся Х-сцепленным доминантным наследованием, относятся витамин Д-резистентный рахит (рахит, не поддающийся лечению обычными дозами витамина Д), рото-лице-пальцевый синдром и другие болезни. Рецессивный Х-сцепленный тип наследования. Х-сцепленное рецессивное заболевание (или признак) всегда проявляется у мужчин, имеющих соответствующий ген, а у женщин – только в случаях гомозиготного состояния (что наблюдается крайне редко). заболевание встречается в основном у лиц мужского пола; признак (заболевание) передается от больного отца через его фенотипически здоровых дочерей половине его внуков; заболевание никогда не передается от отца к сыну; у женщин-носителей иногда выявляются субклинические признаки патологии; • в браке женщины-носительницы с больным мужчиной 50% дочерей будут больны, 50% дочерей будут носителями; 50% сыновей также будут больны, а 50% сыновей – здоровые (при заболеваниях, не снижающих репродуктивную способность больных мужчин). Выраженные клинические симптомы Х-сцепленных рецессивных заболеваний у женщин могут также наблюдаться в случае сочетания у них этого моногенного дефекта с хромосомной патологией, в частности с синдромом Шерешевского-Тернера, когда у женщины отсутствует одна из двух Х-хромосом, а также при случайной инактивации Х-хромосомы, несущей нормальный аллель в большинстве клеток организма. Y-сцепленное или голандрическое наследование. Длительное время полагали, что Y-хромосома содержит только генетически неактивные участки. В настоящее время в Y-хромосоме выявлена локализация около 100 генов, в том числе гены, определяющие развитие семенников, отвечающие за сперматогенез, контролирующие интенсивность роста, определяющий оволосение ушной раковины, средних фаланг кистей и некоторые другие. Признак, гены которого локализованы в Y-хромосоме, передается от отца всем мальчикам и только мальчикам. Патологические мутации, обусловливающие нарушения формирования семенников или сперматогенеза, не наследуются в связи со стерильностью их носителей. Близнецовый метод – исследование генетических закономерностей на близнецах, а также изучение многоплодия. Сутью метода является сопоставление ряда признаков в группах близнецов, исходя из положения равенства или различия их генотипов и средовых факторов. В формировании признаков человека участвуют наследственность и среда. Но преобладание роли наследственности и среды для развития каких-то конкретных признаков различны. Так, группы крови человека определяются исключительно генотипом, а для реализации ряда инфекционных заболеваний главным критерием является контакт индивида с возбудителем, хотя толерантность к инфекции также детерминирована генетически. Около 1% рождений приходится на близнецов. Доля однояйцевых близнецов составляет 1/3. При этом однояйцевые близнецы всегда однополые, среди двуяйцевых близнецов одинаковы по полу около 50%. Различия, которые обнаруживаются между партнерами – двуяйцевыми близнецами, но отсутствуют у однояйцевых, обусловлены различиями в наследственных факторах, а различия, которые в равной мере прослеживаются у партнеров двуяйцевых и партнеров однояйцевых близнецов, обусловлены, в основном, средовыми факторами. Анализ близнецов является уникальной возможностью оценки соотношений экзогенной и эндогенной детерминированности индивидуальных особенностей человека, что частично возмещает невозможность прямого генетического эксперимента. Близнецы могут быть монозиготными (однояйцевыми), т.е развивающимися из одной яйцеклетки, и дизиготными (двуяйцевыми), развивающимися из двух яйцеклеток. Дизиготные близнецы обладают 50% одинаковых генов и обладают большим по сравнению с обычными сибсами средовым сходством (у них одно и то же время зачатия, идентичные условия эмбрионального и постэмбрионального периода и др.). Близнецовый метод предполагает сопоставление монозиготных близнецов с дизиготными, представителей монозиготных пар между собой и близнецов с остальной популяцией. Этапы исследования включают составление выборки, установление зиготности, сопоставление пар и групп близнецов по признакам. Составление выборки предопределяет выделение из популяции всех близнецов, а затем тех из них, которые имеют интересующий исследователя признак. Второй вариант заключается в том, что из исследуемой группы выделяют всех индивидов, имеющих конкретный признак, а затем из них отсеивают близнецов. Включению в выборку подвергаются лишь те пары, в которых можно обследовать обоих близнецов. Диагностика зиготности осуществляется методом полисимптомного сходства. Для этого близнецы