Geneetilised uuringud: näidustused, meetodid

Viimastel aastatel on täheldatud pärilike haiguste osakaalu suurenemist haiguste üldises struktuuris. Sellega seoses suureneb geneetilise uurimistöö roll praktilises meditsiinis. Ilma meditsiinigeneetika tundmiseta on võimatu pärilikke ja kaasasündinud haigusi tõhusalt diagnoosida, ravida ja ennetada.

Pärilik eelsoodumus on ilmselt omane peaaegu kõigile haigustele, kuid selle aste varieerub märkimisväärselt. Kui arvestada pärilike tegurite rolli erinevate haiguste esinemisel, saame eristada järgmisi rühmi.

• Haigused, mille päritolu on täielikult määratud geneetiliste teguritega (patoloogilise geeni mõju); sellesse rühma kuuluvad monogeensed haigused, mille pärimine allub Mendeli seaduste põhireeglitele (Mendeli haigused) ja väliskeskkonna mõju saab mõjutada ainult patoloogilise protsessi teatud ilmingute intensiivsust (selle sümptomeid).
• Haigused, mille esinemist määrab peamiselt väliskeskkonna mõju (infektsioonid, vigastused jne); pärilikkus saab mõjutada ainult mõningaid keha reaktsiooni kvantitatiivseid omadusi, määrata patoloogilise protsessi kulgu.
• Haigused, mille puhul pärilikkus on põhjuslik tegur, kuid mille avaldumiseks on vajalikud teatud keskkonnamõjud, nende pärilikkus ei allu Mendeli seadustele (mitte-Mendeli haigused); neid nimetatakse multifaktoriaalseteks.

Pärilikud haigused

Iga isendi areng on geneetiliste ja keskkonnategurite koosmõju tulemus. Inimese geenide komplekt kujuneb välja viljastumise ajal ja seejärel koos keskkonnateguritega määrab see arengu tunnused. Organismi geenide komplekti nimetatakse genoomiks. Genoom tervikuna on üsna stabiilne, kuid muutuvate keskkonnatingimuste mõjul võivad selles toimuda muutused – mutatsioonid.

Pärilikkuse põhiühikud on geenid (DNA molekuli lõigud). Pärilikkuse teabe edastamise mehhanism põhineb DNA võimel ise paljuneda (replikeeruda). DNA sisaldab geneetilist koodi (süsteem, mis salvestab teavet aminohapete asukoha kohta valkudes, kasutades DNA ja messenger-RNA nukleotiidide järjestust), mis määrab rakkude arengu ja ainevahetuse. Geenid asuvad kromosoomides, mis on DNA-d sisaldava rakutuuma struktuurielemendid. Geeni poolt hõivatud kohta nimetatakse lookuseks. Monogeensed haigused on monolokused, polügeensed haigused (multifaktoriaalsed) on multilokused.

Kromosoomid (valgusmikroskoobi all nähtavad rakutuumades olevad vardakujulised struktuurid) koosnevad tuhandetest geenidest. Inimestel sisaldab iga somaatiline ehk mitte-sooline rakk 46 kromosoomi, mida esindab 23 paari. Üks paaridest, sugukromosoomid (X ja Y), määrab indiviidi soo. Somaatilise raku tuumas on naistel kaks X-kromosoomi, meestel aga üks X- ja üks Y-kromosoom. Meeste sugukromosoomid on heteroloogsed: X-kromosoom on suurem ja sisaldab palju geene, mis vastutavad nii soo määramise kui ka organismi muude omaduste eest; Y-kromosoom on väike, selle kuju erineb X-kromosoomist ja see kannab peamiselt geene, mis määravad meessugu. Rakud sisaldavad 22 paari autosoome. Inimese autosomaalsed kromosoomid jagunevad 7 rühma: A (1., 2., 3. kromosoomipaar), B (4., 5. paar), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. paar, samuti X-kromosoom, mille suurus on sarnane 6. ja 7. kromosoomiga), D (13., 14., 15. paar), E (16., 17., 18. paar), F (19., 20. paar), G (21., 22. paar ja Y-kromosoom).

