Genetisch onderzoek: indicaties, methoden

De laatste jaren is een toename van het aandeel erfelijke ziekten in de totale ziektestructuur waargenomen. In dit verband neemt de rol van genetisch onderzoek in de praktische geneeskunde toe. Zonder kennis van medische genetica is het onmogelijk om erfelijke en aangeboren ziekten effectief te diagnosticeren, behandelen en voorkomen.

Erfelijke aanleg is waarschijnlijk inherent aan bijna alle ziekten, maar de mate ervan varieert aanzienlijk. Als we de rol van erfelijke factoren bij het ontstaan van verschillende ziekten bekijken, kunnen we de volgende groepen onderscheiden.

• Ziekten waarvan de oorsprong volledig bepaald wordt door genetische factoren (de invloed van een pathologisch gen). Tot deze groep behoren monogenetische ziekten, waarvan de overerving onderworpen is aan de basisregels van de wetten van Mendel (Mendeliaanse ziekten). De invloed van de externe omgeving kan alleen de intensiteit van bepaalde verschijnselen van het pathologische proces (de symptomen) beïnvloeden.
• Ziekten waarvan het optreden hoofdzakelijk wordt bepaald door de invloed van de externe omgeving (infecties, verwondingen, enz.); erfelijkheid kan slechts enkele kwantitatieve kenmerken van de reactie van het lichaam beïnvloeden en de kenmerken van het verloop van het pathologische proces bepalen.
• Ziekten waarbij erfelijkheid de oorzakelijke factor is, maar waarbij bepaalde omgevingsinvloeden noodzakelijk zijn voor het ontstaan ervan, en waarvan de overerving niet aan de wetten van Mendel voldoet (niet-Mendeliaanse ziekten); ze worden multifactorieel genoemd.

Erfelijke ziekten

De ontwikkeling van elk individu is het resultaat van de interactie tussen genetische en omgevingsfactoren. De set menselijke genen wordt vastgesteld tijdens de bevruchting en bepaalt vervolgens, samen met omgevingsfactoren, de ontwikkelingskenmerken. De set genen van een organisme wordt het genoom genoemd. Het genoom als geheel is vrij stabiel, maar onder invloed van veranderende omgevingsomstandigheden kunnen er veranderingen - mutaties - optreden.

De basiselementen van erfelijkheid zijn genen (delen van het DNA-molecuul). Het mechanisme van de overdracht van erfelijke informatie is gebaseerd op het vermogen van DNA om zichzelf te dupliceren (repliceren). DNA bevat een genetische code (een systeem voor het vastleggen van informatie over de locatie van aminozuren in eiwitten aan de hand van de nucleotidenvolgorde in DNA en messenger RNA), die de ontwikkeling en het metabolisme van cellen bepaalt. Genen bevinden zich in chromosomen, structurele elementen van de celkern die DNA bevatten. De plaats die een gen inneemt, wordt een locus genoemd. Monogene ziekten zijn monolocus, polygene ziekten (multifactorieel) zijn multilocus.

Chromosomen (de staafvormige structuren in de celkernen die zichtbaar zijn onder een lichtmicroscoop) bestaan uit vele duizenden genen. Bij mensen bevat elke somatische, of niet-geslachtsgebonden, cel 46 chromosomen, vertegenwoordigd door 23 paren. Eén van de paren, de geslachtschromosomen (X en Y), bepaalt het geslacht van het individu. In de celkernen van somatische cellen hebben vrouwen twee X-chromosomen, terwijl mannen één X- en één Y-chromosoom hebben. De geslachtschromosomen van mannen zijn heteroloog: het X-chromosoom is groter en bevat veel genen die verantwoordelijk zijn voor zowel de geslachtsbepaling als andere kenmerken van het organisme; het Y-chromosoom is klein, heeft een andere vorm dan het X-chromosoom en draagt voornamelijk genen die het mannelijke geslacht bepalen. Cellen bevatten 22 paren autosomen. Menselijke autosomale chromosomen worden onderverdeeld in 7 groepen: A (1e, 2e, 3e paar chromosomen), B (4e, 5e paar), C (6e, 7e, 8e, 9e, 10e, 11e, 12e paar, evenals chromosoom X, qua grootte vergelijkbaar met chromosomen 6 en 7), D (13e, 14e, 15e paar), E (16e, 17e, 18e paar), F (19e, 20e paar), G (21e, 22e paar en chromosoom Y).

Genen zijn lineair gerangschikt langs chromosomen, waarbij elk gen een strikt gedefinieerde plaats (locus) inneemt. Genen die homologe loci bezetten, worden allelisch genoemd. Elk persoon heeft twee allelen van hetzelfde gen: één op elk chromosoom van elk paar, met uitzondering van de meeste genen op chromosoom X en Y bij mannen. Wanneer homologe delen van een chromosoom identieke allelen bevatten, spreken we van homozygotie; wanneer ze verschillende allelen van hetzelfde gen bevatten, spreken we van heterozygotie voor een bepaald gen. Als een gen (allel) zijn effect vertoont wanneer het aanwezig is op slechts één chromosoom, wordt het dominant genoemd. Een recessief gen vertoont zijn effect alleen als het aanwezig is in beide leden van een chromosomenpaar (of op het enkele X-chromosoom bij mannen of bij vrouwen met het X0-genotype). Een gen (en de bijbehorende eigenschap) wordt X-gebonden genoemd als het gelokaliseerd is op chromosoom X. Alle andere genen worden autosomaal genoemd.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen dominante en recessieve overerving. Bij dominante overerving manifesteert een kenmerk zich zowel in homozygote als heterozygote vorm. Bij recessieve overerving worden fenotypische manifestaties (een verzameling externe en interne kenmerken van een organisme) alleen waargenomen in homozygote vorm, terwijl ze afwezig zijn in heterozygotie. Geslachtsgebonden dominante of recessieve overerving is ook mogelijk; hierbij worden kenmerken die geassocieerd zijn met genen die gelokaliseerd zijn in geslachtschromosomen, overgeërfd.

Dominant overervende ziekten treffen meestal meerdere generaties binnen één familie. Bij recessieve overerving kan latent heterozygoot dragerschap van een gemuteerd gen lange tijd in een familie voorkomen, waardoor zieke kinderen geboren kunnen worden uit gezonde ouders of zelfs in families waar de ziekte al meerdere generaties afwezig is.

Genmutaties liggen ten grondslag aan erfelijke ziekten. Het begrijpen van mutaties is onmogelijk zonder een moderne interpretatie van de term "genoom". Tegenwoordig wordt het genoom beschouwd als een multigenome symbiotische structuur, bestaande uit verplichte en facultatieve elementen. De basis van verplichte elementen zijn structurele loci (genen), waarvan het aantal en de locatie in het genoom vrijwel constant zijn. Structurele genen vormen ongeveer 10-15% van het genoom. Het concept "gen" omvat het getranscribeerde gebied: exonen (het eigenlijke coderende gebied) en intronen (een niet-coderend gebied dat exonen scheidt); en flankerende sequenties - de leider, voorafgaand aan het begin van het gen, en de staart, de niet-vertaalde regio. Facultatieve elementen (85-90% van het gehele genoom) zijn DNA dat geen informatie bevat over de aminozuursequentie van eiwitten en niet strikt verplicht is. Dit DNA kan deelnemen aan de regulatie van genexpressie, structurele functies vervullen, de nauwkeurigheid van homologe paring en recombinatie verhogen en succesvolle DNA-replicatie bevorderen. De deelname van facultatieve elementen aan de erfelijke overdracht van eigenschappen en de vorming van mutatievariabiliteit is inmiddels bewezen. Een dergelijke complexe genoomstructuur bepaalt de diversiteit aan genmutaties.

In de breedste zin van het woord is een mutatie een stabiele, erfelijke verandering in het DNA. Mutaties kunnen gepaard gaan met veranderingen in de structuur van chromosomen die onder een microscoop zichtbaar zijn: deletie - verlies van een deel van een chromosoom; duplicatie - verdubbeling van een deel van een chromosoom; insertie (inversie) - een breuk in een deel van een chromosoom, de rotatie ervan met 180° en hechting aan de plaats van de breuk; translocatie - het afbreken van een deel van één chromosoom en het hechten ervan aan een ander. Dergelijke mutaties hebben de grootste schadelijke gevolgen. In andere gevallen kunnen mutaties bestaan uit de vervanging van een van de purine- of pyrimidinenucleotiden van een enkel gen (puntmutaties). Dergelijke mutaties omvatten: missense mutaties (mutaties met een betekenisverandering) - vervanging van nucleotiden in codons met fenotypische manifestaties; nonsense mutaties (senseless) - vervanging van nucleotiden die terminatiecodons vormen, waardoor de synthese van het door het gen gecodeerde eiwit voortijdig wordt beëindigd; splicingmutaties - substituties van nucleotiden op de kruising van exonen en intronen, wat leidt tot de synthese van langwerpige eiwitmoleculen.

Relatief recent is een nieuwe klasse mutaties geïdentificeerd: dynamische mutaties of expansiemutaties die geassocieerd worden met instabiliteit van het aantal trinucleotide-herhalingen in functioneel significante delen van genen. Veel trinucleotide-herhalingen gelokaliseerd in getranscribeerde of regulerende delen van genen worden gekenmerkt door een hoge mate van populatievariabiliteit, waarbinnen geen fenotypische stoornissen worden waargenomen (d.w.z. de ziekte ontwikkelt zich niet). De ziekte ontwikkelt zich alleen wanneer het aantal herhalingen op deze plaatsen een bepaald kritisch niveau overschrijdt. Dergelijke mutaties worden niet overgeërfd volgens de wet van Mendel.

Erfelijke ziekten zijn ziekten die ontstaan door beschadigingen aan het celgenoom. Deze beschadigingen kunnen het gehele genoom aantasten, individuele chromosomen aantasten en zo chromosomale ziekten veroorzaken, of individuele genen aantasten en zo genziekten veroorzaken.

Alle erfelijke ziekten worden gewoonlijk onderverdeeld in drie grote groepen:

• monogeen;
• polygeen of multifactorieel, waarbij mutaties van verschillende genen en niet-genetische factoren met elkaar interacteren;
• chromosomale afwijkingen, of afwijkingen in de structuur of het aantal chromosomen.

Ziekten die tot de eerste twee groepen behoren, worden vaak genetisch genoemd, terwijl de ziekten die tot de derde groep behoren, chromosomale ziekten worden genoemd.

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

Classificatie van erfelijke ziekten

Chromosomaal	Monogeen	Multifactorieel (polygeen)
Afwijkingen in het aantal geslachtschromosomen: - Shereshevsky-Turner-syndroom; - Klinefelter-syndroom; - trisomie X-syndroom; - syndroom 47, XYY Autosomen: - Downsyndroom; - Edwards-syndroom; - Patau-syndroom; - gedeeltelijke trisomie 22 Structurele afwijkingen van chromosomen: Cri du chat-syndroom; 4p deletiesyndroom; Syndromen van naburige genmicrodeletie	Autosomaal dominant: Syndroom van Marfan; ziekte van von Willebrand; Minkowski-Shoffar-anemie en andere Autosomaal recessief: - fenylketonurie; - galactosemie; - taaislijmziekte, enz. X-gebonden recessief: Hemofilie A en B; Duchenne myopathie; En anderen. X-gebonden dominant: - vitamine D-resistente rachitis; - bruine verkleuring Tandglazuur, enz.	CZS: sommige vormen van epilepsie, schizofrenie, etc. Cardiovasculair systeem: reuma, hypertensie, atherosclerose, etc. Huid: atopische dermatitis, psoriasis, enz. Ademhalingsstelsel: bronchiale astma, allergische alveolitis, enz. Urinewegstelsel: urolithiasis, bedplassen, enz. Spijsverteringsstelsel: maagzweer, niet-specifieke colitis ulcerosa, enz.

Chromosomale ziekten kunnen worden veroorzaakt door kwantitatieve chromosoomafwijkingen (genomische mutaties) en structurele chromosoomafwijkingen (chromosomale afwijkingen). Klinisch gezien uiten bijna alle chromosomale ziekten zich als een verstandelijke beperking en meervoudige aangeboren afwijkingen, die vaak onverenigbaar zijn met het leven.