сравниваются по внешним признакам (пигментация кожи, волос, цвет радужной оболочки, форма носа, губ, ушей, масса, рост и т. д.). Кроме того, используется сопоставление некоторых эритроцитарных и сывороточных систем крови, например, ABO, Kell, Duffy, Lewis и др., а также методы дерматоглифики, пересадки кожи, электрофореза белков сыворотки крови, смешанной культуры лимфоцитов. Более точная диагностика зиготности осуществляется, если эти же тесты могут быть воспроизведены у родителей. Наиболее точным показателем установление монозиготности является приживление пересаженных кусочков кожи от одного близнеца другому. В больших выборках для диагностики зиготности используется метод анкетирования, дающий в 80-90% правильную оценку. Если какой-либо качественный признак, например, симптом болезни или само заболевание, оказывается одинаковым у обоих близнецов, то пара называется конкордантной по данному признаку. Если признак зарегистрирован лишь у одного близнеца – дискордантной. В случаях, когда признак отсутствует у обоих близнецов – пара исключается из выборки. Интерес представляет также анализ инфекционной и неинфекционной патологии, регистрируемой у близнецов. Такие заболевания, как корь, одинаково часто поражают партнеров однояйцевых и двуяйцевых пар, что подчеркивает превалирование в их реализации внешнего фактора. Доминирование наследственного фактора демонстрируется в случаях врожденного стеноза привратника. Если один партнер из пары монозиготных близнецов имеет данное заболевания, то у второго партнера патология регистрируется в 66,7%. Конкордантность по стенозу привратника у дизиготных близнецов составляет только 3,4%. Близнецовый метод особенно эффективен при использовании его в области геронтологической генетики, генетики гистосовместимости, генетики способностей, а также при изучении роли наследственности и среды при различной направленности одаренности человека. Так, наследование потомством особенностей, приобретенных родителями в ходе индивидуального развития, показывает, что высшая нервная деятельность определяется условными рефлексами, не унаследованными, а выработанными индивидуально и достижимый уровень умственной деятельности в значительной мере определяется условиями среды. У монозиготных близнецов, воспитывающихся в разных условиях, почти полностью сохраняется внешнее сходство, но результаты тестов, определяющих коэффициент интеллекта, могут весьма различаться. Таким образом, наряду с большим количеством признаков, определяющихся наследственным фактором, имеют место ненаследуемые, индивидуально приобретенные особенности, которые, в частности, определяют функции нервной системы. Биохимические методы, используемые в области медицинской и клинической генетики, позволяют сделать определение фенотипа. При этом оценка последнего осуществляется на уровнях от полипептидной цепи до метаболитов в биологических жидкостях (моче, сыворотке, плазме крови, форменных элементах крови, культуре клеток, поте). Первичная диагностика объединяет массовые просеивающие и селективные диагностические программы. Показаниями к использованию просеивающих программ является наличие наследственной патологии в семье, определенный возраст предполагаемых родителей (35 лет у женщин, 45 и старше у мужчин), повторные спонтанные аборты, ряд мультифакториальных заболеваний (эпилепсия, сахарный диабет). К просеивающим программам относят определение в сыворотке беременных женщин концентрации афетопротеина (АФП), уровня хорионического гонадотропина человека (ХГЧ), уровня несвязанного эстриола, ассоциированного с беременностью плазменного белка-А, сывороточного активина-А. Высокие концентрации АФП могут иметь место в случаях врожденных дефектов медуллярной трубки. Снижение концентрации АФП и эстриола, а также высокий уровень ХГЧ может иметь место в крови беременной плодом с болезнью Дауна. Селективные диагностические программы, определяющие патологию обмена в крови и моче, используют в случаях подозрения на наличие пациента генной наследственной болезни. Так, проба с хлоридом железа меняет цвет мочи новорожденного и позволяет выявить фенилкетонурию. Показаниями к использованию данной группы методов являются наличие ряда клинических симптомов (желтуха, судороги, рвота, гипотония), а также изменение некоторых качественных и количественных показателей биологических жидкостей. Так, черно-коричневый цвет мочи может быть при алкаптонурии; красный – при гематурии, порфирии, гемоглобинурии; коричневый – при метгемоглобинурии; молочно-белый – при липурии. Запах кленового сиропа мочи