Методи вивчення генетики людини

ОДЕСА – 2013

Квітня 2013 р. протокол № 8.

ТЕЗИ ЛЕКЦІЇ

ТА МЕДИЧНОЇ БІОЛОГІЇ

Навчальна дисципліна «Медична біологія»

Модуль № 2 «Організмовий рівень організації життя.

Основи генетики людини»

Змістовий модуль № 3 «Методи вивчення спадковості людини.

Спадкові хвороби»

Лекція № 8 «Спадкові хвороби людини»

Курс І Факультет медичний

Лекцію обговорено на методичній нараді кафедри

Завідувач кафедри,

професор ______________________ БАЖОРА Ю. І.

План лекції:

1. Цитогенетичні методи, їх принципи та класифікація.

2. Каріотипування. Показання до застосування та методика виконання.

3. Класифікація спадкових хвороб.

4. Поняття про генні так хромосомні захворювання.

Медична генетика вивчає генетичні основи хвороб людини, етіологію, патогенез, діагностику, лікування і профілактику спадкових хвороб, та питання медико-генетичного консультування.

Спадкові хвороби – хвороби обумовленні мутаціями.

Класифікація спадкових хвороб:

1. Хромосомні хвороби

2. Моногенні хвороби

3. Мультифакторіальні хвороби

Цитогенетичні методи.

Ці методи основані на вивченні каріотипу людини. Дозволяють визначити зміни числа та структури хромосом. Це основний метод діагностики хромосомних захворювань. До цитогенетичних методів відносяться:

1. Каріотипування

2. Молекулярно-цитогенетичні методи

3. Визначення статевого хроматину

Показання до цитогенетичного дослідження:

1. Підозріння на хромосомне захворювання по клінічній симптоматиці (для підтвердження діагнозу).

2. Множинні вроджені пороки розвитку та розумова відсталість в дітей.

3. Затримка та аномалії статевого розвитку.

4. Невиношування вагітності (після двох спонтанних абортів), мертво народження, безпліддя.

5. Оцінка мутагенних впливів (радіаційних або хімічних).

Метод каріотипування – дозволяє вивчити число та структуру хромосом.

Диференційне забарвлення дозволяє отримати більш детальну картину структури хромосом. Хромосоми вивчають на стадії метафази (400 сегментів на гаплоїдний геном) і про метафази (до 850 сегментів на гаплоїдний геном). Диференційне забарвлення дозволяє визначити міжхромосомні та всередині хромосомні перебудови по зміненню порядку розташування сегментів.

Молекулярно-цитогенетичні методи

FISH метод (флуоресцентна in situ гібридизація) оснований на зв'язуванні певних ділянок хромосом з флуоресцентно міченим ДНК-зандом. FISH метод дозволяє вивчити хромосоми інтерфазного ядра. Метод використовують для:

1. Швидкої діагностики хромосомних захворювань, зв'язаних зі зміною числа хромосом (червоний – зонд до 21 хромосоми, зелений – до 13).

2. Визначення мікроделецій та мікродуплікацій.

3. Визначення складних хромосомних перебудов.

Визначення статевого хроматину

Х-хроматин (тільце Барра) – спіралізована Х-хромосома. Теорія М.Лайон (1961 р.)

1. Одна з Х-хромосом жіночого організму інактивується та спіралізується.

2. Інактивація відбувається на 16-19 добу ембріонального розвитку.

3. Процес інактивації носить випадковий характер.

4. Після інактивації у всіх нащадків даної клітини інактивується та ж хромосома.

Х-статевий хроматин (тільце Барра) визначають у:

1. Епітеліальних клітинах зі слизової оболонки щоки (соскоб). Тільце Барра у вигляді темної грудочки біля оболонки ядра. У нормі визначається у жінок більш ніж у 20% клітин.

2. Нейтрофільних лейкоцитах (мазок крові). Тільце Барра у вигляді «барабанної палочки». У нормі визначається у жінок у 1-2% клітин.

Визначення Х-статевого хроматину використовують:

1. Для експрес-діагностики хромосомних захворювань, зв'язаних зі зміною числа Х-хромосом. Число Х-хромосом на одиницю більше числа грудочок статевого хроматину і визначається за формулою: N=n+1, де N – число Х-хромосом, n – число грудочок статевого хроматину.

2. В судовій медицині для визначення статевої приналежності фрагментів трупа людини (тільця Барра добре зберігаються у хрящовій тканині).

3. Як експрес-метод діагностики статті при гермафродитизмі.

Y-статевий хроматин

Y-статевий хроматин – це інтенсивно флуоресцируюча ділянка довгого плеча Y-хромосоми в інтерфазних ядрах. Її визначають у буккальному соскобі, лейкоцитах периферійної крові. Препарат забарвлюють флуоресцентним барвником акрихін-імпритом. Під люмінесцентним мікроскопом Y-хроматин виявляється в ядрі клітини як яскрава пляма діаметром 0,3-1,0 мкм. У чоловіків у нормі одна грудочка Y-хроматина. Метод використовується для експрес-діагностики синдрому полісомії-Y.

Хромосомні захворювання

Це спадкові захворювання, пов'язані зі зміною числа та структури хромосом.

1. Захворювання, пов'язані зі зміною ауто сом. Характерні множинні аномалії та пороки розвитку, розумова відсталість. Проявляються з народження.

2. Захворювання, пов'язані зі зміною статевих хромосом. Як правило, проявляються порушенням статевого розвитку. Інтелект частіше нормальний.

Синдром Дауна.

Популяційна частота у новонароджених 1:700 – 1:800. Вірогідність народження хворих дітей зростає у жінок після 35 років.

· Каріотип: 47,ХХ, +21 або 47, ХY, +21 (повна трисомія). Зустрічається транс локація (4%) та мозаїцизм (2%).

· Специфічна зовнішність: плоске обличчя, монголоїдний розріс очей, епікант, широке плоске перенісся, макроглоссія. Брахіцефальна форма черепа. Мікроцефалія.

· Середній ріст дорослих хворих біля 150 см. М'язовий тонус знижений.

· У 50% пороки серця. Зниження імунітету. Часто лейкози.

· Розумова відсталість.

· Деякі хворі живуть до 50-60 років.

Синдром Едвардса

Популяційна частота 1:5000-1:7000 новонароджених.

· Каріотип: 47, ХХ, +18 або 47, ХY, +18.

· «Нависаюча» потилиця.

· Маленька нижня щелепа.

· Характерне розташування пальців кисті – 2 і 5 пальці перекривають 3 і 4.

· Множинні вродженні пороки розвитку.

· 60% хворих помирають у віці до 3 місяців, однорічний вік переживає не більше 10% хворих. У всіх тяжка розумова відсталість.

Синдром Патау

Популяційна частота 1:5000 – 1:7000 новонароджених.

· Каріотип: 47, ХХ, +13 або 47, ХY, +13

· Змінення обличчя та черепа: мікроцефалія, ущелина губи та неба, полідактилія.

Синдром «котячого крику»

Популяційна частота 1:45000 – 1:50000.

· Синдром обумовлений делецією короткого плеча 5 хромосоми. Каріотип: 46, ХХ, del 5p або 46, ХY, del 5p.

· Специфічний плач, що нагадує котяче нявкання чи крик. Він обумовлений зміненням гортані (звуження, м'якість хрящів, зменшення надгортанника, незвичайна складчастість слизової оболонки). З віком цей симптом зникає.

Синдром Шершевського-Тернера

Частота синдрому 1:3000-3500 новонароджених дівчаток.

· Каріотип: 45,Х. у клітинах немає грудочок статевого хроматина.

· У новонароджених характерні симптоми: коротка шия з надлишком шкіри, лімфатичні набряки стоп та кисть.

· Відставання у зрості, середній зріст дорослих хворих 140 см.

· Крилоподібні складки на шиї.

· Недорозвиток статевих органів та вторинних статевих ознак.

· Вроджені пороки серцево-судинної та інших систем органів зустрічаються у 25% хворих.

Трисомія-Х.

Частота патології 1:1000 – 1:1200 дівчат.

· Частіше зустрічається трисомія – каріотип 47, ХХХ. У клітинах виявляються 2 грудочки статевого хроматина.

· В основному нормальний фізичний та психічний розвиток.

· У 1/3 жінок порушення репродуктивної функції.

· Може бути невелике зниження інтелекту.

Синдром Клайнфельтера

Популяційна частота 1:1000 хлопчиків.

· Каріотип: 47, ХХY. У клітинах хворих виявляють одну грудочку статевого хроматина.

· Високий зріст з диспропорціонально довгими кінцівками, євнухоїдною тіло будовою, оволосінням по жіночому типу.

· Гінекомастія (розвиток молочних залоз).

· Безпліддя.

Синдром полісомії Y

Популяційна частота 1:1000 новонароджених хлопчиків та 1:10 серед чоловіків і зростом більш 2 м.

· Каріотип хворих 47, ХYY у клітинах 2 грудочки Y-хроматина.

· Високий зріст. Кожна Y-хромосома збільшує зріст приблизно на 15 см. Іноді збільшення нижньої щелепи, кисті, стопи, грубі риси обличчя, виступаючі надбрівні дуги.

· У 30-40% хворих легка розумова відсталість, зниження критики, агресивність, взривчастість.

Біохімічний метод

Оснований на вивченні біохімічних показників. Використовується для діагностики моно генних хвороб – вроджених порушень обміну речовин (ферментопатій).

Вроджені порушення метаболізму

· Ген мутація

· Білок порушення метаболізму

· Ознака хвороба

Ферментопатії

· Аутосомно-рецесивні захворювання, пов'язані з дефектом фермента, який забезпечує перетворення одних речовин (субстратів) в інші (продукти)

· Проблеми пов'язані з:

1. Накопиченням субстрату та його метаболітів.

2. Недостача кінцевих продуктів.

Класифікація ферментопатій

· Аміноацидурії (фенілкетонурія, алкаптонурія, альбінізм);

· Порушення метаболізму вуглеводів (галактоземія, фруктозурія, глікогенози);

· Порушення ліпідного метаболізму (сімейна гіперхолестерінемія);

· Порушення синтезу гормонів (вроджений гіпотиреоз).

Фенілкетонурія

Тироксин

Фенілаланін

Тирозин

Меланін

Фенілпіровиноградна кислота

Масовий скринінг – обстеження усіх новонароджених для виявлення хвороби до клінічних проявів та своєчасного лікування.

Пренатальна діагностика – це діагностика захворювань у плода (до народження).

Основні показання до пренатальної діагностики:

· Підозріння на хромосомну хворобу у плода після ультразвукового обстеження та біохімічного обстеження у матері.

· Вік матері більш 35 років.

· Народження дитини з хромосомною патологією.

· Один з батьків – носій хромосомної аберації.

· Наявність у сім'ї дітей з ферментопатіями.

Основні методи пренатальної діагностики:

· Біопсія ворсин хоріона (хоріоцентез) – отримання тканини хоріона. Рекомендують проводити при терміні вагітності 10-14 тижднів.

· Плацентоцентез – отримання тканини плаценти, проводиться з 14-го тижня вагітності.

· Амніоцентез – отримання біляплоїдної рідини, в якій знаходяться клітини плоду та амніона. Проводиться при терміні вагітності 16-20 тижднів.

Отримані клітини досліджують

· Цитогенетичними методами (підозріння на хромосомні хвороби).

· Молекулярно-генетичними та біохімічними методами (підозріння на моногенні хвороби)

Дерматогліфічний метод (Френсіс Гальтон, 1892)

Оснований на вивченні малюнка шкіри на пальцях, долонях та підошвах.

· Закладка візерунків – на 3-ому – 4-ому місяці ембріонального розвитку, впродовж життя візерунок змінюється.

· Вивчення візерунків на подушечках пальців називається дактилоскопією, на долонях – пальмоскопією, на підошвах – плантоскопією.

Епідермальні виступи – гребені (папілярні лінії). Папілярні лінії можуть зближуватися, утворюючи три радіуси (дельти). Три основних типа візерунків на пальцях:

1. Петлі (L) 60%.

2. Арки (A) 6%.

3. Завитки (W) 34%.

Гребеневий рахунок – число папілярних ліній між дельтою та центром візерунка. В середньому – 15-20. Важлива характеристика долоннєвого рельєфу – кут atd. З’єднує трирадіуси біля основи ІІ пальця, осьовий долоннєвий трирадіус та трирадіус біля основи V пальця. У нормі кут atd не перевищує 57°. Дерматогліфічний метод використовується:

· Як допоміжний для діагностики хромосомних хвороб.

· У визначенні зиготності близнюків.

· У судовій медицині.

Гібридизація соматичних клітин (Георгій Барський).

Дозволяє визначити зчеплення генів з певними хромосомами. Оснований на дослідженні гібридів соматичних клітин, наприклад, людини та миші. Ядра клітин зливаються. Потім при культивуванні залишаються повний хромосомний набір миші та декілька хромосом людини. Гени людини картирують, зв'язуючи їх експресію з хромосомами, що залишилися у гібридній клітині.

Популяційно-статистичний метод

Предмет популяційно-статистичного (популяційно-генетичного) методу – вивчення частоти генів та генотипів в популяції. Популяція – група організмів одного виду, що мешкають на певній території довгий час, вільно схрещуються між собою та розмножуються ізольовано от інших популяцій того ж виду.

В генетиці використовують поняття:

· Ідеальних популяцій

· Реальних популяцій

Ідеальна популяція характеризується:

· Нескінченно великим числом особин

· Вільним схрещуванням (панміксією)

· Відсутністю міграцій

· Відсутністю мутацій

· Відсутністю природного відбору

Поняття ідеальної популяції використовують як модель для математичних розрахунків в генетиці популяцій. Природні популяції називають реальними. Вони являються об'єктом вивчення популяційної генетики.

Генофонд популяції – сукупність генів усіх особин популяції.

Частота алельного гена – відношення його кількості у всіх особин популяції до загальної суми у даному локусі.

Частота генотипу – доля генотипу серед усіх особин у популяції. Частоту генів та генотипів в ідеальній популяції дозволяє розрахувати закон Харді-Вайнберга (1908 р.):

В ідеальній популяції частоти алельних генів та генотипів залишаються постійними з покоління у покоління. Математичний вираз закону Харді-Вайнберга:

Якщо позначити частоти генів A–p та a - q, тоді: p+q=1

Частота гамет, що несуть алелі А та а складає: pA та qa

· За умови панміксії частота генотипів складає: p² AA+2pq Aa+q² aa=1

За допомогою закону Харді-Вайнберга можна визначити генетичну структуру популяції (частоти певних генів та генотипів).

1. Вивчають розповсюдженість ознаки, що цікавить дослідника (безпосереднє обстеження частини популяції, вивчення медичних статистичних даних, архівів лікарень, анкетирування).

2. Знаючи частоту ознаки виявляють генетичну структуру за цією ознакою. Вивчення популяційної структури та частоти гетерозигот дозволяє прогнозувати розповсюдження хвороб в наступних поколіннях. Можна також вияснити:

· Чи є ознака моногенна.

· Чи виявляється ознака парою алельних генів чи більшим їх числом.

· Ступінь генетичної спорідненості між популяціями.

Закон Харді-Вайнберга що виконується для ідеальної популяції.

У реальній популяції на частоту алелій впливають:

· Обмеження панміксії

· Обмеження чисельності популяції

Дем – популяція чисельністю 1500 – 4000 людей, частота родинних шлюбів – 80 – 90%. Ізолят – популяція чисельністю менш 1500 людей, частота родинних шлюбів більш 90%. Причини ізоляції та обмеження панміксії: географічні, національні, релігійні, соціальні.

У малих популяціях відбувається дрейф генів. Дрейф генів – процес випадкового ненаправленого змінення частот алелей у поколіннях.

· Зникнення одного з алелей.

· Підвищення гомозиготності популяції

· Накопичення спадкових хвороб

Накопичення спадкових хвороб може бути також пов'язане з:

· «Ефектом основника»

· Ефектом «пляшкового горлечка»

Основа генетичної гетерогенності популяції – мутації. Мутаційний тяж – сукупність мутацій, що виникли знов. Сегрегаційний тяж – сукупність успадкованих мутацій. Частота мутантних генів в популяції може збільшуватися за рахунок природного відбору.

Тези лекції склала

старший викладач кафедри клінічної імунології,

генетики та медичної біології ОНМедУ, к.мед.н. ЧЕСНОКОВА М. М.

Дата добавления: 2014-01-04