Geenid paiknevad lineaarselt piki kromosoome, kusjuures iga geen hõivab rangelt määratletud koha (lookuse). Geene, mis hõivavad homoloogseid lookusi, nimetatakse alleelseteks. Igal inimesel on sama geeni kaks alleeli: üks iga paari igas kromosoomis, välja arvatud enamik geene meeste X- ja Y-kromosoomides. Kui kromosoomi homoloogsed piirkonnad sisaldavad identseid alleele, räägime homosügootsusest; kui need sisaldavad sama geeni erinevaid alleele, räägime antud geeni heterosügootsusest. Kui geen (alleel) avaldab oma mõju ainult ühes kromosoomis, nimetatakse seda dominantseks. Retsessiivne geen avaldab oma mõju ainult siis, kui see esineb kromosoomipaari mõlemas liikmes (või meestel ühes X-kromosoomis või naistel X0 genotüübiga). Geeni (ja vastavat tunnust) nimetatakse X-seotud, kui see lokaliseerub X-kromosoomis. Kõiki teisi geene nimetatakse autosomaalseteks.

Eristatakse dominantset ja retsessiivset pärandumist. Domineeriva pärandumise korral avaldub tunnus nii homosügootses kui ka heterosügootses olekus. Retsessiivse pärandumise korral ilmnevad fenotüübilised (organismi väliste ja sisemiste tunnuste kogum) ilmingud ainult homosügootses olekus, heterosügootsuse korral aga puuduvad. Võimalik on ka sooga seotud dominantne või retsessiivne pärandumine; sel viisil päranduvad tunnused, mis on seotud sugukromosoomides lokaliseeritud geenidega.

Domineerivalt päritavad haigused mõjutavad tavaliselt ühe perekonna mitut põlvkonda. Retsessiivse pärandumise korral võib mutantse geeni latentne heterosügootne kandlus perekonnas esineda pikka aega, mille tõttu võivad haiged lapsed sündida tervetele vanematele või isegi peredesse, kus haigus on mitu põlvkonda puudunud.

Geenmutatsioonid on pärilike haiguste aluseks. Mutatsioonide mõistmine on võimatu ilma tänapäevase arusaamata terminist "genoom". Praegu peetakse genoomi multigenoomseks sümbiootiliseks struktuuriks, mis koosneb obligatoorsetest ja fakultatiivsetest elementidest. Obligoatiivsete elementide aluseks on struktuurilookused (geenid), mille arv ja asukoht genoomis on üsna konstantsed. Struktuurgeenid moodustavad genoomist umbes 10-15%. Mõiste "geen" hõlmab transkribeeritud piirkonda: eksoneid (tegelik kodeeriv piirkond) ja introneid (mittekodeeriv piirkond, mis eraldab eksoone); ja külgnevaid järjestusi - juhtjärjestust, mis eelneb geeni algusele, ja saba mittetransleeritavat piirkonda. Fakultatiivsed elemendid (85-90% kogu genoomist) on DNA, mis ei kanna teavet valkude aminohappejärjestuse kohta ja ei ole rangelt obligatoorne. See DNA võib osaleda geeniekspressiooni regulatsioonis, täita struktuurifunktsioone, suurendada homoloogse paaristumise ja rekombinatsiooni täpsust ning soodustada edukat DNA replikatsiooni. Fakultatiivsete elementide osalemine tunnuste pärilikus ülekandumises ja mutatsioonilise varieeruvuse kujunemises on nüüdseks tõestatud. Selline keeruline genoomi struktuur määrab geenimutatsioonide mitmekesisuse.