может иметь место при одноименной болезни; сернистый – при цистинурии; сырный – при изовалериановой ацидемии. Микроскопия осадка мочи в ряде случаев обнаруживает кристаллы оксалата, тирозина, цистина, лейкина, мочевой кислоты, ксантина, что может быть проявлением гипероксалурии, тирозиноза, цистинурии, лейциноза, ксантинурии. Метахроматические гранулы в моче являются следствием метахроматической лейкодистрофии, мукополисахаридоза. Кроме того, биохимические методы используются в диагностике гетерозиготных состояний (недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы). Более точными методами, относящимися к биохимическим, являются тонкослойная и газовая хроматография, электрофорез, флюорометрические методы и т. д. Цитогенетика представляет собой область генетики, изучающей структуры хромосом и их функции. В этих целях чаще используется световая микроскопия. Объектом исследования могут быть соматические клетки. В подавляющем большинстве случаев изучению подвергаются костный мозг, хорион, ткани семенников. Но более информативные результаты могут быть получены при исследовании на культурах клеток, освобожденных от соединительной ткани. Показания для проведения цитогенетических исследований Показания для цитогенетического исследования достаточно широкие, особенно при акушерско-гинекологической и детской патологии. Ниже приводиться перечень (возможно, неполный) состояний, при которых с диагностическими целями надо иметь результаты цитогенетического исследования, проведенного у пациента (пробанда) и при случае необходимости у его родственников. 1. Подозрение на хромосомную болезнь по клинической симптоматике (для подтверждения диагноза). 2. Наличие у ребенка множественных врожденных пороков развития, не относящихся к генному синдрому. 3. Многократные (более двух) спонтанные аборты, мертворождения или рождения детей с врожденными пороками развития. 4. Нарушение репродуктивной функции неясного генеза у женщин и мужчин (первичная аменорея, бесплодный брак и др.). 5. Существенная задержка умственного и физического развития у ребенка. 6. Пренатальная диагностика (по возрасту, в связи с наличием транслокации у родителей, при рождении предыдущего ребенка с хромосомной болезнью. 7. Подозрение на синдромы, характеризующиеся хромосомной нестабильностью (учет хромосомных аберраций и СХО ). 8. Лейкозы (для дифференциальной диагностики, оценки эффективности лечения и прогноза течения). 9. Оценка мутагенных воздействий (радиационных, химических). Кариотипированием называют исследование количества и строения хромосом. Для изучения хромосом чаще всего используют препараты кратковременной культуры крови, а также клетки костного мозга и культуры фибробластов. Доставленную в лабораторию кровь с антикоагулянтом подвергают центрифугированию для осаждения эритроцитов, а лейкоциты инкубируют в культуральной среде 2-3 дня. К образцу крови добавляют фитогемагглютинин, так как он ускоряет агглютинацию эритроцитов и стимулирует деление лимфоцитов. Наиболее подходящая фаза для исследования хромосом - метафаза митоза, поэтому для остановки деления лимфоцитов на этой стадии используют колхицин. Добавление этого препарата к культуре приводит к увеличению доли клеток, находящихся в метафазе, то есть в той стадии клеточного цикла, когда хромосомы видны лучше всего. Каждая хромосома реплицируется (производит свою копию) и после соответствующей окраски видна в виде двух хроматид, прикреплённых к центромере, или центральной перетяжке. Затем клетки обрабатывают гипотоническим раствором хлорида натрия, фиксируют и окрашивают. Для окраски хромосом чаще используют краситель Романовского-Гимзы, 2% ацеткармин или 2% ацетарсеин. Они окрашивают хромосомы целиком, равномерно (рутинный метод) и могут быть использованы для выявления численных аномалий хромосом человека. Для получения детальной картины структуры хромосом, идентификации (определения) отдельных хромосом или их сегментов используют различные способы дифференциального окрашивания. Наиболее часто применяют методы Гимза, а также G- и Q-бендинга. При микроскопии препарата по длине хромосомы выявляется ряд окрашенных (гетерохроматин) и неокрашенных (эухроматин) полос. Характер поперечной исчерченности, получаемый при этом, позволяет идентифицировать каждую хромосому в наборе, так как чередование полос и их размеры строго индивидуальны и постоянны для каждой пары. Метафазные пластинки отдельных клеток фотографируют. Из фотографий вырезают индивидуальные хромосомы и наклеивают их по порядку на лист бумаги; такая картина хромосом называется