Monogene ziekten ontwikkelen zich als gevolg van schade aan individuele genen. Monogene ziekten omvatten de meeste erfelijke stofwisselingsziekten (fenylketonurie, galactosemie, mucopolysacharidosen, cystische fibrose, adrenogenitaal syndroom, glycogenosen, enz.). Monogene ziekten worden overgeërfd volgens de wetten van Mendel en kunnen, afhankelijk van het type overerving, worden onderverdeeld in autosomaal dominant, autosomaal recessief en X-gebonden.

Multifactoriële ziekten zijn polygeen en vereisen de invloed van bepaalde omgevingsfactoren. De algemene symptomen van multifactoriële ziekten zijn als volgt.

• Hoge frequentie in de bevolking.
• Uitgesproken klinisch polymorfisme.
• Overeenkomsten in de klinische verschijnselen bij de proefpersoon en naaste verwanten.
• Verschillen in leeftijd en geslacht.
• Vroeger begin en enige toename van klinische verschijnselen bij oplopende generaties.
• Variabele therapeutische werkzaamheid van geneesmiddelen.
• Gelijkenis van klinische en andere manifestaties van de ziekte bij naaste verwanten en de proband (de erfelijkheidscoëfficiënt voor multifactoriële ziekten is hoger dan 50-60%).
• Inconsistentie van overervingspatronen met de wetten van Mendel.

Voor de klinische praktijk is het belangrijk om de essentie van de term "aangeboren afwijkingen" te begrijpen. Deze kunnen enkelvoudig of meervoudig, erfelijk of sporadisch zijn. Erfelijke aandoeningen omvatten geen aangeboren aandoeningen die optreden tijdens kritieke perioden van de embryogenese onder invloed van ongunstige omgevingsfactoren (fysisch, chemisch, biologisch, enz.) en niet erfelijk zijn. Een voorbeeld van een dergelijke pathologie zijn aangeboren hartafwijkingen, die vaak worden veroorzaakt door pathologische effecten tijdens de periode van hartvorming (eerste trimester van de zwangerschap), bijvoorbeeld een virale infectie die de weefsels van het zich ontwikkelende hart aantast; foetaal alcoholsyndroom; ontwikkelingsafwijkingen van de ledematen, oorschelpen, nieren, spijsverteringskanaal, enz. In dergelijke gevallen vormen genetische factoren slechts een erfelijke aanleg of verhoogde vatbaarheid voor de effecten van bepaalde omgevingsfactoren. Volgens de WHO komen ontwikkelingsafwijkingen voor bij 2,5% van alle pasgeborenen; 1,5% hiervan wordt veroorzaakt door ongunstige externe factoren tijdens de zwangerschap, de rest is voornamelijk van genetische aard. Het onderscheid tussen erfelijke en niet-erfelijke aangeboren aandoeningen is van groot praktisch belang voor het voorspellen van de kans op nakomelingen in een bepaalde familie.

[ 5 ]

Methoden voor diagnostiek van erfelijke ziekten

De praktische geneeskunde beschikt momenteel over een heel arsenaal aan diagnostische methoden waarmee erfelijke ziekten met een zekere waarschijnlijkheid kunnen worden opgespoord. De diagnostische gevoeligheid en specificiteit van deze methoden variëren: sommige laten slechts de aanwezigheid van een ziekte vermoeden, terwijl andere met grote nauwkeurigheid mutaties detecteren die aan de basis van de ziekte liggen of de kenmerken van het beloop ervan bepalen.

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

Cytogenetische methoden

Cytogenetische onderzoeksmethoden worden gebruikt om chromosomale aandoeningen te diagnosticeren. Ze omvatten:

• geslachtschromatineonderzoek - bepaling van X- en Y-chromatine;
• karyotypering (karyotype is de verzameling chromosomen van een cel) - bepaling van het aantal en de structuur van de chromosomen ten behoeve van de diagnose van chromosomale ziekten (genomische mutaties en chromosomale afwijkingen).

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