Репарация молекулы ДНК.

Нарушение структуры ДНК не всегда приводит к появлению мутации. Большинство нарушений ДНК исправляется с помощью механизма репарации.

Репарация – это восстановление поврежденной структуры ДНК. Она осуществляется специфическими ферментами клетки и имеет несколько разновидностей.

1. Дорепликативная репарация представляет собой восстановление поврежденной нити ДНК до её удвоения.

2. Пострепликативная репарация предполагает лишь вырезание поврежденного участка и сшивание концов. При этом клетка может сохранять жизнеспособность и передавать дефективную ДНК дочерним клеткам.

3. Репликативная репарация представляет собой восстановление ДНК в процессе репликации. Этот тип репарации осуществляется удалением поврежденного участка в ходе репликации в зоне роста цепи либо элонгацией цепи в обход повреждения. При этом последовательность нуклеотидов в данном участке изменяется.

Если мутация произошла в половой клетке и не была устранена в результате репарации, то она будет передана потомкам.

Мутации, которые определяют появление менее приспособленных особей, но сохраняются в популяции, называются генетическим грузом. Изучение генетического груза человека (наследственные заболевания) важно для решения практических вопросов медицинской генетики.

ЛЕКЦИЯ №5

ТЕМА: «Генеалогический метод исследования наследственности человека».

В настоящее время медицинская генетика располагает огромным количеством методов исследования, позволяющих решать подавляющее большинство практических и теоретических вопросов. Ряд из этих методов имеет уже большую историю (генеалогический, цитологический, близнецовый), другие возникли недавно, но получили неоценимое значение, как для теории, так и для практики (иммунологический, ДНК-зондовая диагностика и т.д.)

Изучение генетики человека связано с рядом особенностей и объективных трудностей:

ü позднее половое созревание и редкая смена поколений;

ü малое количество потомков;

ü невозможность экспериментирования;

ü невозможность создания одинаковых условий жизни.

Цитогенетические методы исследования генетики человека основаны на исследовании человеческого кариотипа (хромосомный набор, совокупность признаков хромосом в клетках тела).

Этапы исследования клеток человека на искусственных питательных средах; проведение специальных манипуляций, вследствие чего хромосомы «рассыпаются» и лежат свободно; окрашивание хромосом; изучение хромосом под микроскопом и фотографирование; вырезание отдельных хромосом и построение детального изображения хромосомного набора.

В 70-е годы были разработаны методы дифференциального окрашивания хромосом человека, которые позволили выявлять геномные (например, болезнь Дауна) и хромосомные (например, синдром «кошачьего крика») мутации.

Существуют молекулярно-цитогенетические методы, которые основаны на методе FISH, с помощью которого можно определять локализацию генов в хромосомах и все хромосомные отклонения от нормы.

Биохимические методы

Практические все биохимические реакции, протекающие в человеческом организме и в конечном итоге составляющие его обмен веществ, регулируются ферментами. Биохимические методы изучения генетики человека основаны на изучении активности ферментных систем. Активность оценивают или по активности самого фермента, или по количеству конечных продуктов реакции, которую контролирует данный фермент

Применяются разнообразные методы изучения, среди них хроматографические, флюорометрические, радиоиммунологические и др. Изучения активности ферментных систем позволяет выявлять генные мутации, которые являются причинами болезней обмена веществ, например, фенилкетонурии, серповидно-клеточной анемии.

С помощью биохимических методов можно выявлять носителей патологического генов таких болезней как, например фенилкетонурия, сахарный диабет и др.

Близнецовый метод

В 1876 году Ф.Гальтоном был введен в медицинскую практику близнецовый метод изучения генетики человека. Он позволяет определить роль генотипа (совокупность наследственных свойств) и окружающей среды в проявлении признаков болезни.

Различают моно- и дизиготных близнецов.

Монозиготные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Они имеют одинаковый генотип, но могут отличаться по фенотипу (совокупность внешних и внутренних признаков и свойств, сформировавшихся на базе генотипа в процессе развития) что обусловлено воздействием факторов внешней среды.

Монозиготные близнецы имеют большую степень сходства по признакам, которые определяются преимущественно генотипом: они всегда однополы, имеют одинаковые группы крови, один цвет глаз, однотипные узоры на пальцах и ладонях и др.

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются после оплодотворения одновременно созревших яйцеклеток. Они имеют разный генотип, и их фенотипические отличия обусловлены как генотипом, так и факторами внешней среды.

Таким образом, фенотипические признаки и используются для определения зиготности близнецов.

Процент сходства близнецов по изучаемому признаку называется конкордантностью, а процент различия дискордантностью.

