Каждый из имеющихся у человека генов может мутировать, а значит приводить к появлению нового или исчезновению имеющегося белка. Однако генные мутации в основной своей массе рецессивны и обусловленные ими наследственные заболевания могут не проявляться, а накапливаться в генофонде сообщества людей. В связи с этим можно полагать, что количество наследственных болезней, вызванных генными мутациями, может быть значительно больше выявленных к настоящему времени. Для многих генных болезней идентифицирован первичный аномальный продукт гена или ведущее патогенетическое звено на биохимическом уровне. Последние классифицируют в зависимости от вида пораженных (измененных) белков: структурных, транспортных, ферментных. Например, при синдроме Элерса – Данло изменяется молекулярная структура коллагена. Это приводит к повышенной эластичности кожи, подвижности суставов, растяжимости хорд сердечных клапанов, а также к подвывихам хрусталика, отслойке сетчатки глаза. Поражение транспортных белков (диаминокислот: лизина, аргинина, орнитина) отмечено, например, при лизинурической непереносимости белка.
Наиболее обширную и хорошо изученную группу моногенных заболеваний составляют энзимопатии.Уже расшифрованы многие дефекты ферментов, обусловившие нарушения обмена углеводов (гликогена), липидов, белков, в том числе гликопротеидов, аминокислот, гормонов.
Следует указать, что характерные для многих моногенных наследственных болезней первичные биохимические дефекты до сих пор окончательно не выявлены, как, например, при ахондроплазии – наследственной болезни костной системы, проявляющейся низким ростом, аномальным развитием хрящевой ткани, особенно в эпифизах трубчатых костей, когда при нормальной длине туловища больные имеют укороченные, деформированные и бугристые конечности.
Как аномалии развития, так и болезни могут наследоваться по доминантному или рецессивному типу или могут передаваться как с аутосомами, так и с половой Х-хромосомой.
2.5. Диагностика, лечение и профилактика наследственной клеточной патологии
Ниже коротко перечислены цели и возможности клинико-синдромологического и клинико-генеалогического методов (в том числе составление родословной и изучение близнецов), а также методов цитогенетической, биохимической и молекулярной диагностики.
Клинико-синдромологический метод. Клинико-синдромологический метод позволяет выявлять морфологические, биохимические и функциональные признаки наследственных форм патологии (например, дефицит плазменного фактора VIII при подозрении на гемофилию A; кариотип 45,Х0 при подозрении на синдром Шерешевского – Тёрнера; поражения скелета, сердечно-сосудистой системы и глаз при подозрении на синдром Марфана).
Клинико-генеалогический метод. Клинико-генеалогический метод выявляет патологические признаки и прослеживает особенности их передачи в поколениях при составлении родословной. Он включает:
– определение типа наследования (доминантного, рецессивного, ауто- или гоносомного);
– выявление носителей гена, определяющего развитие исследуемого признака (болезни);
– оценка пенетрантности (частоты проявления) гена – «носителя» патогенного признака;
– определение генетического риска (вероятности рождения больного ребенка).
Цель – установить закономерности наследования признака. Для этого составляют родословную, проводят цитогенетическую диагностику, биологическое моделирование.
Составление родословной начинают со сбора сведений о семье консультирующегося или пробанда. Консультирующимся называется лицо, обратившееся к врачу, или первое попавшее в поле зрения исследователя лицо. Пробанд – больной или носитель изучаемого признака, с которого начинается родословная. Во многих случаях консультирующийся и пробанд являются одним и тем же лицом. Дети одной родительской пары называются сибсами (братья и сестры). Семьей в узком смысле называют родительскую пару и их детей, но иногда и более широкий круг кровных родственников, хотя в последнем случае лучше применять термин род.
Близнецовый метод базируется на сравнительном анализе частоты определенного признака в разных группах близнецов, а также в сопоставлении с партнерами монозиготных пар между собой и общей популяцией. Идентичность близнецов по анализируемому признаку обозначают как конкордантность, а отличие – как дискордантность. Роль наследственности и факторов среды в возникновении патологии у близнецов оценивают по специальным формулам.
