Lékařská genetika
Definice
Lékařská genetika je široce interdisciplinární obor preventivní medicíny, který se zabývá prevencí a diagnostikou závažných dědičných nemocí a vad V návaznosti na jiné obory medicíny se lékařská genetika snaží o ovlivnění lidské reprodukce a o zdravý vývoj nové generace.
Význam
V minulosti se pouze u minority onemocnění předpokládala genetická souvislost. V současné době se pouze u minority onemocnění nepředpokládá určitá genetická závislost či podstata.
Historie
J. G. Mendel (1822-1884) - významný včelař, meteorolog a zakladatel vědního oboru genetiky
Historie 1865 - Mendelovy zákony: • zákon o jednotce dědičnosti: dědičné vlastnosti jsou determinovány neděli-
telnými jednotkami informace (které nyní nazýváme geny). Alely je jednou z forem genů • zákon dominace: alely se vyskytují u každého jedince v páru, ale účinek jedné alely může být překryt dominantní párovou alelou • zákon segregace: během tvorby gamet se každý pár alel rozejde (oddělí), takže libovolná gameta nese pouze jednu alelu z každého páru. Páry se obnovují při fertilizaci • zákon volné kombinovatelnosti: různé geny řídí rozdílné fenotypické znaky a alely různých genů se kombinují navzájem nezávisle
Historie- svět
• 1944 - funkce DNA • 1953 - struktura DNA • 1957 - 46 chromosomů u člověka • 1957 - léčba fenylketonurie • 1959 - M. Down - 47, XX, +21 • 60. Léta - založeno několik genetických laboratoří • 1965 - 100. výročí Mendelových zákonů - UNESCO
Historie- ČR •1967 - společnost lékařské genetiky • 1967 - věstník MZ- genetika – obor • 1970 - normalizace - likvidace odborníků (Prof. Sekla, Prof. Brunecký), popírána jedinečnost člověka, zatajovány skutečnosti o životním prostředí, útlum výuky • postupný rozvoj oboru, síť genetických poraden, rozvoj laboratoří, výuka
Hlavní specializační oblasti lékařské genetiky • klinická genetika • cytogenetika • molekulární cytogenetika
Klinická genetika
• zabývá se diagnózou dědičných chorob a stará se o jejich medicínské, sociální a psychologické aspekty • vhodná péče směřuje nejen k pomoci postiženému, ale je směřována k dalším členům rodiny a to nejen současným, ale i budoucím - genetické poradenství
Genetické pracoviště • genetická poradna – ambulance • laboratoře cytogenetické (prenatální, postnatální, molekulárně cytogenetické, onkocytogenetické) • laboratoře molekulárně genetické (monogenně podmíněná onemocnění, onkogenetika, identifikace jedinců)
Genetická vyšetření • genetické poradenství – konzultace, genealogie • cytogenetické vyšetření • molekulárně cytogenetické vyšetření • DNA / RNA analýza
Primární genetická prevence Definice: preventivní postupy, které můžeme nabídnout před (optimálně plánovanou) graviditou
Primární genetická prevence • plánované rodičovství- snaha partnerského páru, aby otěhotnění a porod nastaly v nejvhodnější době. Plánované rodičovství může mít pozitivní nebo negativní charakter: - pozitivní plánované rodičovství: cílená snaha o otěhotnění. - negativní plánované rodičovství:–snaha a opatření vedoucí k zábraně nežádoucího otěhotnění (antikoncepce). • reprodukce v optimálním věku - z biologického a genetického hlediska je pro první otěhotnění optimální věk ženy mezi 20. až 24. rokem. Před 20. rokem života bývají ženy v naší zemi sice biologicky schopny otěhotnět, průměrný reprodukční věk dívek v České republice nastává ve 14 až 16 letech, ale v této době nebývají ještě zcela duševně připraveny na těhotenství a mateřství
Primární genetická prevence - s přibývajícím věkem ženy, nad 30 let, pravděpodobnost prvního otěhotnění klesá - těhotenství žen starších 35 let jsou spojena se zvýšeným rizikem těhotenských komplikací (samovolné potraty, vysoký tlak, preeklampsie, metabolické poruchy, poruchy nitroděložního vývoje plodu) - po 35. roce života ženy je riziko vývojových vad plodů 1,0 %, po 40. roce 1,8 %, po 45. roce až 6,0 %. Starším ženám se častěji než mladým matkám rodí děti s Downovým syndromem. Vyšší věk partnera se na vzniku vývojových poruch plodu sice podle dnešních informací projevuje, ale ne tak významně jako u ženy
Primární genetická prevence • prevence spontánních a indukovaných mutací prostřednictvím zdravého životního stylu • genetické poradenství – specializovaná konzultace a genealogická studie partnerů, případně zařazení specializovaných laboratorních vyšetření, která mohou potvrdit či vyloučit některá podezření na genetickou zátěž v rodině
Primární genetická prevence • antikoncepce, sterilizace, adopce, dárcovství gamet • očkování proti rubeole • prevence rozštěpových vad doporučením podávání kyseliny listové v dávce cca 0,8 mg všem ženám plánujícím těhotenství po dobu 3 měsíce před koncepcí a do konce 12 týdne gravidity • prekoncepční a perikoncepční péče především gynekologická
Primární genetická prevence • konzultace ošetřujícího lékaře o aktuálním zdravotním stavu partnerů vzhledem k plánovanému rodičovství, především tam, kde je, nebo v minulosti byla, nutná dlouhodobá farmakoterapie • vyšetření získaných chromosomových aberací u osob plánujících rodičovství, které jsou v riziku kontaktu se škodlivinami, ať už v souvislosti s pracovním prostředím, nebo v souvislosti s terapií (chemikálie, záření, chemoterapie, radioterapie, imunosuprese )
Primární genetická prevence
• konzultace ošetřujícího lékaře u žen léčených pro většinou dlouhodobá, chronická a závažná onemocnění (diabetes melitus typu I., epilepsie, psychóza, hypertenze, Crohnova choroba, astma bronchiale, apod. ) jednak ve vztahu gravidity a základního onemocnění ženy, jednak ve vztahu nutné farmakoterapie a gravidity
Sekundární genetická prevence Definice: Postupy v graviditě- prenatální diagnostika a postnatální diagnostika
Sekundární genetická prevence • prospektivní genetické poradenství / prevence prvního výskytu/ • včasná diagnostika postiženého plodu • prenatální diagnostika • prenatální screening vrozených vývojových vad a chromosomových aberací (soubor pravidelných ultrazvukových vyšetření a biochemický screening ) • prenatální terapie pokud je možná • preimplantační diagnostika
Sekundární genetická prevence • předčasné ukončení těhotenství dle přání rodiny a dle platných zákonných možností • postnatální screening • zábrana klinické manifestce dědičného onemocnění v předklinickém období • presymptomatický screening • postnatální péče a terapie • retrospektivní genetické poradenství / patologický stav se již v rodině vyskytl
Postup genetického vyšetření • genetická konzultace, vyšetření laboratorní a klinická • klinická diagnóza - genetická prognóza • návrh preventivních opatření • návrh prenatální diagnostiky- pokud je možná • vyhledávání dalších osob v riziku • kontakt na specializovaná pracoviště • informovaný souhlas pacienta
Incidence vývojových vad a geneticky podmíněných chorob • geneticky determinované poruchy jsou příčinou patologie u 3-5% novorozenců • až 80% samovolných potratů ( 15% z poznaných těhotenství) je podmíněno genetickou poruchou • geneticky determinované poruchy se manifestují v průběhu celého života
Základní genetická terminologie Alela - funkčně odlišná forma jednoho genu Crossing-over - vzájemná výměna segmentů mezi chromatidami homologních chromosomů, charakteristická pro profázi prvního meiotického dělení DNA (deoxyribonukleová kyselina) - molekula kódující geny odpovědné za strukturu a funkci živého organizmu a umožňující přenos genetické informace z generace na generaci
Základní genetická terminologie Dominantní znak- znak je dominantní, jestliže se fenotypicky projeví u heterozygotů Dominantní alela- uplatňuje se vždy bez ohledu na genetickou informaci druhé alely Expresivita - rozsah exprese genetického defektu. Je li expresivita variabilní, projev znaku kolísá od lehkého až po těžký, ale u jedinců majících odpovídající genotyp není nikdy úplně bez projevu
Základní genetická terminologie Fenotyp - je znak podmíněný genotypem nebo interakcí genotypů s faktory zevního prostředí Gen - je základní jednotka zodpovědná za dědičné vlastnosti. Je to konkrétní úsek molekuly DNA, který je zahrnutý do syntézy polypeptidového řetězce nebo molekuly RNA a který obsahuje kód pro tento polypeptid, nebo RNA Genealogie - sestavení rodokmenu - shromažďování genetických informací
Základní genetická terminologie muž
sňatek rozvod
žena neznámé pohlaví
konsanguinita
postižený
monozygotní dvojčata
nepenetrující přenašeč
dizygotrní dvojčata
přenašeč proband
žádné potomstvo potrat
zemřelý jedinec mrtvě narozené dítě
Genealogické schéma - symboly
Základní genetická terminologie Genom - haploidní nebo diploidní komplement veškeré DNA - soubor všech genů v jedné buňce. Rozlišujeme genom jaderný a mitochondriální. Je kompletní sekvence DNA obsahující veškerou genetickou informaci gamety, jedince, populace nebo druhu Lidský genom - soubor genů buňky, zahrnuje geny v jádře i geny mimojaderné (mitochondrie)
Základní genetická terminologie Genotyp - soubor všech alel organismu, specificky uspořádaných v jednom geonomu. Je individuální dvojice alel příslušného genu v konkrétních buňkách Homologní chromosomy - pár chromosomů, jeden zděděný od otce, jeden od matky, které se spolu párují v průběhu prvního meiotického dělení, probíhá mezi nimi crossing – over, oddělují se v anafázi prvého meiotického dělení. Homologní chromosomy jsou obecně podobné velikosti a tvaru, jak se jeví ve světelném mikroskopu, a obsahují stejné lokusy, kromě dvou pohlavních chromosomů X a Y, které jsou pouze částečně homologní
Základní genetická terminologie Homozygot - jedinec, který zdědil po rodičích tutéž alelu. Jedinec, nebo genotyp s identickými alelami v daném lokusu v páru homologních chromosomů Heterozygot - jedinec, který zdědil různé alely daného genu. Jedinec, nebo genotyp se dvěma odlišnými alelami v určitém lokusu párových homologních chromosomů
Základní genetická terminologie Chromosom - jedna z vláknitých struktur v buněčném jádře, obsahuje chromatin a nese genetickou informaci ( DNA ). Představuje funkční celek dědičného záznamu genetické informace v buňce, schopný samostatné funkce při přenosu informací. Každý chromosom se skládá z jedné dlouhé lineární molekuly DNA, na kterou jsou navázány bílkoviny, které umožňují svinutí tenkého vlákna DNA do kompaktnější struktury. Komplex DNA a těchto proteinů se označuje jako chromatin. Každá lidská somatická buňka obsahuje dvě kopie každého chromosomu, z nichž jedna sada pochází od otce (22) a druhá od matky (22). Tyto chromosomy se označují jako homologní, autozomy. Jediný nehomologní pár je tvořen pohlavními chromosomy (gonosomy) X (materiální) a Y (paternální)
Základní genetická terminologie
Základní genetická terminologie p- krátká raménka centromera
q- dlouhá raménka
Submikroskopická stavba chromosomu
Základní genetická terminologie Inbreeding - křížení blízce příbuzných jedinců. Potomci blízkých příbuzných se nazývají inbredi Karyotyp - je chromosomální výbava jedince . Soubor všech chromosomů v jádře buňky. Karyotyp se zjišťuje na základě cytogenetického barvení, které využívá různé barvitelnosti sekvencí bohatých na A – T páry a G – C páry nukleotidů, v důsledku čehož se na chromosomech objevují charakteristické proužky
Základní genetická terminologie Karyotyp
46,XY
Základní genetická terminologie Konsanguinita - pokrevní příbuznost partnerů majících společného předka Korelace - statistická metoda používaná u souborů párových měření. Pozitivní kolerace, čím větší je hodnota prvního párového měření, tím větší je i u druhého měření v páru. Negativní korelace je opačná: čím větší je prvé měření, tím menší je druhé Lokus - je místo, kde je umístěn gen, má svou specifickou polohu na chromosomu
Základní genetická terminologie Mutace - se v lékařské genetice užívá ve dvou smyslech: někdy k označení nové genetické změny, která dosud nebyla v příbuzenstvu známa, někdy spíše k označení alely, která způsobuje onemocnění. Mutace je náhle vzniklá, nesouměrná, trvalá změna vlastností, nebo znaku Malformace - postižení vzniklé prenatálně ve většině případů do 3. měsíce těhotenství. Předpokládá se spíše negenetická etiologie. Malformace jsou často součástí přesně definovaných syndromů. Na vzniku některých se podílí působení teratogenů v počátku gravidity. Malformace může postihnout jen některé orgány nebo části těla, většinou však postihuje více systémů
Základní genetická terminologie Penetrace - / část /, podíl jedinců bez jakýchkoli klinických příznaků, nesoucích genotyp, o kterém je známo, že vyvolá onemocnění. Na rozdíl od expresivity Polygenní dědičnost - je určená mnoha geny na různých lokusech s malými aditivními efekty. Nezaměňovat s komplexní ( multifaktoriální) , při které se mohou uplatňovat genetické faktory stejně jako environmentální Proband - postižený člen rodiny podle kterého je rodina zjištěna a od kterého se sestavuje rodokmen geneticky podmíněné choroby
Základní genetická terminologie Rodokmen - v klinické genetice rodinná anamnéza dědičné afekce, nebo schéma rodinné anamnézy znázorňující členy rodiny, jejich příbuznost s probandem a jejich fenotypy s ohledem na příslušnou dědičnou afekci Recesivní alela - svou genetickou informaci za přítomnosti dominantní alely nemůže uplatnit Stigmatizace - odchylka od fenotypu
Základní genetická terminologie Syndrom - soubor příznaků, které se vyskytují u určitého genetického postižení a jsou pro něj charakteristické. Příčina je společná, např. genová mutace, chromosomové aberace, specifický teratogen. Rozpoznání syndromu a zařazení jedince – probanda pod syndrom je nejnesnadnější a přitom nejdůležitější úkol klinického genetika. Umožňuje totiž stanovení přesné diagnózy, vyslovit prognózu co se týče kvality a délky života, léčitelnosti a genetickou prognózu. Je typické, že pokud má dítě určitý syndrom, vypadá jinak než jeho rodiče. Naopak je nápadně podobné jiným dětem stejně postiženým
Základní genetická terminologie Vrozená anomálie - vývojová vada přítomná při narození, nikoli nevyhnutelně genetického původu Znak- definovatelná vlastnost organismu
Genetická onemocnění 1.
monogenně podmíněné nemoci
2.
multifaktoriálně dědičné nemoci
3.
polygenně podmíněné nemoci
4.
mitochondriální genetické choroby
5.
vrozené chromosomální aberace
Monogenní dědičnost Dominantní
Recesivní
Autosomální
autosomálně dominantní AD
autosomálně recesivní AR
X – vázaný (vázaná na pohlaví)
X – dominantní XD
X – recesivní XR
Základní čtyři typy monogenní dědičnosti
Autosomálně dominantní dědičnost 1. Jak muži, tak ženy exprimují alelu a mohou ji předávat rovným dílem synům i dcerám 2. Každý postižený jedinec má postiženého rodiče. Přímým přenosem ve třech generacích je prakticky diagnostikována dominance 3. V postižených rodinách je poměr postižených a nepostižených dětí téměř vždy 1:1 4. Jestliže jsou oba rodiče nepostižení, pak všechny jejich děti jsou nepostižené. 5. Významnou část izolovaných případů mají na svědomí nově vzniklé mutace
Autosomálně dominantní dědičnost Rodokmen Autosomálně dominantní dědičnost
muž
sňatek
žena
rozvod
neznámé pohlaví
konsanguinita
postižený
monozygotní dvojčata
nepenetrující přenašeč
dizygotrní dvojčata
přenašeč proband
žádné potomstvo potrat
zemřelý jedinec mrtvě narozené dítě
Genealogické schéma - symboly
Autosomálně dominantní dědičnost Příklady: • dominantně dědičná otoskleróza: progresivní hluchota jako následek nadměrného růstu kostí ve vnitřním uchu • achondroplazie: malá postava, bederní hyperlordóza, zkrácené končetiny, prohloubený kořen nosu
Autosomálně dominantní dědičnost Příklady: • Marfanův syndrom: prodloužené končetiny, luxace čoček, gotické patro, pectus excavatum, srdeční vady • familiární hypecholesterolémie - koncentraci v krvi vyšší než 5 mmol/l • dentinogenesis imperfecta (selhání utváření zubního dentinu)
Autosomálně dominantní dědičnost • polycystické ledviny • mnohočetné exostózy: kostěné výrůstky na povrchu kostí • Huntingtonova choroba: progresivní degenerace centrálního nervového systému • neurofibromatóza: tumorům podobné výrůstky na kůži a v nervovém systému
Autosomálně dominantní dědičnost • myotonická dystrofie: multisystémová porucha, která postihuje kosterní i hladké svaly, ale také oči, srdce, endokrinní a centrální nervový systém • kongenitální sférocytóza: hemolytická anémie se sféroidními erytrocyty
Autosomálně dominantní dědičnost • familiární adenomatózní polypóza: prekanceróza v tlustém střevě • dominantně dědičná slepota • dominantně dědičná kongenitální hluchota
Autosomálně recesivní dědičnost 1. Postižení jsou jak muži, tak ženy 2. V rodokmenu je patrný zvrat a typický je model exprese horizontální 3. Postižené děti se mohou narodit zdravým rodičům (obvykle v poměru jedno postižené ku třem nepostiženým) 4. Jestliže oba rodiče jsou postižení, pak všechny jejich děti jsou postižené 5. Postižení jedinci mají obvykle se zdravými partnery pouze zdravé děti
Autosomálně recesivní dědičnost Rodokmen Autosomálně recesivní dědičnost
muž
sňatek
žena
rozvod
neznámé pohlaví
konsanguinita
postižený
monozygotní dvojčata
nepenetrující přenašeč
dizygotrní dvojčata
přenašeč proband
žádné potomstvo potrat
zemřelý jedinec mrtvě narozené dítě
Genealogické schéma - symboly
Autosomálně recesivní dědičnost Příklady: • recisivní dědičná mentální retardace • cystická fibróza: postihuje řadu orgánových systémů, ale především plíce a slinivku břišní; neléčená je letální • kongenitální hluchota
Autosomálně recesivní dědičnost • fenylketonurie: metabolické onemocnění spočívající v poruše přeměny aminokyseliny fenylalaninu na tyrosin, které je způsobené nefunkčním jaterním enzymem fenylalanin hydroxylázou (PAH) - modré oči, blonďaté vlasy, bledá kůže, neklid (z nedostatku melaninu), - agresivita, apatie, křeče, mentální retardace, Downový syndrom ( toxicita fenylalaninu) Guthrieho test po porodu - hladina fenylalaninu v krvi (z patičky)
Autosomálně recesivní dědičnost • spinální muskulární atrofie: onemocnění buněk předních rohů míšních. SMA postihuje příčně pruhované svaly (svaly ovládané vůlí), pomocí nichž například lezeme, chodíme, ovládáme hlavu a krk a polykáme: - typ I (akutní): diagnóza je u dětí s tímto typem obvykle stanovena před 6 měsíci věku - typ II (chronický): Diagnóza typu II je téměř vždy stanovena před dvěma roky věku dítěte
Autosomálně recesivní dědičnost • recesivní slepota • kongenitální adrenální hyperplazie: dědičný enzymatický defekt v syntéze kortizolu - z nedostatku kortizolu dochází k nadprodukci ACTH, což vede k hyperplazii nadledvin - v závislosti na postiženém enzymu dochází buď k nadprodukci androgenů (virilizace, předčasná pseudopuberta) nebo nedostatečné tvorbě androgenů se selháním pubertálního vývoje u obou pohlaví
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná recesivní dědičnost 1. Incidence choroby je mnohem vyšší u mužů než u žen 2. Mutovaná alela je předávána postiženým mužem všem jeho dcerám, ale ty ji neexprimují 3. Heterozygotní přenášeč-žena předává alelu polovině svých synů, kteří ji exprimují, a polovině svých dcer, které ji neexprimují 4. Mutovanou alelu nikdy nepředává otec synovi
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná recesivní dědičnost Rodokmen X-recesivně vázaná dědičnost
muž
sňatek
žena
rozvod
neznámé pohlaví
konsanguinita
postižený
monozygotní dvojčata
nepenetrující přenašeč
dizygotrní dvojčata
přenašeč proband
žádné potomstvo potrat
zemřelý jedinec mrtvě narozené dítě
Genealogické schéma - symboly
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná recesivní dědičnost Příklady: • hemofilie A: způsobuje selhání krevní srážlivosti v důsledku deficitu koagulačního faktoru VIII • hemofilie B: způsobuje selhání krevní srážlivosti v důsledku deficitu koagulačního faktoru IX • daltonismus (barvoslepost) • Beckerova a Duchenneova muskulární dystrofie: progresivní úbytek svalové síly • syndrom fragilního chromosomu X: hlavní příčina těžkých poruch učení u chlapců
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná recesivní dědičnost • deficit enzymu G6PD: dědičná hemolytická anémie, kde je předčasná destrukce erytrocytů způsobena sníženou aktivitou nebo stabilitou enzymu glukóza-6-fosfátdehydrogenázy (G6PD) • agamaglobulinémie (X-vázána): byla poprvé popsána v roce 1952 dr. O. Brutonem. Byla to vůbec první objevená porucha imunitního systému, dnes také známá pod jménem svého objevitele jako Brutonova agamaglobulinémie. Jde o vrozenou poruchu, při které pacienti nejsou schopni produkovat protilátky. Protilátky jsou nedílnou součástí imunitního systému a hrají důležitou roli v obraně proti některým mikroorganizmům
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná dominantní dědičnost 1. Postižení muži s normálními partnerkami nemají žádné postižené syny a žádné normální dcery 2. Synové i dcery přenašeček mají 50% riziko, že zdědí postižený genotyp. Typický rodokmen je stejný jako u autosomálně dominantní dědičnosti 3. U málo častých fenotypů je výskyt postižených žen asi dvojnásobný oproti postiženým mužům, ale postižené ženy mají obvykle mírnější, byť variabilní expresi fenotypu 4. V některých případech je onemocnění letální pro mužské potomky a může se projevit opakovanými spontánními potraty plodů mužského pohlaví
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná dominantní dědičnost Příklady: • hypofosfatémie (vitamin D rezistentní rachitida) • incontinentia pigmenti: postihuje kůži, vlasy, zuby a nehty. To je také známé jako Bloch Sulzberger onemocnění (u mužů letální)
Dědičnost vázaná na pohlaví: Xvázaná dominantní dědičnost • Rettův syndrom: neurologická vada, která se vyskytuje téměř výhradně u dívek (u mužů letální). Hlavním a zvláště těžce postihujícím rysem je apraxie (dyspraxie), tj. neschopnost ovládat tělo a provádět tak motorické pohyby • oro-facio-digitální syndrom ( u mužů letální)
Multifaktoriální dědičnost Mezi patologické stavy s multifaktoriální dědičností patří: A. Typické kvantitativní znaky B. Typické prahové (kvalitativní znaky)
Multifaktoriální dědičnost A.Typické kvantitativní znaky: do této skupiny patří znaky, kde genotyp lze kvantitativně hodnotit. Například tělesná výška, krevní tlak, IQ apod. Výsledkem společného působení poly-genního komplexu a exogenních faktorů je potom souvislá škála výskytu jednotlivých fenotypů v populaci – kontinuální variabilita vyjádřena Gausso-vou křivkou distribuce. Patologický stav zde vzniká plynule překročením určité hodnoty, většinou dané na základě zkušeností ( IQ norm. rozpětí 70 – 130 apod. )
Multifaktoriální dědičnost B. Typické prahové ( kvalitativní znaky): U multifaktoriálně dědičných znaků s kvalitativní variabilitou fenotypu se také předpokládá kontinuální vliv příčinných faktorů. U této skupiny však můžeme jen konstatovat, že byl překročen „ práh“ u daného jedince, což znamená projev vrozeného defektu nebo onemocnění. Distribuce fenotypu má diskontinuální charakter. Fenotypy jsou potom alternativního rázu – normální – podprahové nebo patologické – nadprahové
Multifaktoriální dědičnostcharakteristika 1. Znaky kvantitativní – geny polygenního komplexu a exogenní faktory mají aditivní účinek, distribuce fenotypů v populaci má kontinuální charakter, vznik patologického stavu je plynulý po překročení „ prahu“ 2. Prahové ( kvalitativní ) znaky – geny polygenního komplexu a exogenní faktory mají v podprahových hodnotách latentní charakter, po překročení prahu vzniká patologický stav 3. Příbuzenské vztahy a inbreeding zvyšují výskyt těchto patologických stavů, s klesajícím stupněm příbuznosti klesá hodnota korelace. 4. Počet postižených mezi příbuznými pacienta závisí na četnosti patologického stavu v populaci
Multifaktoriální dědičnostcharakteristika 5. U onemocnění s možností zhodnotit závažnost postižení je větší riziko pro příbuzné pacienta s těžší formou nemoci 6. V případě intersexuálních rozdílů je vyšší riziko pro příbuzné pacienta toho pohlaví, u kterého je onemocnění vzácnější 7. Podrobná analýza patologického procesu musí vyloučit všechny případy s jiným typem dědičnosti ( genetické syndromy, chromosomové aberace apod.)
Multifaktoriální dědičnost Kontinuální odchylky-příklady: • výška • barva kůže • inteligenční kvocient (IQ)
Multifaktoriální dědičnost Malformace-příklady: • rozštěp rtu s/bez rozštěpu patra • pylorostenóza • spina bifida a anencefalie • rozštěp patra • vrozené srdeční vady
Polygenní dědičnost Vyplývá ze společného působení dvou nebo několika kauzálních genů, každý s minoritním efektem, a všechny působí společně (geny malého účinku)
Příklady: • onemocnění venčitých tepen • esenciální hypertenze • non-inzulin dependentní diabetes mellitus • revmatoidní artritida • epilepsie
Polygenní dědičnost
• schizofrenie • psoriáza • inzulin dependentní diabetes mellitus • sclerosis multiplex • lepra • tuberkulóza • spalničky (morbilli)
Mitochondriální dědičnost 1. Stav je typicky přenášen matkou na všechny její děti 2. Stav není nikdy přenášen muži
Příklady: • • • • • •
LHON - leberova hereditární optická neuropatie (typ progresivní slepoty) MELAS - mitochondriální myopatie, encefalopatie, laktátová acidóza a mozkové příhodě podobné MERRF - myoklonická epilepsie s potrhanými červenými svalovými vlákny KSS - Keransův-Sayerův syndrom
Stanovení genetického rizika Je-li pečlivě sestavený rodokmen, přesná diagnóza probanda, vyšetřeni další členové jeho rodiny, lze odpovědět tazatelům na otázku jaké je riziko, že budou mít sami nebo jejich děti stejné postižení resp. jaká je naděje, že budou zdraví. Málokdy je možné podat absolutně jednoznačnou odpověď. Tento fakt je těžko pochopitelný i pro lékaře jiných oborů. Stanovení genetického rizika však záleží na druhu informací, které jsou konkrétně k dispozici. Tím je také daná přesnost genetické prognózy. V genetice se používají termíny: vysoké nebo nízké riziko, pravděpodobnost, procento. Někteří autoři preferují poměrné riziko např. 1:4, ¼, jiní procenta např. 25%
Základní kategorie genetického rizika Empirické riziko - je stanoveno na základě známých dat a praktických zkušeností, které jsou ( často ne snadno ) získávány populačními studiemi, porovnáváním dat. Toto riziko se týká většiny ne mendelovských nemocí Mendelovské riziko - toto riziko můžeme stanovit u známých nemocí, klinicky zcela jasných, o kterých víme, že se dědí podle Mendelových zákonů ( AR, AD, XR, XD)
Základní kategorie genetického rizika Modifikované genetické riziko - používáme u nemocí s mendelovskou dědičností o kterých ale víme, že se vyskytují s variabilní expresivitou a penetrací Složené ( složité ) genetické riziko - nejednoznačně rozřešitelná situace, jedná se o mutaci de novo, různé typy mendelovské dědičnosti. Většinou se vyskytne jako nová AD mutace, pak riziko stejného postižení pro další děti je prakticky nulové. Bohužel byla v některých rodinách zcela výjimečně popsaná dědičnost AR, pak je riziko 25%. Rodina musí být seznámena s oběma extrémními variantami
Klinická cytogenetika Definice: klinická cytogenetika se zabývá analýzou chromosomů (jejich počtem a morfologií) a vztahem mezi nálezy chromosomových aberací a fenotypovými projevy vznik moderní lidské cytogenetiky se datuje od roku 1956, kdy byly vyvinuty efektivní metodiky chromosomální analýzy a bylo stanoveno, že normální počet lidských chromosomů je 46
Klinická cytogenetika
DNA rozptýlená v buněčném jádře
Chromosomy- spiralizované molekuly DNA
Jaderní materiál chromatin - komplex DNA s chromosomovými proteiny (pojem používaný pro interfázi, kdy se většina chromatinu nachází v rozvolněném stavu) chromosom - chromatin spiralizovaný v mitóze (mitóza proces dělení buňky, při kterém dochází k rozdělení genetického materiálu mezi 2 dceřiné buňky)
Chromatin a chromosomy během buněčného cyklu během buněčného cyklu se chromatin nachází v různých fázích spiralizace : - nízký stupeň spiralizace v interfázi - postupná kondenzace během mitózy - maximální kondenzace v metafázi mitózy
Karyotyp soubor chromosomů jedince nebo buňky s označením jejich počtu, druhu pohlavních chromosomů a případných aberací lidský karyotyp se skládá ze 46 chromosomů, z toho 22 párů autosomů (nepohlavních chromosomů) a 2 gonosomů (pohlavních chromosomů) chromosomový pár je tvořen homologními chromosomy, z nichž jeden je zděděn od otce a druhý od matky, nepárové chromosomy jsou nehomologní (somatické diploidní buňky)
Zápis karyotyp 46,XX - normální ženský karyotyp 46,XY - normální mužský karyotyp druh pohlavních chromosomů počet chromosomů v jádrech buněk jedince
Normální karyotyp normální mužský karyotyp 46,XY
normální ženský karyotyp 46,XX
Chromosomové abnormality (aberace) vrozené chromosomové aberace (VCA) - početní - strukturní
Klinické indikace k postnatálnímu stanovení karyotypu (VCA) • problémy časného růstu a vývoje neprospívání, opoždění vývoje, dysmorfická facies, mnohočetné malformace, malá postava, obojetný genitál, mentální retardace • narození mrtvého plodu a úmrtí novorozence výskyt chromosomových abnormalit je vyšší u případů narození mrtvého plodu (téměř 10%) než u živě narozených dětí (asi 0,7%), zvýšený výskyt také u dětí, které umírají v novorozeneckém období (okolo 10%)
Klinické indikace k postnatálnímu stanovení karyotypu (VCA) • problémy s fertilitou ženy s amenoreou, infertilní páry, opakované spontánní aborty, partneři před IVF • rodinná anamnéza známá nebo suspektní chromosomová abnormalita u příbuzných • dárci gamet, děti k adopci
Vrozené chromosomové aberace (VCA) • významně se podílejí na mnoha případech poruch reprodukce, vrozených malformací, mentálních retardací • cytogenetické poruchy jsou přítomny přibližně u 1% živě narozených dětí
Vrozené chromosomové aberace (VCA) abnormality počtu chromosomů Aneuploidie
- nejčastější a klinicky velmi významný typ chromosomových poruch - abnormality počtu chromosomů v páru - tento stav je vždy spojen s poruchou fyzického nebo mentálního vývoje
Vrozené chromosomové aberace (VCA) trisomie - nejčastější porucha (přítomnost nadbytečného chromosomu v páru) trisomie autosomů - (trisomie celého chromosomu je jen vzácně slučitelná se životem) - Downův syndrom 47,XX,+21 (47,XY,+21) - Edwardsův syndrom 47,XX,+18 (47,XY,+18) - Patauův syndrom 47,XX,+13 (47,XY,+13) trisomie gonosomů - (fenotypové důsledky jsou méně závažné než u trisomie autosomů) - Klinefelterův syndrom 47,XXY (muž)
Vrozené chromosomové aberace (VCA)
Downův syndrom, 47,XX,+21
Edwardsův syndrom, 47,XX,+18
Patauův syndrom, 47,XX,+13
Vrozené chromosomové aberace (VCA) Klinefelterův syndrom 47,XXY
Vrozené chromosomové aberace (VCA) monosomie - méně častá porucha (chybění 1 chromosomu v páru) - monosomie gonosomu X (Turnerův syndrom) 45,X (žena), častý výskyt
Vrozené chromosomové aberace (VCA) strukturní abnormality chromosomů • méně časté než aneuploidie • dochází k přestavbám a následně ke změnám morfologie chromosomů • předpokladem je vznik zlomů na chromosomech
Vrozené chromosomové aberace (VCA) • balancované přestavby - v sadě chromosomů je zachováno normální množství chromosomového materiálu (žádný materiál nechybí ani nepřebývá) - většinou nemají fenotypové vyjádření (nejsou přítomny poruchy fyzického nebo mentálního vývoje), v buňkách je přítomen veškerý chromosomový materiál, i když v odlišném uspořádání • nebalancované přestavby - část chromosomového materiálu v karyotypu chybí (parciální, částečná monosomie) a část přebývá (parciální trisomie) - většinou dochází k fenotypovým abnormalitám
Vrozené chromosomové aberace (VCA) translokace - nejčastější ze strukturních aberací, předpokladem je vznik dvou zlomů, každý na jednom chromosomu
výměny segmentů mezi dvěma chromosomy
Vrozené chromosomové aberace (VCA) translokace u svých nositelů většinou nezpůsobují abnormální fenotyp, ale jsou spjaty s vysokým rizikem vzniku nebalancovaných gamet a s tím souvisejících potratů nebo narození potomků s nebalancovaným karyotypem (parciální monosomie jednoho a parciální trisomie druhého chromosomu) rodič
46,XX,t(16;21)(q22;q22.1)
dítě
46,XY,der(21)t(16;21)(q22;q22.1)
rodiče normální fenotyp, matka nositelka translokace dítě postižené, po matce zdědilo 1 derivovaný chromosom pocházející z translokace
Vrozené chromosomové aberace (VCA) inverze - na jednom chromosomu vzniknou 2 zlomy, segment mezi nimi se otočí o 180° a opět se začlení do chromosomu
inverze u svých nositelů většinou nezpůsobují abnormální fenotyp, ale jsou spjaty s vysokým rizikem vzniku nebalancovaných gamet a narození abnormálních potomků
Vrozené chromosomové aberace (VCA) delece - vznik zlomů a ztráta úseku chromosomu, který způsobuje vznik nebalancovaného karyotypu (parciální monosomie)
Zápis karyotypu 47,XX,+21
- nadbytečný autosom v jádrech buněk (početní změna)
45,X 47,XXY - chybějící nebo nadbytečný gonosom v karyotypu (početní změna)
46,XX,t(8;21)
- translokace v karyotypu (strukturní změna)
46,XX,inv(1)
- inverze v karyotypu (strukturní změna)
46,XX,del(5p)
- delece v karyotypu (strukturní změna)
Molekulární cytogenetika • molekulární cytogenetika aplikuje metody molekulární biologie na cytogenetické úrovni, vizualizuje a lokalizuje genetický materiál v buňkách • pracuje s metafázními chromosomy nebo interfázními jádry • potvrzuje a upřesňuje nálezy klasické cytogenetiky (metody klasické cytogenetiky – základní vyšetřovací metody, metody molekulární cytogetiky - metody s vyšší rozlišovací schopností) • začátek rozvoje - přelom 60.- 70. let 20. století
Molekulární cytogenetika
• metodou klasické cytogenetiky (ve světelném mikroskopu) lze na chromosomech rozlišit strukturní změny pouze o určité velikosti (>5 Mb) • změny menší lze detekovat metodami s vyšší rozlišovací schopností-metodami molekulární cytogenetiky
Molekulární cytogenetika • molekulárně cytogenetickými technikami nelze nahradit klasické karyotypování (před použitím metod molekulární cytogenetiky je třeba vědět, co chceme hledat – při klasickém karyotypování vidíme karyotyp jako celek za nízkou cenu, vysoká cena molekulárně cytogenetických metod) • oblasti uplatnění FISH - klinická cytogenetika (postnatální vyšetření u sterilních párů, postižených dětí a dospělých s podezřením na genetickou příčinu onemocnění, genetická analýza pro účely umělého oplodnění, prenatální diagnostika karyotypu plodu) - nádorová cytogenetika - výzkum(evoluční studie karyotypu, mapování genomu…)
Molekulární cytogenetika In situ hybridizace (ISH) je metoda umožňující přesnou detekci a lokalizaci specifických úseků DNA na chromosomech nebo v interfázním jádře pomocí vazby specifických krátkých molekul DNA - sond, které jsou označeny většinou fluorescenční značkou. fluorescenční značka sonda (molekula DNA)
in situ - na původním místě (cílový úsek vizualizujeme na původním místě na chromosomu nebo v interfázním jádře – pozorujeme na podložním sklíčku ve fluorescenčním mikroskopu; (DNA analýza – izolujeme DNA, konkrétní úseky namnožíme (amplifikace), analyzujeme odděleně od ostatního genetického materiálu - jen část genu)
Molekulární cytogenetika vyhodnocení a zpracování signálu – FISH - fluorescenční mikroskop napojený na počítač – vizualizace a kvantifikace (signál září v tmavém poli) – modrá barvička (DAPI) obarvuje všechny chromosomy, červený signál = fluorescenčně značená sonda
potvrzení přítomnosti translokace v karyotypu
FISH na metafázních chromosomech
trisomie chromosomu 21 (Downův syndrom)
FISH na interfázních jádrech
Molekulární cytogenetika Komparativní genomová hybridizace-CGH: metoda odhaluje nebalancovaný genetický materiál (chybění - nadbytek DNA)
Zeleně označeny úseky na chromosomech, které jsou v karyotypu maligního klonu zmnoženy, červeně označeny chybějící úseky chromozomů
Molekulární cytogenetika Spektrální karyotypování - SKY, Multi-color FISH – M-FISH:
SKY - mitóza po hybridizaci se směsí sond značených fluorochromy
SKY - seřazené chromosomy po úpravě obrazu
Molekulární cytogenetika Mnohobarevné pruhovaní – M-band:
přestavby v rámci jednoho chromosomu (inverze, delece)