Для оценки роли наследственности и окружабщей среды в развитии болезни используется формула Хольцингера:

КМБ (%) – КДБ (%) / 100% - КДБ(%), где Н – доля наследственности, КМБ – конкордантность монозиготных близнецов, КДБ – конкордантность дизиготных близнецов.

Если результат расчетов по формуле Хольцингера приближается к единице, то основная роль развития болезни принадлежит наследственности. И наоборот, если результат стремится к нулю, большую роль сыграли факторы окружающей среды.

Популяционно-статистический метод изучения генетики человека основан на использовании математического выражения закона Харди-Вейнберга.

Нужно взять на р. Частоту встречаемости в популяции доминантного гена, за q частоту встречаемости рецессивного гена, за p2 частоту доминантных гомозигот, за 2pq частоту рецессивных гомозигот, за 2pq частоту гетерозигот.

Сумма частот всех генотипов должна быть принята за 1 (100%): p2 +2pq+q2=1(100%).

Метод позволяет определять частоту генов в генотипе в больших (свыше 4,5 тыс.) популяциях.

Современные методы пренатальной диагностики наследственных и врожденных заболеваний.

Пренатальная диагностика – это дородовое определение врожденной или наследственной патологии у плода.

С организационной точки зрения все беременные (без специальных показаний) должны обследоваться для исключения наследственной патологии просеивающими методами (УЗИ, биохимическое исследование сыворотки беременных).

Показаниями для пренатальной диагностики являются:

- наличие в семье точно установленного наследственного заболевания;

- возраст матери старше 35 лет, отца старше 45 лет;

- наличие у матери Х-сцепленного рецессивного патологического гена;

- беременные, имеющие в анамнезе спонтанные аборты, мертворождения неясного генеза, детей с множественными врожденными пороками развития и с хромосомной патологией;

- наличие структурных перестроек хромосом у одного из родителей;

- гетерозиготность обоих родителей при аутосомно-рецессивных заболевания.

В пренатальной диагностике используются инвазивные и неинвазивные методы.

Неинвазивные методы включают:

- ультразвуковое исследование плода по меньшей мере два раза (12-14 недель и 20-21 недели беременности). С помощью УЗИ диагностируются пороки развития конечностей, дефекты невральной трубки, гидро- и микроцефалия, пороки сердца, аномалии почек;

- биохимические методы включают определение уровня альфа-фетопротеина, хорионического гонадотропина, несвязанного эстрадиола в сыворотке крови беременных. Эти методы выявляют пороки развития, многоплодную беременность, внутриутробную гибель плода, маловодие, угрозу прерывания, хромосомные заболевания плода и другие патологические состояния. Оптимальные сроки исследования – 17-20 недель беременности.

Инвазивная пренатальная (дородовая) диагностика включает методы, при которых для исследования получают клетки плода или окружающих его тканей и структур. Такие методы сопровождаются повышенным риском невынашивания беременности и антенатальной гибели плода. Вероятность преждевременного прерывания беременности колеблется в зависимости от вида метода исследования и составляет от 1 до 6%. Поэтому инвазивная диагностика может использоваться в тех случаях, когда риск рождения больного ребёнка превышает возможности осложнений периода беременности.

Методы исследования тканей плода постоянно совершенствуются, чтобы обеспечить наиболее раннее, безопасное и достоверное выявление наследственных заболеваний. В последние годы наиболее широко распространены следующие способы инвазивной диагностики:

- амниоцентез – процедура получения амниотической жидкости путём пункции амниотического мешка через переднюю брюшную стенку под контролем ультразвука. Проводится в сроки беременности 15-18 недель. Полученную амниотическую жидкость подвергают последующему биохимическому исследованию, а клетки плода служат материалом для цитогенетического исследования или ДНК-диагностики. Можно диагностировать все хромосомные болезни и ряд генных заболеваний. При проведении амниоцентеза возможны осложнения (гибель плода, инфицирование полости матки).

- хорионбиопсия проводится на 9-13 недели беременности. Исследуемым материалом являются нативные клетки и структура клеток тканей хориона. Клетки ворсин хориона несут такую же информацию, как и клетки плода. Могут быть выявлены хромосомные нарушения, более 100 болезней обмена веществ: галактоземия, гликогенозы II, III, IV типа, болезнь Тея-Сакса и др.Примерно в 2,5-3% случаев биопсия хориона провоцирует самопроизвольное прерывание беременности, гибель плода или внутриматочное инфицирование.