кариотипом. Применение дополнительного окрашивания, а также новые методы получения хромосомных препаратов, позволяющих растягивать хромосомы в длину, значительно увеличивают точность цитогенетической диагностики. Для описания кариотипа человека разработана специальная номенклатура. Нормальный кариотип мужчины и женщины обозначают как 46, XY и 46, XX соответственно. При синдроме Дауна, характеризующемся наличием дополнительной хромосомы 21 (трисомия 21), кариотип женщины описывают как 47, XX 21+, а мужчины - 47, XY, 21+. При наличии структурной аномалии хромосомы необходимо указать изменённое длинное или короткое плечо: буквой р обозначают короткое плечо, q - длинное плечо, t - транслокацию. Так, при делеции короткого плеча хромосомы 5 (синдром «кошачьего крика») женский кариотип описывают как 46, XX, 5р-. Мать ребёнка с транслокационным синдромом Дауна - носительница сбалансированной транслокации 14/21 имеет кариотип 45, XX, t(14q; 21q). Транслокационная хромосома образуется при слиянии длинных плеч хромосомы 14 и 21, короткие плечи при этом теряются. Каждое плечо разделяется на районы, а они в свою очередь - на сегменты, и те и другие обозначают арабскими цифрами. Центромера хромосомы является исходным пунктом для отсчёта районов и сегментов. Таким образом, для топографии хромосом используют четыре метки: номер хромосомы, символ плеча, номер района и номер сегмента в пределах данного района. Например, запись 6р21.3 означает, что речь идёт о хромосоме 6-й пары, её коротком плече, районе 21, сегменте 3. Существуют ещё дополнительные символы, в частности pter - конец короткого плеча, qter - конец длинного плеча. Цитогенетический метод исследования позволяет обнаружить делеции и другие изменения в хромосомах только размером приблизительно в 1 млн оснований (нуклеотидов). Методы экспресс-диагностики определения Х и Y хроматина. Половой хроматин представляет собой хромотиновое тельце, находящееся в ядрах различных типов клеток. Обычно тельце полового хроматина имеет форму небольшого треугольника, расположенного основанием на ядерной мембране и вершиной, направленной к центру ядра. Иногда форма может быть в виде полулуния, обращенного выпуклой частью к мембране. Наличие данного образования свидетельствует о том, что одна из Х-хромосом женского организма неактивна. Неактивная Х-хромосома может быть либо отцовского, либо материнского происхождения. Инактивация происходит в раннем эмбриогенезе и остается фиксированной во время дальнейшего размножения и развития клеточной линии. Однако имеет место изменчивость полового хроматина в зависимости от периода клеточного цикла. Таким образом, половой хроматин представляет собой внутриядерную структуру и является гетерохроматизированной Х-хромосомой. Инактивация Х-хромосомы, морфологически выражающаяся наличием в интерфазном ядре полового хроматина, является механизмом, при помощи которого достигается компенсация дозы генов, сцепленных с полом. В клетках женского организма половой хроматин определяется не в 100% случаев. Например, при кариотипе 45X0 половой хроматин не будет определяться. Если половой хроматин выявлен в клетках мужского организма, то следует задуматься, не является ли это отражением количественного превышения нормы Х-хромосом как, например, при кариотипе 47XXY. Определение Х- и Y-хроматина часто называют методом экспресс-диагностики пола. Исследуют клетки слизистой оболочки ротовой полости вагинального эпителия или волосяной луковицы. В ядрах клеток женщин в диплоидном наборе присутствуют две хромосомы X, одна из которых полностью инактивирована (спирализована, плотно упакована) уже на ранних этапах эмбрионального развития и видна в виде глыбки гетерохроматина, прикреплённого к оболочке ядра. Инактивированная хромосома X называется половым хроматином или тельцем Барра. Для выявления полового Х-хроматина (тельца Барра) в ядрах клеток мазки окрашивают ацетарсеином и препараты просматривают с помощью обычного светового микроскопа. В норме у женщин обнаруживают одну глыбку Х-хроматина, а у мужчин её нет. Для выявления мужского Y-полового хроматина (F-тельце) мазки окрашивают акрихином и просматривают с помощью люминисцентного микроскопа. Y-хроматин выявляют в виде сильно светящейся точки, по величине и интенсивности свечения отличающейся от остальных хромоцентров. Он обнаруживается в ядрах клеток мужского организма. Отсутствие тельца Барра у женщин свидетельствует о хромосомном заболевании - синдроме Шерешевского-Тернера (кариотип 45, ХО). Присутствие у мужчин тельца Барра свидетельствует о синдроме Кляйнфелтера (кариотип 47, XXY). Определение Х- и Y-хроматина - скрининговый метод, окончательный диагноз хромосомной болезни ставят только после исследования кариотипа. Дерматоглифика - это оценка рисунка кожи. Различают дактилоскопию (рисунок кожи пальцев), пальмоскопию (строение ладони) и плантоскопию (строение подошв). По характеру кожного рисунка или строению ладоней и подошв можно сделать вывод о наличии того или иного наследственного заболевания. Кожные узоры имеют неповторимый, индивидуальный характер и остаются неизменными в течение всей жизни человека. Снятие отпечатков обычно производят с помощью типографской краски на плотной мелованной бумаге, реже используют фотобумагу. На руке обычно исследуют 7 групп основных дерматоглифических показателей: рисунок концевых фаланг пальцев кисти, рисунок ладонных подушечек, окончание главных ладонных линий, ладонные сгибательные складки и др. Метод дерматоглифики используется при исследовании различных заболеваний, патогенез которых недостаточно изучен. Дерматоглифика как метод лабораторной и клинической диагностики применяется при изучении широкого круга заболеваний, синдромов, пороков развития. Исследование дерматоглифики родителей, особенно с измененной генеративной функцией, помогает установить степень риска рождения ребенка с врожденными пороками развития. В настоящее время известны дерматоглифические особенности у больных хроническими пневмониями, бронхиальной астмой, холециститами, гастритами, язвенной болезнью, с некоторыми нервно-психическими заболеваниями, злокачественными новообразованиями, туберкулезом, с некоторыми кожными заболеваниями, например псориазом. Имеются также специфические кожные рисунки при некоторых сердечно - сосудистых заболеваниях, нефрите. Все эти дерматоглифические данные играют важную роль при определении генетически обусловленной предрасположенности человека к тому или иному заболеванию. Особенно ценен этот метод при прогнозировании заболеваний, обусловленных хромосомными и генными нарушениями, пороками развития, отягощенным акушерским анамнезом. Проводимые исследования позволяют предположить, что наследуется скорее всего тенденция к наличию или отсутствию какого-либо дерматоглифического показателя. Метод дерматоглифики находит все более широкое применение в генетическом консультировании, прогнозировании риска рождения детей с врожденными пороками развития и другой патологией при оценке генеративной функции супругов. С целью дальнейшего проведения у детей профилактики различных заболеваний большое значение имеет формирование так называемых групп риска. Диагностически достоверным является не отдельный признак, а совокупность дерматоглифических признаков, сочетание их с другими клиническими и лабораторными показателями. Метод дерматоглифики достаточно прост и доступен для применения в любых условиях, этот метод экспресс - диагностики, проведение которого не требует сложного дорогостоящего оборудования. Таким образом, дерматоглифика, являясь вспомогательным методом комплексного обследования больного или здорового ребенка или взрослого, может способствовать уточнению диагностики многих заболеваний, определению зиготности близнецов, решению ряда практических вопросов медико-генетического консультирования, а также изучению корреляции генотипа и фенотипа при наследственных заболеваниях. Метод генетики соматических клеток основан на размножении соматических клеток в искусственных условиях и позволяет анализировать генетические процессы в отдельных клетках и использовать их для изучения генетических закономерностей целостного организма. Благодаря быстрому размножению на питательных средах соматические клетки могут быть получены в количествах необходимых для анализа. Они успешно клонируются, давая генетически идентичное потомство. Разные клетки могут, сливаясь, образовывать гибридные клоны. Они легко подвергаются селекции на специальных питательных средах. Все это позволяет использовать культуры соматических клеток, полученные из материала биопсий (кровь, кожа, опухолевая ткань, ткань эмбриона) для генетических исследований человека. При этом используются следующие приемы: культивирование, клонирование, селекция, гибридизация. Клонирование позволяет получить достаточное количество клеточного материала для цитогенетических, биохимических, иммунологических и других исследований. Клонирование (получение потомков одной клетки) дает возможность проводить в генетически идентичных клетках биохимический анализ наследственно обусловленных процессов. Селекция соматических клеток с помощью искусственных сред используется для отбора клеток с определенными мутантными свойствами или другими характеристиками. Гибридизация соматических клеток представляет собой слияние совместно культивируемых клеток разных типов, образующих гибридные клетки со свойствами обоих родительских видов. Для гибридизации могут использоваться клетки разных индивидов, а также клетки животных. Гибридные клетки, содержащие два полных генома, при делении могут утрачивать хромосомы одного из видов. Таким образом, можно получить клетки с желаемым набором хромосом, что дает возможность изучать сцепление генов и их локализацию в определенных хромосомах. Методы генетики соматических клеток позволяют изучать механизмы первичного действия и взаимодействия генов, регуляцию генной активности. Предоставляют возможность лучше представить патогенез на биохимическом и клеточном уровнях. Развитие этих методов определило возможность точной диагностики наследственных болезней в пренатальном периоде. С помощью популяционно-статистического метода изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Этим методом можно рассчитать частоту встречаемости в популяции различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям, выяснить распространение в ней различных наследственных признаков, в том числе заболеваний. Он позволяет изучать мутационный процесс, роль наследственности и среды в формировании фенотипического полиморфизма человека по нормальным признакам, а также в возникновении болезней, особенно с наследственной предрасположенностью. Этот метод используют и для выяснения значения генетических факторов в антропогенезе, в частности в расообразовании. При статистической обработке материала, получаемого при обследовании группы населения по интересующему исследователя признаку, основой для выяснения генетической структуры популяции является закон генетического равновесия Харди – Вайнберга. Он отражает закономерность, в соответствии с которой при определенных условиях соотношение аллелей генов и генотипов в генофонде популяции сохраняется неизменным в ряду поколений этой популяции . На основании этого закона, имея данные о частоте встречаемости в популяции рецессивного фенотипа, обладающего гомозиготным генотипом (аа), можно рассчитать частоту встречаемости указанного аллеля (а) в генофонде данного поколения. Распространив эти сведения на ближайшие поколения, можно предсказать частоту появления в них людей с рецессивным признаком, а также гетерозиготных носителей рецессивного аллеля. В 1908 г. английский математик Дж. Харди и австрийский врач В. Вайнберг независимо друг от друга сформулировали закон о постоянстве частот генов (и признаков, контролируемых этими генами) от поколения к поколению. Закон Харди-Вайнберга гласит, что при определенных условиях, не изменяющих частоты аллелей, популяция имеет определенное соотношение особей с доминантными и рецессивными признаками, при этом частоты аллелей остаются неизменными в ряду поколений. В природе большинство растений и животных (в том числе и человек) существуют в виде неких сообществ. Для обозначения подобных совокупностей в биологии используется термин популяция. Это группа особей одного вида, существующая в определенном пространстве и времени. Внутрипопуляционные скрещивания обеспечивают популяции пространственное единство, а репродуктивная связь поколений – непрерывность популяции во времени. Численность популяции может оставаться в течение длительного времени постоянной, может возрастать или уменьшаться как в результате миграции особей, так и за счет изменений в рождаемости и смертности. Если известен тип наследования какого-либо признака, то популяцию можно охарактеризовать через относительные числа генотипов среди особей и/или относительного числа аллелей в гаметах. Иммуногенетический метод включает серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., которые используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефицита, мозаицизм близнецов и т. д. Пренатальная диагностика – это совокупность диагностических методов, которые могут быть применены для выявления патологии плода. Целью пренатальной диагностики является профилактика рождения детей с врожденными заболеваниями, выявление и регистрация беременных, имеющих риск рождения детей с наследственными дефектами. На основании соответствующих приказов министерства здравоохранения выделена уровневая система пренатальной диагностики: первый уровень – женские консультации; второй уровень – медико-генетические консультации и медико-генетические центры; третий уровень – перинатальные центры. Методы пренатальной диагностики 1.Акушерские. 1.1. Неинвазивные: УЗИ плода; ЭХО-кардиография плода; 1.2 Инвазивные: амниоцентез (АЦ); хорионбиопсия (ХБ); плацентоцентез (ПЦ); кордоцентез (КЦ). 2. Лабораторные: биохимический; цитогенетический; ДНК-диагностика. Акушерские методы пренатальной диагностики Существует три уровня ультразвуковых исследований, соответствующих трем периодам беременности. Первое УЗИ-плода проводится в срок 10-14 недель и позволяет уточнить срок беременности, выявить угрозу выкидыша, количество плодов, их жизнеспособность. Второе УЗИ беременной проводится в срок 22-24 недели – это основной ультразвуковой скрининг по выявлению пороков развития плода. В настоящее время УЗИ стали широко применять и после 30 недели (32-34 неделя) беременности, когда уже нет возможности прервать ее. Выявление некоторых пороков развития на этой стадии позволяет оказать своевременную медицинскую помощь новорожденному. Кроме того, уточняется состояние плода, плаценты, выявляются состояния, которые могут вызывать осложнения в родах, перинатальную патологию у новорожденных. Сроки беременности, при которых возможна ультразвуковая диагностика пороков развития, различны для каждой группы анатомических изменений. Пороки развития невральной трубки (анэнцефалия, гидроцефалия, кисты) выявляются с 16-18 недель беременности. Наибольшие сложности представляет выявление пороков развития сердца с 25-26-й недель (кардиомегалия, декстракардия, трехкамерное сердце, дефекты перегородок транспозиция сосудов). Пороки развития брюшной полости (отсутствие или дефект брюшной стенки, асцит, гепатомегалия) довольно легко выявляются с 20-й недели беременности. Исследование мочевой системы плода возможно с 20-й недели беременности. Наименьшие трудности составляет определение гидронефроза, увеличение размеров мочевого пузыря, водянки яичка, которые имеют преходящий характер и требуют повторных исследований через 3-6 дней. Поликистоз, гипо- и аплазия почек более четко выявляется в конце третьего триместра беременности. Пороки развития опорно-двигательного аппарата диагностируется только в конце беременности. Существуют УЗ-маркеры хромосомной патологии: утолщение шейной складки (воротникового пространства), задержка развития плода, тазовое предлежание, многоводие, снижение двигательной активности плода, выраженное уменьшение плаценты. Эти признаки свидетельствуют о неблагополучии плода. Амниоцентез (АЦ) проводится на 16-20-й неделе беременности. Этим методом получают 15-20 мл амниотической жидкости при пункции передней брюшной стенки. Для цитогенетического исследования используют клетки амниотической жидкости. Преимущества метода: незначительный риск осложнений течения беременности (0,7-1,5%), хорошее окрашивание хромосомных препаратов дифференцированными красителями, незначительный риск контаминации культур клетками материнского происхождения. Недостатки: проведение процедуры во втором триместре беременности, плохая жизнеспособность клеток амниотической жидкости, которые необходимо длительно культивировать. Хорионбиопсия (ХБ) проводится в сроке от 7-12 недель с помощью трансцервикального подхода. Во время процедуры получают 5-15 мг ткани хориона, в клетках которого исследуют кариотип плода. Преимущества ме тода: ранние сроки взятия материала (первый триместр), хорошее окрашивание хромосомных препаратов. Недостатки: высокий риск осложнений беременности (до 15%). Определение уровня альфа-фетопротеина проводится в рамках скрининговых программ для выявления беременных женщин группы повышенного риска врожденных и наследованных заболеваний плода и осложненного течения беременности. Исследование проводят в период с 15-й по 18-ю неделю беременности. Средние цифры уровня альфа-фетопротеина в сыворотке крови беременных составляют при сроке 15 нед - 26 нг/мл, 16 нед - 31 нг/мл, 17 нед - 40 нг/мл, 18 нед - 44 нг/мл. При беременности АФП может быть повышен в следующих ситуациях: многоплодная беременность, крупный плод некроз печени плода (вследствие вирусной инфекции) порок развития нервной трубки плода (анэнцефалия, расщелина позвоночника) пупочная грыжа плода аномалий почек и мочевыводящих путей несращение передней брюшной стенки плода другие пороки развития плода (атрезия пищевода и двенадцатиперстной кишки) синдром Шерешевского-Тернера. Низкий уровень АФП позволяет предполагать: синдром Дауна у плода (после 10 недели беременности) трисомию 18 задержку развития плода гибель плода угрозу самопроизвольного выкидыша ложную беременность . ЛЕКЦИЯ №5. |