Laiemas tähenduses on mutatsioon stabiilne, pärilik muutus DNA-s. Mutatsioonidega võivad kaasneda muutused kromosoomide struktuuris, mis on mikroskoobi all nähtavad: deletsioon - kromosoomi osa kadumine; duplikatsioon - kromosoomi osa kahekordistumine, insertsioon (inversioon) - kromosoomi osa katkemine, selle pööramine 180° võrra ja kinnitumine katkemiskohta; translokatsioon - ühe kromosoomi osa katkestamine ja kinnitumine teisele. Sellistel mutatsioonidel on suurim kahjulik mõju. Muudel juhtudel võivad mutatsioonid seisneda ühe geeni puriin- või pürimidiinnukleotiidi asendamises (punktmutatsioonid). Selliste mutatsioonide hulka kuuluvad: missense-mutatsioonid (mutatsioonid tähenduse muutusega) - nukleotiidide asendamine fenotüüpiliste ilmingutega koodonites; nonsense-mutatsioonid (mõttetud) - terminatsioonikoodoneid moodustavate nukleotiidide asendamine, mille tulemusena geeni kodeeritud valgu süntees enneaegselt lõpeb; splaissingu-mutatsioonid - nukleotiidide asendused eksonite ja intronite ühenduskohas, mis viib piklike valgumolekulide sünteesini.

Suhteliselt hiljuti on tuvastatud uus mutatsioonide klass - dünaamilised mutatsioonid ehk ekspansioonmutatsioonid, mis on seotud trinukleotiidide korduste arvu ebastabiilsusega geenide funktsionaalselt olulistes osades. Paljusid trinukleotiidide kordusi, mis paiknevad geenide transkribeeritud või regulatiivsetes piirkondades, iseloomustab kõrge populatsiooni varieeruvus, mille piires fenotüübilisi häireid ei täheldata (st haigust ei teki). Haigus areneb ainult siis, kui korduste arv nendes kohtades ületab teatud kriitilise taseme. Sellised mutatsioonid ei ole päritavad vastavalt Mendeli seadusele.

Seega on pärilikud haigused raku genoomi kahjustusest tingitud haigused, mis võivad mõjutada kogu genoomi, üksikuid kromosoome ja põhjustada kromosoomhaigusi või mõjutada üksikuid geene ja olla geenihaiguste põhjustajaks.

Kõik pärilikud haigused jagunevad tavaliselt kolmeks suureks rühmaks:

• monogeenne;
• polügeenne ehk multifaktoriaalne, kus mitme geeni mutatsioonid ja mitte-geneetilised tegurid interakteeruvad;
• kromosomaalsed kõrvalekalded ehk kromosoomide struktuuri või arvu anomaaliad.

Kahe esimese rühma haigusi nimetatakse sageli geneetilisteks ja kolmanda rühma haigusi kromosomaalseteks haigusteks.

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

Pärilike haiguste klassifikatsioon

Kromosomaalne	Monogeenne	Multifaktoriaalne (polügeenne)
Sugukromosoomide arvu anomaaliad: - Šereševski-Turneri sündroom; - Klinefelteri sündroom; - trisoomia X sündroom; - sündroom 47, XYY autosoomid: - Downi sündroom; - Edwardsi sündroom; - Patau sündroom; - osaline trisoomia 22 Kromosoomide struktuurilised kõrvalekalded: Cri du chat'i sündroom; 4p deletsioonisündroom; Naabergeeni mikrodeletsioonisündroomid	Autosomaalne dominantne: Marfani sündroom; von Willebrandi tõbi; Minkowski-Shoffari aneemia ja teised Autosomaalselt retsessiivne: - fenüülketonuuria; - galaktoseemia; - tsüstiline fibroos jne. X-seotud retsessiivne: Hemofiilia A ja B; Duchenne'i müopaatia; Ja teised. X-seotud dominantne: - D-vitamiini suhtes resistentne rahhiit; - pruun värvus Hambaemail jne.	KNS: mõned epilepsia vormid, skisofreenia jne. Kardiovaskulaarsüsteem: reuma, hüpertensioon, ateroskleroos jne. Nahk: atoopiline dermatiit, psoriaas jne. Hingamissüsteem: bronhiaalastma, allergiline alveoliit jne. Kuseteede süsteem: urolitiaas, enurees jne. Seedetrakt: peptiline haavand, mittespetsiifiline haavandiline koliit jne.

Kromosoomhaigusi võivad põhjustada nii kvantitatiivsed kromosoomanomaaliad (genoomsed mutatsioonid) kui ka struktuurilised kromosoomanomaaliad (kromosoomaberratsioonid). Kliiniliselt avalduvad peaaegu kõik kromosoomhaigused intellektipuude ja mitmete kaasasündinud defektidena, mis on sageli eluga kokkusobimatud.

Monogeensed haigused tekivad üksikute geenide kahjustuse tagajärjel. Monogeensete haiguste hulka kuulub enamik pärilikke ainevahetushaigusi (fenüülketonuuria, galaktoseemia, mukopolüsahharidoosid, tsüstiline fibroos, adrenogenitaalne sündroom, glükogenoosid jne). Monogeensed haigused päranduvad Mendeli seaduste järgi ja pärimistüübi järgi saab neid jagada autosomaalselt dominantseteks, autosomaalselt retsessiivseteks ja X-kromosoomiga seotud haigusteks.

Multifaktoriaalsed haigused on polügeensed ja nende tekkeks on vaja teatud keskkonnategurite mõju. Multifaktoriaalsete haiguste üldised tunnused on järgmised.

• Kõrge sagedus populatsioonis.
• Väljendatud kliiniline polümorfism.
• Kliiniliste ilmingute sarnasus patsiendil ja tema lähisugulastel.
• Vanuse ja soo erinevused.
• Varasem algus ja kliiniliste ilmingute teatav suurenemine alanevates põlvkondades.
• Ravimite varieeruv terapeutiline efektiivsus.
• Haiguse kliiniliste ja muude ilmingute sarnasus lähisugulastel ja probandil (multifaktoriaalsete haiguste pärilikkuse koefitsient ületab 50–60%).
• Pärimismustrite vastuolu Mendeli seadustega.

Kliinilise praktika jaoks on oluline mõista termini "kaasasündinud väärarengud" olemust, mis võib olla ühe- või mitmekordne, pärilik või juhuslik. Pärilike haiguste hulka ei kuulu need kaasasündinud haigused, mis tekivad embrüogeneesi kriitilistel perioodidel ebasoodsate keskkonnategurite (füüsikalised, keemilised, bioloogilised jne) mõjul ja ei ole pärilikud. Sellise patoloogia näiteks võivad olla kaasasündinud südamerikked, mis on sageli põhjustatud patoloogilistest mõjudest südame moodustumise perioodil (raseduse esimene trimester), näiteks areneva südame kudedele troopiline viirusinfektsioon; loote alkoholisündroom, jäsemete, aatriumide, neerude, seedetrakti jne arenguanomaaliad. Sellistel juhtudel moodustavad geneetilised tegurid ainult päriliku eelsoodumuse või suurenenud vastuvõtlikkuse teatud keskkonnategurite mõjule. WHO andmetel esineb arenguanomaaliaid 2,5% kõigist vastsündinutest; 1,5% neist on põhjustatud ebasoodsate eksogeensete tegurite toimest raseduse ajal, ülejäänud on peamiselt geneetilise iseloomuga. Pärilike ja kaasasündinud haiguste eristamine, mis ei ole pärilikud, on antud perekonnas järglaste ennustamiseks väga praktilise tähtsusega.

[ 5 ]

Pärilike haiguste diagnoosimise meetodid

Praegu on praktilises meditsiinis terve arsenal diagnostilisi meetodeid, mis võimaldavad teatud tõenäosusega tuvastada pärilikke haigusi. Nende meetodite diagnostiline tundlikkus ja spetsiifilisus on erinevad - mõned võimaldavad ainult oletada haiguse esinemist, samas kui teised tuvastavad suure täpsusega haiguse aluseks olevaid mutatsioone või määravad selle kulgu iseärasused.

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

Tsütogeneetilised meetodid

Kromosoomhaiguste diagnoosimiseks kasutatakse tsütogeneetilisi uurimismeetodeid. Nende hulka kuuluvad:

• sugukromatiini uuringud - X- ja Y-kromatiini määramine;
• karüotüüpimine (karüotüüp on raku kromosoomide kogum) - kromosoomide arvu ja struktuuri määramine kromosoomhaiguste (genoomsete mutatsioonide ja kromosoomaberratsioonide) diagnoosimise eesmärgil.

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