- кордоцентез. Метод заключается во взятии крови из пуповины плода под ультразвуковым контролем. Проводится в сроки 20-23 недели, может быть использован и для внутриутробного лечения – введения лекарственных веществ. Риск осложнений составляет около 2%. Применяют данный метод для выявления хромосомных заболеваний, иммунодефицитов, инфекций, ДНК-диагностики генных болезней.

- фетоскопия и фетоамниография. Фетоскопия включает введение в полость матки специального прибора – фетоскопа, созданного на основе волоконно-оптической техники. Помимо выявления видимых снаружи дефектов плода, при данных исследованиях возможно осуществить биопсию кожи или печени плода. Исследование обычно используется только для диагностики тяжелых кожных заболеваний (ихтиоз, буллезный эпидермолиз). Проводится во втором триместре беременности (18-24 нед.), характеризуется 6-8 %-ным риском осложнений.

Массовые просеивающие программы.

Программа ранней диагностики наследственных болезней подразумевает массовое просеивание (скрининг) наследственных болезней обмена у всех новорожденных.

В европейских странах массовый скрининг проводится для доклинического выявления фенилкетонурии, гипотиреоза, врожденной гиперплазии коры надпочечников, галактоземии и муковисцидоза.

В Беларуссии массовое просеивание новорожденных на фенилкетонурию и гипотиреоз осуществляется почти повсеместно.

Генеалогический мет од является одним из первых научных методов исследования в медицинской генетике. Это метод изучения родословных, с помощью которого прослеживается распределение болезни (признака) в семье или роду с указанием типа родственных связей между членами родословной. Метод часто называют клинико-генеалогическим, поскольку речь идёт об изучении патологических признаков (болезней) в семье с привлечением приёмов клинического обследования.

В настоящее время метод позволяет решать ряд немаловажных вопросов и в частности:

Ø устанавливать является ли данный признак или заболевание единичным в семье или имеются несколько случаев данной патологии;

Ø выделять лиц подозрительных в отношении данного заболевания и составлять план их обследования для уточнения диагноза;

Ø определять тип наследования и выяснять, по какой линии, материнской или отцовской, идёт передача заболевания;

Ø выявлять лиц, нуждающихся в медико-генетическом консультировании, определять клинический прогноз для пробанда и его больных родственников с учётом особенностей заболевания и его генетической характеристики;

Ø разрабатывать план лечения и профилактики с учётом индивидуальных и семейных особенностей заболевания;

Ø прогнозировать вероятность проявления наследственной патологии в последующих поколениях в зависимости от типа наследования.

При клинико-генеалогическом методе выделяют два последовательных этапа:

- составление родословной и её графическое изображение;

- генетический анализ полученных данных.

Сбор сведений о семье начинается с пробанда – обследуемого человека, больного или здорового. При составлении родословной обычно пользуются условными обозначениями. Для составления родословной необходимы сведения не менее чем о 3-4-х поколениях семьи пробанда. Необходимо собирать сведения, касающиеся не только наличия конкретного заболевания или патологического признака, но и информацию обо всех случаях заболеваний, встречающихся среди членов семьи, спонтанных абортах, мертворождениях и ранней детской смертности.

Графическое изображение родословной (ввел Г. Юст в 1931году, используется в настоящее время):

Обследуемые братья и сёстры (сибсы), их жёны и мужья одного поколения располагаются в одном ряду слева направо в порядке рождения и обозначаются арабскими цифрами;

поколения обозначаются римскими цифрами;

любая родословная сопровождается пояснениями (легенда), где указываются данные о том или ином родственнике, который подлежит обследованию; возраст; начало и характер течения заболевания у пораженного; причину смерти и возраст на момент смерти члена родословной; описание методов диагностики заболеваний и др. сведения.

Генеалогический анализ родословной включает:

1. Установление наследственного характера признака. Если исключить действие сходных внешних факторов (фенокопий), то можно думать о наследственном характере заболевания.

2. Установление типа наследования. Для этого используют принципы генетического анализа и различные статистические методы обработки данных, полученных из родословной.

Выделяют пять основных типов наследования. Критерии аутосомно-доминатного, аутосомно-рецессивного, Х-сцепленного доминатного, Х-сцепленного рецессивного типов наследования мы с Вами разбирали (см. лекция №3).

Мультифакториальное наследование, критерии:

- высокая частота в популяции (сахарный диабет, артериальная гипертензия и т.д.);

- несоответствие законам Г.Менделя;

- существование различных клинических форм;

- чем реже болезнь встречается в популяции, тем выше риск для родственников больного заболеть этой же формой;

- чем сильнее выражена болезнь у пробанда, тем выше риск болезни для его родственников;

- риск заболеть у родственников тем выше, чем выше степень родства с больным членом семьи (выше число общих генов);

- чем больше у пробанда больных родственников, тем выше у него риск заболеть.