Цитогенетическая диагностика. Цитогенетическая диагностика основана на микроскопическом изучении хромосом с целью выявления структурных нарушений в хромосомном наборе (кариотипирование). В качестве материала используют тканевые культуры с большим числом делящихся клеток, чаще лимфоциты периферической крови. Хромосомы на стадии метафазы изучают при помощи специальных методов окрашивания и составляют идиограммы (систематизированные кариотипы с расположением хромосом от наибольшей к наименьшей), что позволяет выявлять геномные и хромосомные мутации.
Биохимическая диагностика. Биохимическая диагностика базируется на изучении биохимических показателей, отражающих сущность болезни (например, активность ферментов, наличие патологических метаболитов, концентрация компонентов ферментативной реакции).
Объекты исследования:
– метаболиты в биологических жидкостях и клетках (например, фенилаланин при фенилпировиноградной олигофрении; кетоновые тела при сахарном диабете);
– аномальные белки (например, гемоглобин [Hb] при гемоглобинопатиях);
– дефектные ферменты (например, холинэстераза, глутатион пероксидаза, каталаза).
Этапы исследования:
1) использование скрининговых программ диагностики (например, тонкослойной хроматографии, электрофореза, микробиологических методов);
2) применение подтверждающих методов (например, флюорометрических, спектрофотометрических, количественного определения метаболитов, тестирования активности фермента).
Молекулярная диагностика. При помощи методов ДНК-диагностики устанавливают последовательность расположения отдельных нуклеотидов, выделяют гены и их фрагменты, устанавливают их наличие в изучаемых клетках. К числу наиболее эффективных методов относятся гибридизация ДНК (блоттинг, in situ), клонирование ДНК, полимеразная цепная реакция.
Гибридизация ДНК. Для определения порядка расположения нуклеотидов в исследуемом генетическом материале изучаемую ДНК помещают в специальную среду, где происходит контакт ДНК с нитями другой нуклеиновой кислоты. В случае комплементарности каких-либо двух нитей происходит их «сшивка». При специальных исследованиях используют генетические «зонды» – фрагменты меченной радиоактивным изотопом однонитевой ДНК с известной последовательностью нуклеотидов.
Блот-гибридизация. Для выявления интересующих (в том числе мутантных) генов ДНК подвергают рестрикции. Полученные фрагменты ДНК подразделяют по молекулярной массе, денатурируют и переносят на носитель (нейлоновую или иную мембрану). Фиксированную на носителе в виде пятна ДНК гибридизируют с меченым радиоактивным изотопом ДНК- или РНК-зондом. В результате определяют положение аномального фрагмента ДНК.
Клонирование ДНК. С помощью специализированных ферментов (ДНК-рестриктаз) разрезают нить ДНК на отдельные группы генов или на единичные гены. Для изучения признаков (в том числе патологических), кодируемых данными генами, особенностей транскрипции и трансляции создают нужное количество копий данного гена.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР). ПЦР (специфическая амплификация небольшого участка ДНК) применяют для изучения регионов предполагаемых мутаций и других особенностей структуры ДНК. Для исследования можно использовать любой биологический материал, содержащий ДНК (например, кусочек ткани, содержащий каплю или пятно крови, смыв полости рта, луковицу корня волос). На первом этапе исследуемую ДНК расщепляют на две нити при нагревании до 95 – 98 °C. Затем одну из нитей гибридизируют и стимулируют синтез последовательности, комплементарной исследуемой ДНК (с помощью термофильной ДНК-полимеразы). Циклы реакции повторяют до накопления нужного количества ДНК. Эту методику разработал и предложил Кэри Муллис.
Биологическое моделирование. Биологическое моделирование проводят для анализа возможных генетических дефектов человека с использованием в качестве объекта исследования животных (здоровых или мутантных), а также для изучения возможных мутагенных и тератогенных эффектов лекарственных средств (ЛС) и других агентов, для разработки методов генной инженерии.