ЛЕКЦИЯ №6

ТЕМА: «Наследственность и патология. Хромосомные болезни человека».

Наследственные факторы могут принимать самое непосредственное участие в формировании патологических процессов. Наследственность может быть этиологическим фактором или играть роль в патогенезе любого заболевания.

Наследственными называются болезни, этиологическим фактором которых являются мутации (генные, хромосомные и геномные).

Всю наследственную патологию можно разделить на пять групп:

1. Генные болезни – это заболевания, вызываемые генными мутациями. Они передаются из поколения в поколение и наследуются по законам Менделя.

2. Хромосомные болезни – это заболевания, возникающие в результате хромосомных и геномных мутаций.

3. Болезни с наследственной предрасположенностью (мультифакториальные болезни) – это заболевания, возникающие в результате соответствующей генетической конституции и наличия определенных факторов внешней среды. При воздействии средовых факторов реализуется наследственная предрасположенность.

4. Группа генетических болезней, возникших в результате мутаций в соматических клетках (генетические соматические болезни), выделена совсем недавно. К ней относятся некоторые опухоли, отдельные пороки развития, аутоиммунные заболевания.

5. Болезни генетической несовместимости матери и плода. Они развиваются в результате иммунологической реакции организма матери на антиген плода.

Хромосомные болезни – это большая группа врожденных наследственных заболеваний, которые клинически характеризуются наличием множественных пороков развития, а в качестве этиологической основы имеют численные или структурные аномалии хромосом.

Клиническое описание этих заболеваний появилось ещё до открытия их хромосомной природы. Так, в 1866 году английский педиатр Даун описал особый вид умственной отсталости у детей, которая позже получила название синдрома Дауна. В первой половине ХХ века были открыты синдромы Шерешевского-Тернера и Клайнфельтера. Изучение хромосомных болезней активно началось в 1959 году, когда было обнаружено наличие дополнительной хромосомы в кариотипе больных синдромом Дауна. К настоящему времени описано около 1000 различных видов аномалий хромосом у человека. Примерно 100 синдромов доступно для клинической диагностики.

Распространенность хромосомных болезней одинакова во всех национальных и этнических группах и составляет в среднем 7-8 больных на каждую 1000 новорожденных.

Хромосомные аберрации у плода часто являются причиной неблагополучного исхода беременности. Около 90% эмбрионов человека, имеющих эти аномалии, погибают ещё внутриутробно. Примерно 40% всех диагностированных самопроизвольных абортов обусловлены хромосомной патологией плода. Подобные нарушения выявляются у 6% мертворожденных. Примерно 45% всех случаев множественных врожденных пороков у детей составляют хромосомные синдромы.

Хромосомные синдромы имеют некоторые клинические особенности, которые позволяют выделить их среди других заболеваний.

Хромосомные синдромы обычно являются спорадическими, т.е. в семье регистрируется только один такой больной. Причиной этого является то, что большинство изменений хромосом происходит в результате случайной мутации. Такие мутации происходят чаще при овогенезе, чем при сперматогенезе. Риск возникновения геномных мутаций в гаметах значительно увеличивается с возрастом женщины, особенно если она старше 35 лет.

Течение беременности при хромосомной патологии у плода осложняется угрозой выкидыша, особенно в первом триместре, преждевременными родами, мертворождением, отставанием плода по массе и росту от нормальных показателей. Так, хромосомные заболевания выявляются примерно в 4 раза чаще у недоношенных у детей, чем у рождённых в срок.

Ведущими клиническими проявлениями хромосомных синдромов являются множественные пороки развития. Так, около 40% детей, у которых выявлено несколько пороков развития разных органов имеют изменения хромосом. Очень часто у таких больных обнаруживаются необычные черты лица, особенности строения других частей тела.

Аномалии хромосом обычно сопровождаются умственной отсталостью, которая значительно осложняет социальную адаптацию таких больных.

Окончательный диагноз хромосомной патологии возможен только после проведения цитогенетического анализа (кариотипирования).

Среди хромосомных заболеваний различают:

- синдромы с числовыми аномалиями половых хромосом (синдром Клайнфельтера, синдром трисомии Х, синдром Шерешевского-Тернера, синдром дисомии по Y-хромосоме и др.);

- синдромы с числовыми аномалиями аутосом (синдром Дауна, синдром Патау, синдром Эдвардса и др.);

- синдромы структурные аномалии аутосом (синдром «кошачьего крика» и др.).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: